Požáry od tepelných solárních kolektorů

Investice do tepelného využití slunečního záření prostřednictvím solárních kolektorů, pokud není podpořena významnou dotací, nepatří mezi ty, které se vrátí během několika málo let. O to důležitější je plně odborný přístup k projektu a realizaci. Rovněž stavba domu, včetně jeho příslušenství, je vysoce odborná záležitost a projekt i realizaci mají dělat odborníci, kteří dokáží zvážit všechny souvislosti. Přesvědčují o tom i případy požárů od solárních kolektorů, které popsal německý odborný časopis Sanitär+HeizungsTechnik. Nejedná se o „masový“ fenomén. Přesto skutečnost, že příčinou požáru dřevěné konstrukce střechy byly zabudované tepelné solární kolektory, je nutné vzít v úvahu. Je třeba navrhnout takové řešení, které možnost požáru zcela vyloučí.

Všeobecné informace

První solární kolektory, měnící sluneční záření na vy­užitelné teplo, se objevily před desítkami let. Pamětníci si možná vzpomenou na jedny z prvních profesionálně vyráběných kolektorů v Československu, které byly založeny na plochých, jednodeskových otopných tělesech natřených černou barvou. Vyskytovaly se i kolektory s dřevěným rámem. Od pionýrských dob prodělala solární technika obrovský pokrok. Současné kolektory mají proti svým předchůdcům až násobně zvýšenou účinnost, která se projevuje možností získávat teplo při vyšší a lépe využitelné teplotě. Úměrně s tímto posunem vpřed se zvýšila i stagnační teplota, tedy teplota, na kterou se může ohřát konstrukce kolektoru, pokud z něj není odebíráno teplo.

Instalovaná plocha solárních kolektorů v České republice trvale roste. Trend není setrvalý, neboť jej významně ovlivňuje vyhlašování různých dotačních programů. V době boomu, vyvolaného programem ­Zelená úsporám, přibylo během jednoho roku okolo 90 000 m² plochy kolektorů. V jiných letech přírůstek klesá na řádově desetitisíce m², ale není nulový.

V Evropě, v závislosti na skutečném svitu Slunce, lze počítat s tokem energie 200 až 1000 W·m^–2. Celkové množství sluneční energie dopadající na Zemi přibližně desetitisíckrát převyšuje současnou spotřebu energie. Proto lze reálně očekávat, že snaha tuto energii využít dále poroste. Zájem bude podpořen jak přímo, tedy rostoucími cenami tepelné energie, příležitostnými dotačními stimuly, tak nepřímo prostřednictví legislativy cílené ke snížení spotřeby neobnovitelných zdrojů energií. Motivem bude i „odběratelský paradox“, tedy že při snižujícím se odběru tepla se úměrně nesnižuje platba za teplo. Bod zlomu, za kterým se vyplatí přejít k energetickému samozásobitelství, se dlouhodobě přibližuje.

Solární soustava

Nejběžnější solární soustava je určena k přípravě teplé vody. Skládá se z tepelných solárních kolektorů, zásobníku, ve kterém se studená pitná voda ohřívá, z čerpací stanice zajišťující cirkulaci zpravidla nemrznoucí kapaliny přenášející teplo z kolektorů do zásobníku, regulace, potrubí, armatur. Počet kolektorů, respektive velikost jejich pracovní absorpční plochy a objem zásobníku, se určuje výpočtem z denní potřeby teplé vody.

Plochý solární kolektor se skládá ze zadní části z plechu, plastu, dřeva, na které je tepelná izolace, krycího skla a srdcem kolektoru je absorpční plocha spojená s potrubím pro odvod tepla pod krycím sklem. Absorpční plocha, z principu požadované funkce, musí co nejlépe vést teplo, většinou jde o měď, případně hliník.

Ploché kolektory jsou konstruovány pro instalaci nad střešní krytinou a konstrukcí střechy nebo pro instalaci přímo do konstrukce střechy, kdy nahrazují střešní krytinu. Nejběžnější a nákladově příznivější variantou jsou kolektory instalované nad střešní krytinou. S ohledem na architektonické záměry, případně i z jiných důvodů, například přístavby k domu, zákazníci občas volí variantu vestavěných kolektorů.

Požáry od solárních soustav

Oběhové čerpadlo solární soustavy, regulace, případně dohřev zásobníku teplé vody, jsou napojeny na elektrickou rozvodnou síť. Mohou být proto i příčinou požáru. Například při poškození elektrické izolace a vzniku spojení na krátko, které se projeví zábleskem, jiskrou, od které se může vznítit hořlavý materiál. Pokud není elektroinstalace správně provedena a jištěna, může dojít k trvalejšímu přetížení vodiče, k nadměrnému a dlouhodobému zvýšení jeho teploty, která rovněž může iniciovat vznik požáru. Všem těmto příčinám lze poměrně spolehlivě předejít odborně správným provedením elektrických rozvodů a jejich vybavením předepsanou jisticí technikou. Odtud riziko požáru od solárních kolektorů hrozit nemusí. Přímo ke kolektorům, s výjimkou kabelu s teplotním čidlem s malým napětím řádově do 12 V, jiný přívod elektrické energie není veden. Tepelný výkon, který by z kabelu k čidlu mohl vzniknout, není dostatečný pro vznik požáru. Odborníci se shodli na tom, že odvozovat příčinu požáru střešní konstrukce od defektu solárního kolektoru ve spojení s elektrickou energií, pokud je elektrický rozvod v souladu s předpisy, nelze. Co tedy bylo příčinou zahoření střechy?

Ve třech zkoumaných případech požárů byly zjištěny analogické stavy:

• tepelná solární soustava nepřenášela v kolektorech vznikající teplo do zásobníku,
• kolektory byly instalovány do konstrukce střechy,
• kolektory měly dřevěný rám.

Při objasňování příčin požáru se proto vycházelo z uvedených zjištění. Jako příčina požáru přicházela v úvahu:

1. Porucha funkce regulace, která zastavila činnost oběhového čerpadla, a vznikl stagnační stav.
2. Po vzniku netěsnosti solárního okruhu a následné ztrátě části solární kapaliny se v okruhu snížil tlak a regulace zastavila běh čerpadla.
3. Po dosažení nejvyšší nastavené teploty v zásobníku po jeho plném nabití, následovalo odstavení čerpadla a ukončení odběru tepla z kolektorů.

Je nutné si uvědomit, že pokud vznikne stagnační stav, tak teplota v plochých kolektorech může dosáhnout vysokých hodnot, 200 °C i více.

1. Požár v dvojgeneračním domě

V dubnu 2011 kolem 18:00 hodiny si kolemjdoucí žena povšimla kouře unikajícího z hřebene střechy. Informovala o tom svou sestru, která v daném domě bydlí. Ta se šla ihned podívat do nejvyššího patra domu, aby zjistila příčinu kouře. V podstřešní části, v blízkosti do konstrukce vestavěných solárních kolektorů, viděla plameny, a tak zavolala hasiče. Při příjezdu hasičů již plameny pronikaly střešní krytinou.

Dům byl zakryt keramickou střešní krytinou. Solární kolektory o ploše 3 m x 6 m byly do střechy instalovány v roce 2005 na straně směrem k ulici (obr. 1). Během roku 2008 se v jednom z kolektorů objevila netěsnost. Drobná trhlina byla opravena zapájením. Několik dnů před požárem se v solárním okruhu znovu objevila netěsnost. Zavolanému servisnímu technikovi se nepodařilo obnovit tlak doplněním solární kapaliny do okruhu, a tím obnovit činnost solární soustavy. Doporučil proto obrátit se na výrobce kolektoru pro zajištění opravy netěsnosti. Výrobce měl zařízení v krátkém čase opět zprovoznit. Bohužel krátce před termínem opravy vznikl požár. Solární kolektory byly v dané době vystaveny intenzivnímu slunečnímu záření, vysokým okolním teplotám vzduchu, venku nefoukal vítr a byly zcela bez odběru tepla.

Znalec při zjišťování příčiny požáru konstatoval:

• Přímé škody od požáru byly ohraničeny na oblast konstrukce střechy, a to v její nejvyšší části. Vznik požáru v obytných prostorech lze proto zcela vyloučit.
• Nejvyšší intenzita požáru byla v oblasti dřevěných konstrukcí v okolí kolektorů, kde zcela shořelo dřevěné střešní bednění a rovněž dřevěné spodní části rámu kolektorů (obr. 2).
• V oblasti požáru se nacházela pouze elektrická instalace osvětlení. Nebyly zde k dispozici žádné zásuvky nebo na instalaci napojené elektrospotřebiče. Proto mohla být porucha elektrické instalace z příčin vzniku požáru vyloučena.
• Potrubí, na které byly kolektory napojeny, bylo v jednom místě přerušeno. Toto místo také neslo známky největšího spálení střešního bednění a modulu kolektoru. Měděné trubky solárního rozvodu byly vedeny někde několik centimetrů, ale i prakticky těsně po dřevěném laťování kolektorového rámu. Na neshořelých zbytcích bylo znát, že plechový absorbér kolektoru byl upevněn přímo na dřevěné díly.

Na základě zjištění pak znalec mohl říci, že požár vznikl v kolektoru a z něj se rozšířil na dřevěné části střešní konstrukce. V technické dokumentaci kolektorů bylo uvedeno, že při stagnačním stavu může teplota dosáhnout 190 °C a více. Skutečnost, že dřevěné laťování rámu kolektoru se nachází v těsné blízkosti hliníkového plechu absorbéru, a že sběrné potrubí vedlo v těsné blízkosti dřevěných dílů, pak byla jako příčina požáru uznána. Je známo, i odborně prokázáno, že na základě působení tepla se může dřevo, na základě chemických procesů probíhajících uvnitř, vznítit i tehdy, když okolní teplota delší dobu dosahuje přibližně 120 °C, ačkoliv teplota samovznícení dřeva, tedy bez zapálení plamenem, leží nad 300 °C.

2. Požár v rodinném domě

V jednom květnovém odpoledni roku 2011 si místní obyvatel povšiml, že ze střechy sousedního rodinného domu uniká kouř. Informoval souseda i hasiče.

Do střechy, kryté keramickou krytinou, bylo na jižní straně vestavěno 25 kolektorů k přípravě teplé vody a k podpoře vytápění. S obdobím vzniku požáru je spojeno dlouhodobě teplé počasí s letními teplotami, s jasnou oblohou a intenzivním slunečním svitem, bez dešťů, větru. Podle obrázků, které dotyčný na místě pořídil ještě před příjezdem hasičů, byl vidět intenzivní únik kouře po celé délce hřebenu střechy. První plameny se objevily v oblasti hřebenu střechy a solárních kolektorů (obr. 3).

Znalec zjistil, že podkrovní obytné místnosti zůstaly prakticky požárem nepoškozené. Škody byly soustředěny do oblasti konstrukce střechy a největší rozsah škod se týkal kolektorů a jejich okolí (obr. 4). V konstrukci střechy nebyla vedena elektrická instalace ani nebyly zjištěny žádné elektrické spotřebiče. Příčinou požáru jednoznačně nebyla elektrická instalace.

Z dat uložených v regulaci solární soustavy bylo vyčteno, že již několik dní před požárem nepracovala soustava správně, neboť teplo získané kolektory nebylo transportováno do zásobníku. Soustava se tedy nacházela ve stagnačním stavu. Výrobce udal pro stagnační stav maximální teplotu kolektorů 185 °C. Při prohlídce kolektorů se prokazatelně zjistilo, že plech absorbéru je pevně uchycen na dřevěný rám kolektoru, a že sběrné potrubí vede jen několik milimetrů od dřevěných prvků. Závěrem tedy bylo shrnuto, že požár vznikl v kolektorech. Následkem stagnačního stavu dlouhodobě působily na dřevěné díly vysoké teploty. To vedlo až k jejich samovznícení.

3. Požár v přístavbě dvojdomu

V roce 2013 si kolemjdoucí povšiml výronu kouře z přístavby u rodinného dvojdomu. Okamžitě povolal hasiče a na nebezpečí požáru upozornil obyvatele obou částí domu. Kouření postupně přešlo v hoření plameny v horní části napojení přístavby na spodní část střechy.

Šikmá střecha přístavby vede přes dvě patra a je pod ní schován 6000litrový zásobník a další technika solární soustavy. Prakticky celou plochu střechy přístavby tvoří solární kolektory (obr. 5).

Solární soustava byla instalována v roce 2000. Zhruba jeden rok před vznikem požáru byla na zásobníku vylepšena tepelná izolace s cílem zvýšit solární pokrytí a využití soustavy. Po doplňkovém zateplení zásobníku majitelka domu občas pozorovala na ukazateli regulace teplotu kolektorů až 147 °C.

Největší přímé škody od požáru byly lokalizovány v horní části střechy přístavby a v blízké části střechy domu. S výjimkou kolektorů nebyla zjištěna žádná možnost, jak by požár mohl vzniknout. Použity byly kolektory s dřevěným rámem, na který byl uchycen plech absorbéru a sběrné potrubí vedlo v těsné blízkosti dřevěných konstrukčních prvků (obr. 6).

Požár vznikl po dodatečné izolaci zásobníku, která snížila úniky tepla. Následkem toho se solární soustava dostávala častěji a dlouhodoběji do stagnačního stavu. V kolektorech na dřevěné díly působily vysoké teploty, které posléze vyvolaly samovznícení.

Závěr

Popsané případy ukazují, že pokud se v blízkosti absorbérů kolektorů vyskytují dřevěné prvky, nelze podceňovat nebezpečí vzniku požáru. I při běžném provozu je možné, aby teploty v kolektorech, a v části potrubí, dlouhodobě přesahovaly 100 °C.

Příprava na samovznícení probíhá uvnitř dřeva, a není z jeho povrchu jasně patrná. Vnější zvýšená teplota je iniciátorem chemických procesů, které dřevo uvnitř mění a navíc při nich další teplo vzniká. Teplota v okolí nestačí k samovznícení dřeva, ale teplota uvnitř dřeva roste. V nepříznivém případě překročí teplotu samovznícení. Tento problém znají hasiči, znají jej kominíci.

V České republice není instalace do střechy vestavěných solárních kolektorů s dřevěným rámem běžná. Pokud by přicházela v úvahu, je nutné zásadně omezit možnost výskytu stagnačních stavů. Nejde jen o přiměřenou velikost zásobníku, ale i o 100% jistotu cirkulace solární kapaliny a odvodu získaného tepla. Uvedené případy varují před nezodpovědnou samovýrobou kolektorů.

---

Podle Brände an thermischen Solaranlagen, Dipl. Ing. Jürgen Hoyer, Institut für Schadenverhütung und Schadenforschung der öffentlichen Versicherer e.V., SHT 10/2014, Schadenprisma 2/2014