|
SOLÁRNÍ SOUSTAVY PRO VELKÉ SPOTŘEBITELE
(referát ze semináře "Den pro solární energii")
Nasazení standardních termických solárních kolektorů se nabízí všude tam, kde je zapotřebí teplo v nízkoteplotní oblasti. Jsou to domy pro více rodin, domovy důchodců, hotely, atd., jednak pro přípravu teplé vody, tak i pro vytápění místností.
Nasazení soustavy termických solárních kolektorů jmenovaným spotřebitelům především pro ohřev vody je výhodné, protože spotřeba teplé vody je v průběhu roku téměř konstantní a v letním pololetí lze očekávat největší nabídku energie ze Slunce.
1. SPOTŘEBA TEPLÉ VODY
Spotřeba vody je jednou z rozhodujících veličin pro dimenzování solární soustavy a proto je zvláště důležité ji zjistit co možná nejpřesněji. Průměrná spotřeba na osobu a den obnáší v obytných budovách s více rodinami průměrně 30 litrů vody o teplotě 60°C. Tato empirická hodnota byla stanovena četným měřením a kryje se také s údaji z příslušné odborné literatury.
Spotřeba teplé vody závisí v podstatě, ale nikoliv výhradně, na počtu osob. Nezanedbatelnou roli hrají životní standard, stáří, povolání, roční období aj. jakož i způsob odečtu spotřeby užitkové vody (zda je instalován vodoměr, nebo propočet vychází velikosti obytné plochy).
Již orientační hodnoty z literatury (Recknagel, et al., 1995) vykazují velké rozdíly denní spotřeby.
2. SPOTŘEBNÍ PROFIL
Vedle stanovení denní spotřeby je pro simulaci a dimenzování zvlášť důležité definovat spotřební profil soustavy. Rozhodující pro dimenzování soustavy teplé vody v domě pro více rodin není jen denní spotřeba, ale špičková spotřeba, kdy se projeví odběr u mnoha paralelních spotřebitelů najednou. V tuto dobu činí potřebný výkon pro ohřev vody násobek potřebného výkonu pro vytápění místností. V praxi bývají špičkové výkony zachyceny zásobníky teplé vody.
V obr. 2 jsou zřetelné 3 spotřební špičky (ranní, polední a večerní) s rozdílnými maximálními hodnotami v průběhu dne. Znázornění platí pro pracovní den.
3. KLIMATICKÁ DATA
Celkové hodnoty globálního záření, dopadajícího ročně na horizontální plochu, jsou znázorněny na obr. 3. Zřejmý je relativně vysoký podíl záření v průběhu letního půlroku. Zřetelně rozeznatelné je i značné kolísání hodnot záření ve dnech a týdnech.
4. UMÍSTĚNÍ KOLEKTOROVÝCH PLOCH
4.1 Integrace do střechy
Na šikmých střechách mají být kolektorové plochy integrovány do střešního pláště jako plocha odvádějící vodu.
Pokud je to možné, mají být kolektorové plochy a přípojky umístěny tak, aby byly přívod a zpátečka do technického prostoru v domě co nejkratší a tím se omezily zbytečné tepelné ztráty z dlouhého potrubí.
Ploché kolektory, integrované do střechy, představují nejen opticky pohledný, ale i zvlášť cenově příznivý způsob montáže. Při tomto způsobu vestavby se stává kolektorová plocha součástí konvenční šikmé střechy a zároveň plní i funkci střešního krytí, odolného vlivům počasí.
4.2 Osazení kolektorů na stojanech
Obvykle jsou solární kolektory na plochých nebo pultových střechách osazeny na hliníkových nebo ocelových stojanech. Má-li být řazeno více kolektorových polí za sebou, musí být mezi nimi dodržen jistý odstup. V zimních měsících s relativně plochým dopadem záření Slunce má docházet pokud možno k malému zastínění. Nosné konstrukce se upevní buď na konzolách, nebo na betonových blocích.
Aby se omezilo vzájemné zastínění za sebou postavených kolektorů, měly by být především uspořádány v řadě.
Jednou z takových instalací je i solární kolektor s úhlem sklonu 60° postavený na konstrukci na střeše fotbalového stadionu (viz obrazek).
5. KONCEPTY HYDRAULIKY SOLÁRNÍCH SOUSTAV PRO DOMY S VÍCE RODINAMI
Všeobecně mohou být systémy zásobování teplem kategorizovány podle:
5.1 Velikosti systému
Velikost systému (plocha kolektorů a objem zásobníku) je určována spotřebou (počtem zásobovaných bytových jednotek, případně počtem osob) a předpokladem docílení požadovaného solárního pokrytí spotřeby.
5.2 Způsobu akumulace energie
Uložení energie, tedy její akumulace, může být prováděno buď v jednoduchém ocelovém nebo vyrovnávacím zásobníku (zde probíhá akumulace energie trvale v médiu, které se nemění), nebo v zásobníku teplé vody (kde dochází k ukládání energie do stále obměňované pitné vody, jak představuje nasledující obrázek).
5.3 Způsoby provozu solární soustavy (Low-Flow – High-Flow)
Provoz soustav pro rodinné domy o obvyklém uspořádání a velikosti, má probíhat v principu Low-Flow (nízký průtok). Z provozu Low-Flow vyplývají ze specificky nízkých průtoků i menší průměry potrubí, menší potřebné výkony čerpadel a díky menším povrchům potrubí i redukované tepelné ztráty. Použití menšího množství materiálu vede pak i k redukci ceny systému. Optimální doplnění Low-Flow systémů pak představují tzv. vrstvící (stratifikační) nabíjecí systémy. Tyto systémy zavádí přívod vody v závislosti na její teplotě a teplotních vrstvách v zásobníku do té vrstvy v zásobníku, která svou teplotou nejlépe odpovídá teplotě příváděné vody.
Vrstvící nabíjecí systémy, nabízené trhem, je možno zásadně rozdělit do dvou skupin:
| - |
samoregulační systémy, které využívají specifickou hmotnost kapalného média, závislou na teplotě (většinou systémy s klapkami)
|
| - |
elektronicko-mechanické řízené systémy (systémy ventilů)
|
Samoregulační systémy dovolují řízení se zcela malým rozdílem hydraulického tlaku a obejdou se do značné míry, podle druhu a konstrukce vrstvícího nabíječe, bez komponent náchylných k závadám. U elektronicky –mechanického nabíjení vrstev umožňuje ventil solární soustavě přinejmenším druhou možnost ukládání tepla v zásobníku. Podle potřeby mohou být na výšku zásobníku rozmístěny další ventily za obdobných kritérií regulace. Předností elektronicko-mechanické varianty je možnost použití běžných, na trhu nabízených zásobníků na teplou vodu nebo vyrovnávacích zásobníků.
5.4 Systémy s jedním zásobníkem a více zásobníky
Aby bylo možno energii z kolektorů krátkodobě akumulovat, je k tomu potřebný objem zásobníku, dimenzovaný úměrně velikosti kolektorové plochy.
Jako všeobecně nevýhodné se prokázaly koncepty více zásobníků (zásobníkové baterie), jedno zda v provedení jako zásobníky teplé vody, nebo vyrovnávací zásobníky. Vzhledem k nepříznivému poměru velikosti objemu k ploše pláště se vyskytují větší tepelné ztráty oproti systému s jedním zásobníkem. Dále jsou plášťové izolace, běžné na trhu, s ohledem na jejich tloušťku a izolační vlastnosti energeticky nesrovnatelné s izolací, přizpůsobenou jed-notlivému zásobníku. Také náklady na izolaci z minerální vlny, sestavenou na míru na místě,jsou ve srovnání s izolací z hotových tvrdých pěnových desek výrazně nižší. Vedle zvýšených nároků na pracnost hydraulického propojení jednotlivých zásobníků, což zase zvyšuje více-náklady, způsobují přípojky na bateriích zásobníků (musí se provést prostupy izolacemi) další tepelné ztráty.
Jako velmi efektivní a nákladům příznivé se ukázaly systémy se dvěma zásobníky, zřejmé z obrázku.
U těchto konceptů soustavy je vlastní zásobník teplé vody dimenzován jako pokud možno malý a slouží jen k pokrytí špičkové potřeby. Získaná solární energie není pak ukládána do tohoto zásobníku teplé vody, ale do jednoduchého, z hlediska nákladů výhodného vyrovnávacího zásobníku.
Napojení konvenčního dohřívání následuje v horní oblasti vyrovnávacího zásobníku. Tím je zajištěno v každé době krytí špičkové potřeby. Vyrovnávací zásobník může být v době, bohaté na sluneční záření, vyhřát kolektory až na 90°C.
Naproti tomu zásobník teplé vody bude vzhledem k potlačení nánosů vápníku a růstu Legionel, nabíjen přes deskový výměník z vyrovnávacího zásobníku na konstantních 55°C.
5.5 Zapojení na dohřívání
Při rozlišení hydraulických koncepcí musí být brán v úvahu i konvenční způsob dohřívání. Konkretně může dohřívání probíhat v pohotovostním zásobníku, v zásobníku energie, nebo v průtočným způsobem.
5.6 Způsob uplatnění
Má se být zvážit , zda budou solární zisky uplatněny mimo ohřevu vody také k přitápění , resp. podpoře vytápění.
5.7 Počet rozdělovacích potrubí pro teplou vodu a teplo pro topení
V závislosti na způsobu ohřevu vody (centrální – decentrální, úroveň teploty) se vyskytují sítě s různým počtem rozvodných potrubí. Tyto koncepty se dají v podstatě rozdělit na sítě 2 nebo 4 trubkové.
| 5.7.1 |
Čtyřtrubkové sítě
Jako „čtyřtrubkové sítě“ se označují koncepty s rozvodnými systémy, které mají vedle přívodního potrubí a zpátečky pro vytápění také ještě dvě (nejčastěji) potrubí pro rozvod teplé vody (rozvod teplé vody a cirkulační vedení). Teplá voda je oběhovým čerpadlem vedena přes hlavní rozvody až krátce před odběrná místa a pak „cirkulačním potrubím“ dimenzovaným pokud možno na malý průměr vedena zpět k zásobníku. Tím se udržuje rozvodná síť trvale na potřebné teplotě. Ztráta tepelné energie v cirkulačním potrubí může být ovšem velmi velká. Podle způsobu provozu, teploty, délky potrubí, obíhajícího množství a jakosti izolace vyskytují se ztráty od 20 až přes 100% vlastní energie teplé vody. Tyto tepelné ztráty představují největší nevýhodu čtyřpotrubní sítě. Ukládání (akumulace) energie spočívá v tomto systému prostřednictvím topné vody v konvenčním ocelovém zásobníku. To přináší u větších soustav z hlediska nákladů výhodnější ceny zásobníků a tím menší systémové náklady. U čtyřpotrubních systémů s topnou vodou jako médiem pro zásobník energie vyplývá zpravidla ohřev vody přes tepelný výměník ve spojení s malým zásobníkem teplé vody jako pohotovostním zásobníkem.
Obrázek znázorňuje možnost zapojení dohřívání do systému. Zde je cenově výhodný vyrovnávací zásobník dimenzován větší o pohotovostní zásobník, který je dohříván v přerušovaném provozu (tak zvaným taktováním).
Pohotovostní zásobník se nabíjí v přerušovaném provozu (taktováním) stálým nabíjecím průtokem. Tím dochází během nabíjecího postupu k teplotám zpátečky, něco nad teplotami studené vody.
|
| 5.7.21 |
Dvoutrubková síť
Jako dvoutrubková síť se označují koncepty s rozvodným systémem, který pro přípravu teplé vody a zajištění tepla pro vytápění vystačí s jedním párem potrubí. Výrazný rozdíl oproti čtyřpotrubní síti spočívá v tom, že ohřev teplé vody probíhá decentrálně a na základě kvality systému je možno solární zisky použít pro ohřev vody a podporu vytápění.
Dvoupotrubní síť s centrálním zásobníkem energie a decentrálním ohřevem teplé vody (různé varianty).
Na schématu je vidět dvoupotrubní síť se třemi různými možnostmi pro decentrální ohřev teplé vody.
Dvoupotrubní sítě s decentrálními zásobníky teplé vody mohou být výhodně použity všude tam, kde převažuje malá hustota odběru, vztažená na délku potrubní sítě (řadové domy). Zde se musí v letních měsících bez decentrálních zásobníků celá rozvodná síť teplé vody držet na potřebné teplotě, což vede k značným ztrátám v síti potrubí.
Pro relativně vysoké náklady, způsobené použitím decentrálního zásobníku, ukazuje se při vyšších odběrových hustotách (konvenční stavby pro více rodin) z hlediska nákladů příznivější alternativou průtočný systém bez zásobníku. V posledních letech se pro výstavbu domů s více rodinami prosadily v kombinaci se solárním systémem tak zvané bytové předávací stanice. Na pravém obrázku je zobrazena jako příklad bytová stanice (bez krytu).
|
|
JOSEF SCHRÖTTNER
Arbeitsgemeinschaft
ERNEUERBARE ENERGIE
A8200-Gleisdorf, Feldgasse 19
s.schroettner@aee.at
28. 11. 2003
|
(přehled referátů ze semináře Den pro solární energii)
|
|
Solárko - jediný časopis
výhradně o solární energetice.
| Jak se hraje solární liga |
Obce a města dostávají body
za instalace solárních systémů: |
| 180 b./m2 | - vakuový kolektor
|
| 100 b./m2 | - běžný kolektor
|
| 40 b./m2 | - Fresnelovy čočky
|
| 30 b./m2 | - plast. či text. kolektor
|
| 1 b./ 3 Wp | - fotovolt. systém
|
|
| ---------------------------------------
výsledné pořadí 8. ročníku |
  
právě soutěží 1079 sídel
| |
| ---------------------------------------
|
tiskové zprávy
Solární mistři 8. ročníku
2011, 2009,
2008, 2007,
2006, 2005, 2004
|
|
