Solární systémy pro přípravu teplé vody v bytových domech

Důležité otázky a fakta

• Vzrůstající ceny energií
• Rostoucí spotřeba teplé vody (TV)
• 40% obyvatel žijících v bytových domech
• Životnost bytových komplexů (revitalizace)
• Účinnost zdrojů pro přípravu TV

Užitečné odpovědi

• Solární systémy pro přípravu teplé vody v České republice jsou schopny pokrýt až 60% nákladů na tyto aplikace (viz. následující příklad)
• Zlepšující se dotační politika pro vlastníky bytových domů
• Relativně rychlé návratnosti při faktických prognózách růstu cen energií
• Dlouhá životnost solárních systémů (při pravidelných ročních kontrolách více než 25 let)
• Ekologie přípravy teplé vody (snižování produkce CO₂)

Příklad návrhu kolektorové plochy

1. Vstupní data

• Spotřeba teplé vody - důležité pro návrh solárního systému
• Spotřeba energie - důležité pro vyčíslení úspor

Pro kalkulaci úspor je výhodné znát spotřebu TV v jednotlivých měsících (rozdíl léto - zima). Nejdůležitějším údajem pro návrh je denní spotřeba TV!!!

Konkrétní aplikace BD v Brně

• Spotřeba teplé vody: 8m³/den (červenec)

Standardní podmínky:

Ohřev vody z 10°C na teplotu 55°C => 420 kWh/den
Připočtení tepelných ztrát rozvodů TV, akumulace a cirkulace (30-50%) => 550 kWh/den

2. Prvotní návrh solárního systému

• Návrhový měsíc, či období plného pokrytí solárním systémem (solární pokrytí vs. solární zisky)
  
  
  
  
• Stanovení kolektorové plochy
  • přes koeficienty účinnosti, meteorologická data
  • odhad z údajů maximálních a průměrných zisků kolektorů

Pro prvotní návrh postačuje rychlejší druhý postup, kdy z údajů zjištěných dlouhodobým měřením v různých systémech byly stanoveny průměrné denní zisky v jednotlivých měsících.

Kolektor REGULUS KPC 1:

• plochý, zasklený kolektor s vysoce spektrálně selektivní vrstvou a celoměděným absorbérem s účinnou plochou 1,87 m²

Zisky: 7 - 7,5 kWh/kolektor
=> Cca 3,8 kWh/m²

Podílem denní potřeby energie (550 kWh) a možným ziskem (3,8 kWh) stanovíme celkovou plochu solárního kolektoru = 145 m²

=> 80 ks kolektorů REGULUS KPC1

Pozn.: Návrhový měsíc červenec!!!

3. Úprava návrhu dle možností investora

• Možné zvětšení či zmenšení návrhové plochy (varianty návrhu)

Maximální možný počet kolektorů v BD v Brně: 120 ks REGULUS KPC1

Varianta 2: 100 ks kolektorů REGULUS KPC1

4. Bilance navržených systémů

• Simulace provozu navržených solárních systémů v jednotlivých měsících

Cena za 1 kWh v roce 0 = 2,- Kč
Předpokládaný růst ceny energie = 7%

5. Možnosti dotace z programu Zelená úsporám

Pozn.: Varianta A, 73 bytových jednotek, kolektory 45° - jih

Počet bytových jednotek: 73
Výše dotace na 1 b.j.: 25.000,- Kč dle informačního
listu č. 4 ze dne 10. srpna 2009
Celková poskytnutá dotace: 1.825.000,- Kč
Předpokládané náklady: 2.200.000,- Kč
Podíl dotace: 83%

Umístění kolektorů

Kotvení k podkladové konstrukci

Šikmá střecha

Rovná střecha

Volná plocha

Šikmá střecha

Rovná střecha (volná plocha)

Volba zásobníků a zapojení systému

• Velikost akumulace volit s ohledem na dispoziční možnosti prostorů technologie, velikost kolektorového pole a spotřebu TV
• Vždy na začátku zrevidovat stav a způsob dohřevu, cirkulace atd.
• Počet zásobníků a jejich zapojení volit s ohledem na MaR
• Počet oběhových čerpadel primárního okruhu zvolit s ohledem na velikost kolektorového pole a hydraulického zapojení kolektorů

Návrh výměníků

• Pro výpočet deskových výměníků použít výpočtový software (výkon, tlak. ztráty, průtoky)
• Běžné okrajové podmínky solárního systému pro přípravu TV:

Primární strana: Propylen-glykol T1 = 65°C T2 = 35°C V = 0,5 - 1 l/min.m2kol dPmax = 20 kPa

Sekundární strana: Voda T1 = 30°C T2 = 60°C dPmax = 20 kPa

• U větších systémů (>20m²) doporučuji deskové
• Trubkové výměníky cca 0,2-0,25 m²/m²_kol (orientační hodnota)

Návrh oběhového čerpadla

• Standardní postup výpočtu tlakových ztrát okruhu
  • Tlaková ztráta trením
  • Tlaková ztráta místními odpory
• Možnost využití čerpadel upravenými charakteristikami pro využití v solárních termických soustavách a s motorem s energetickou třídou B (např. Wilo Star ST)
• U větších soustav uvážit zálohu čerpadel

Návrh expanzní nádoby a pojistného ventilu

• Expanzní nádoba musí pojmout jak změnu objemu kapaliny při zvýšení provozních teplot (max. provozní teplota 120-140°C), tak objem kolektorů v okamžiku stagnace (dobré či špatné vyprazdňování kolektorů)
• Expanzní nádobu připojit přes zajištěný uzavírací ventil s vypouštěním (revize expanzní nádoby)
• Přetlak v expanzní nádobě podle

p_exp = p - 0,5

p - plnící tlak soustavy [bar]

• Plnící tlak soustavy je definován hydrostatickým tlakem a minimálním požadovaným přetlakem v kolektorech

p = p_min + (0,1 x H)

p_min [bar] - minimální požadovaný tlak v kolektorech volíme v rozmezí 1,3-3 bar (u vysokých rozvodů může být nižší za předpokladu zajištění trvalého odběru energie - solární soustava bez přebytků tepla)
H [m] - výška středu kolektorového pole od manometru

• Otevírací tlak pojistného ventilu standardně 6 bar
• Umístění PV (ČSN vs. DIN)?????

Regulace a měření

• Solární regulátor pro řízení nabíjení dostatečného počtu spotřebičů s možností volby priorit
• V kolektorech teplotně odolná čidla
• Ochranné a bezpečnostní funkce (zpětné vychlazování, chlazení kolektoru apod.)
• Řízení otáček oběhových čerpadel
• Měření a vyhodnocení s entalpickou korekcí
• Ukládání dat (možnost vzdálené zprávy)
• Dostatečná přesnost průtokoměrů
• Možnost měření slunečního ozáření