Problematika kombinace solárních soustav s kotli na spalování biomasy
Příspěvek popisuje problematiku spojení solárních tepelných soustav s kotli na spalování biomasy - typově a teplotně odlišných zdrojů tepelné energie - do funkčního celku soustavy vytápění. Detailněji se pak věnuje doporučeným zapojením těchto soustav, požadavkům na typ a objem akumulačních nádrží, dále zpřehledňuje požadavky na měření a regulaci otopných soustav s těmito zdroji tepelné energie.
ÚVOD
Kombinace několika zdrojů tepelné energie se stala běžnou součástí návrhu moderních otopných soustav. Důvodů je hned několik. Jde zejména o požadavek investorů staveb na diverzifikaci zdrojů energie tak, aby uživatelé objektů nemuseli být závislí pouze na jednom typu paliva a jednom dodavateli, dále to může být požadavek na instalaci zdrojů, jejichž efektivita se mění s jednotlivými ročními obdobími nebo režimy provozu, a je nutné tedy operativně zvažovat výhodnost využití nebo sepnutí jednotlivých zdrojů při různých okolnostech. Klasickým příkladem může být právě instalace solární soustavy se zdrojem na spalování biomasy (zdroj na spalování biomasy je dále používán jako výraz pro soubor různých typů zdrojů na biomasu, tedy kotle na dřevo, krby s teplovodní krbovou vložkou, kotle na pelety, apod.).
Solární soustava je z hlediska nákladů na provoz bezkonkurenčně nejlevnějším zdrojem, jaký je k dispozici. V dostatečné míře je však k dispozici pouze v přechodném a letním období, kdy téměř "zadarmo" zajišťuje přípravu teplé vody a přitápění, v případě nízkoenergetických a pasivních objektů i samostatné vytápění. V zimním období však není možné od solární soustavy očekávat výraznější zisky, které by kryly potřeby energie pro přípravu teplé vody a vytápění.
U zdrojů na spalování biomasy je pro menší objekty typu rodinných domů využitelnost a efektivnost téměř opačná. V zimním období, kdy je vyšší potřeba energie pro vytápění, je možné zdroj na spalování biomasy provozovat trvale, s optimálním výkonem a v optimálních provozních teplotách otopné vody, bez různých "utlumovacích" regulačních prostředků - tedy s maximální účinností. Pokud však nastane požadavek na nižší výkony těchto zdrojů (pro vytápění v přechodných obdobích) nebo potřeby energie časově krátké (příprava teplé vody), bude účinnost těchto zdrojů podstatně klesat, zároveň bude také docházet k navýšení emisí plynů a prachových částic. Z toho vyplývá koncepční správnost návrhu těchto dvou úsporných ekologických zdrojů energie, kdy se tyto zdroje doplňují, nikoliv potlačují nebo přetahují, jak tomu může nastat například při kombinaci zdroje tepla na biomasu s tepelným čerpadlem.
Přestože se tyto dva zdroje výhodně doplňují z hlediska celoročního provozu, nemusí tomu tak být v okamžiku, kdy jsou v provozu současně. Při jejich návrhu do jednoho funkčního celku je nutné dbát na zachování optimálních podmínek provozu každého z nich. To vyžaduje odborný návrh zejména typu a objemu akumulační nádrže, která slouží ke spojení obou zdrojů. Bez akumulační nádrže je provoz obou zdrojů neefektivní, v praxi se však bohužel stále vyskytuje zejména z neznalosti nebo nezkušenosti montážních firem, které se mnohdy nechají investorem dotlačit do investičně levného, ale neefektivního či dokonce nefunkčního řešení.
PROBLEMATIKA SPOJENÍ SOLÁRNÍ SOUSTAVY S KOTLEM NA BIOMASU
Teplotní stratifikace akumulace - efektivní spojení zdrojů s různými teplotami
Jedním z hlavních problematických styčných bodů obou zdrojů je provozní teplota, při které zdroje pracují s vysokou účinností. U solární soustavy platí, že s čím nižší teplotou pracuje, tím vyšší účinnosti dosahuje. Oproti tomu zdroje na spalování biomasy, vybavené zařízením na ochranu proti nízkoteplotní korozi, jsou provozovány v teplotách nad 60 °C a výstupní teploty se běžně pohybují nad 70 °C. Při požadavku na funkční spojení obou zdrojů je tedy nutné tuto skutečnost řešit, nejčastěji volbou vhodného typu akumulační nádrže a návrhem zapojení jednotlivých vstupů a výstupů zdrojů a otopných okruhů tak, aby bylo dodrženo zónování jednotlivých částí nádrže z hlediska teplotní stratifikace v nádrži. Horní část akumulační nádrže je obyčejně vyhrazena pro zdroj na spalování biomasy, spodní chladnější část pro solární soustavu. Tomu odpovídají i výšky jednotlivých vstupů a výstupů akumulační nádrže.
U solární soustavy je umístění výměníku dané konstrukcí akumulační nádrže. Výměník solární soustavy je vždy instalován ve spodní části akumulační nádrže. Pokročilejší typy akumulačních nádrží jsou vybaveny solárním výměníkem i v horní části. Pak je možné využít výhody zónového ohřevu od solární soustavy, kdy může být solární soustava při provozu zapojena pouze do horní poloviny akumulace a ohřívá tedy poloviční objem akumulace. Solární soustava zapojená do malého objemu tak může reagovat pružněji a požadovaných teplot v horní části akumulace dosáhnout rychleji. Tento způsob zapojení je využíván zejména v již zmiňovaných nízkoenergetických rodinných domech, kde může být výkon solární soustavy v přechodných obdobích častěji vyšší, než jsou aktuální energetické požadavky objektu, a je tedy možné využít monovalentní provoz solárního vytápění.
U objektů s vyšší tepelnou ztrátou, kdy není reálný monovalentní provoz solární soustavy pro vytápění, tedy kde aktuální výkon solární soustavy nemůže být vyšší než výkon otopných okruhů, se toto zapojení nevyužívá. V těchto případech je vhodnější solární soustavu zapojit do spodního výměníku akumulace, aby pracovala s co možná nejnižšími teplotami a tedy s maximálními možnými solárními zisky. Přesto se i do těchto výkonově náročnějších objektů zónové zapojení solární soustavy využívá, nikoliv pro přitápění, ale zejména kvůli letnímu provozu solární soustavy pro přípravu teplé vody. Solární soustava pak není náchylná na výkyvy úrovně slunečního ozáření a postačuje krátká doba slunečního svitu, aby zajistila dostatečnou teplotu horní části akumulační nádrže pro přípravu teplé vody, aniž by bylo nutné sepnout bivalentní zdroj. Při návrhu a zejména regulaci zónového ohřevu akumulační nádrže ze solární soustavy by měl být brán zřetel i na fakt, že při ohřevu horní části akumulace solární soustava nutně pracuje s vyššími provozními teplotami, než by mohla. Celkové roční solární zisky tedy lze očekávat nižší než u soustav, které jsou striktně zapojeny vždy do nejstudenější části akumulace. Z hlediska kvalitativního hodnocení tepla však u většiny soustav není jedno, zda je k dispozici například 1000 l topné vody o teplotě 35 °C, kterou je většinou nutné dohřát bivalentním zdrojem na požadované teploty, nebo 500 l otopné vody o teplotě 60 °C, kterou je možné bez nutnosti dohřevu přímo použít. I za cenu snížení celkových ročních solárních zisků se tak využívá možnost navýšení solárního podílu úplným odepnutím bivalentního zdroje.
Ostatní zdroje tepelné energie se do akumulační nádrže zapojují s ohledem na zapojení solární soustavy, respektive umístění solárního výměníku. Vratné potrubí do kotlů na biomasu je vhodné zapojit v úrovni nad spodním solárním výměníkem, dolní část akumulační nádrže zůstává vyhrazena pro solární soustavu. Objem akumulace mezi výstupem vratného potrubí kotle a dolní částí akumulační nádrže pak nelze počítat do akumulačního objemu kotle na biomasu, neboť kotel nemá možnost do tohoto prostoru akumulace zasáhnout.
Samostatnou částí návrhu vstupů a výstupů do akumulační nádrže je otopný okruh objektu, zejména jeho vratné potrubí. Teplota i průtok vratným potrubím má kolísavý charakter a není možné určit v jaké výšce, respektive teplotní úrovni by měl být realizován vstup z otopného okruhu do akumulační nádrže. U akumulačních nádrží, které jsou vybaveny teplotním stratifikátorem, je řešení jednoduché - stratifikátor automaticky distribuuje vratnou topnou vodu z otopného okruhu do teplotní úrovně nádrže, která odpovídá stejné teplotě (a hustotě) vratné otopné vody z otopného okruhu. I když jednoduché stratifikátory, které jsou součástí standardních akumulačních nádrží, nefungují z hlediska teplotního vrstvení vždy ideálně, mají alespoň schopnost ustálit a zpomalit průtok vratné otopné vody z otopného okruhu. Účinně se omezuje proudění v akumulační nádrži a tím i nechtěné promíchávání jednotlivých teplotních vrstev. U akumulačních nádrží, které nejsou vybaveny stratifikátorem, je návrh složitější, výška umístění vratného potrubí otopných okruhů je obyčejně volena především s ohledem na teplotní úroveň otopného okruhu. Nízkoteplotní otopné okruhy, které mají relativně nízkou vratnou teplotu, je možné vést do spodní části akumulace, aniž by hrozil nechtěný výraznější ohřev dolní části akumulace od vratné vody z otopného okruhu. Naopak u vysokoteplotních otopných okruhů, kde se teploty vratné topné vody pohybují i kolem 50 °C, je výhodné vratné potrubí z otopného okruhu směřovat ke středu akumulační nádrže. Klasický příklad topného okruhu s vysokou teplotou vratné vody je nepřímotopný ohřev zásobníku teplé vody z akumulační nádrže.
Teplotní rozdíl mezi dolní a horní částí specializované akumulační nádrže se v těchto soustavách může při běžném provozu pohybovat i kolem 40 K. Pro zamezení nechtěného promíchávání jednotlivých teplotních vrstev v akumulaci jsou v akumulačních nádržích montovány různé defenzory (jednoduchá zařízení pro usměrnění a ustálení proudění), které zpomalují proudění otopné vody do akumulační nádrže a mění směr proudění z přímého nejčastěji na tangenciální. Dochází tak k mírnému pohybu kapaliny pouze v rámci jedné vrstvy, nikoliv mezi vrstvami.
Obr. 1. Zapojení solárního soustavy a kotle do kombinované akumulační nádrže
Návrh objemu akumulace je alchymie
Další problém spojení solární soustavy s kotlem na spalování biomasy vyvstane ve chvíli, kdy se stanovuje optimální objem akumulace pro jednotlivé zdroje. U běžných rodinných domů se pro přípravu teplé vody a přitápění pohybují navrhované velikosti solárních polí nejčastěji mezi 6 - 12 m2. Zejména kvůli požadavku na minimalizaci investičních nákladů se prosazují spíš malé solární soustavy nejčastěji kolem 8 m2. Této ploše solárních kolektorů pro optimální celoroční provoz solární soustavy vyhovuje objem akumulace cca 600 l.
Objem akumulace pro kotel na biomasu závisí zejména na výkonu a typu kotle, jiný objem je potřeba k teplovodnímu krbovému výměníku nebo kotli na dřevo s manuálním přidáváním paliva - dále budou tyto typy zdrojů označovány jako manuální zdroje, jiný objem je zase nutný například pro kotel na pelety s automatickým podavačem paliva - tyto zdroje budou dále označovány jako automatické.
U manuálních zdrojů se při návrhu objemu akumulace nedoporučuje vycházet pouze z výkonu zdroje, ale je dobré přihlédnout i k tepelné ztrátě objektu a přepokládané době provozu nebo využití zdroje (typický příklad s kotlem na dřevo, který má být používán přes den, v noci je pak požadavek vytápět nebo temperovat objekt z akumulační nádrže). Platí zásada, že akumulace by měla mít takový minimální objem, aby mohl být zdroj provozován nepřerušovaně minimálně 3 hodiny, aniž by musel být provozován s nižší účinností. U manuálních zdrojů to znamená provoz při nominálním výkonu, u automatických zdrojů, které dokážou automaticky snižovat svůj výkon, je to minimální výkon, při kterém ještě zdroj pracuje s maximální účinností. Mnohdy se pro zjednodušení bere ohled pouze na výkon zdroje a jednoduchou lineární závislostí na výkonu se stanovuje potřebný objem akumulace. Pokud je přepočtový koeficient volen rozumně (například 50 l/kW v programu Zelená úsporám - který byl navržen právě pro 3 hodiny nepřerušovaného provozu zdroje), je pro většinu objektů stanovený objem akumulace v pořádku. Problematické v tomto ohledu mohou být nízkoenergetické objekty, kdy jsou výkony potřebné pro vytápění nepoměrně nižší než výkon zdroje a akumulace navržena běžným způsobem nestačí pro uložení přebytků výkonů zdroje - častý případ požadavku na instalaci teplovodních krbů (výkony 8 - 12 kW) do objektů s tepelnou ztrátou 3-4 kW. Manuální zdroje pak musí být provozovány s utlumeným výkonem (u krbů je toto utlumení mnohdy navíc velice problematické nebo nemožné), což obyčejně znamená začít provozovat zdroj s nižší účinností. V mnoha případech, zejména v přechodných obdobích, musí být spuštěn i systém aktivního chlazení zdroje, nejčastěji dochlazovací smyčkou instalovanou ve zdroji. Teplo je tak plýtváno buď špatným spalováním paliva s nízkou účinností a vysokými emisemi, nebo odchází chladicí vodou do kanalizace.
Optimalizované zapojení může pomoci
Do běžných objektů s tepelnou ztrátou kolem 10 kW a manuálním zdrojem na spalování biomasy o výkonu 20 kW je potřebný objem akumulace cca 1000 l. Tedy skoro dvakrát větší, než je optimální objem pro požadovanou plochu solárních kolektorů. Řešením může být použití akumulační nádrže s možností zónového ohřevu solární soustavou (horní a spodní solární výměník), jak je naznačeno na Obr. 1, nebo je možné použít sériové zapojení dvou akumulačních nádrží, kdy jedna svou velikostí odpovídá požadavkům solární soustavy, druhá je rezervovaná pro akumulaci přebytků z manuálního zdroje, případně pro ukládání výraznějších letních solárních přebytků energie. Schéma tohoto zapojení je naznačeno na Obr. 2. V primární akumulační nádrži je zajišťována příprava teplé vody, dohřev automatickým bivalentním zdrojem (letní dohřev teplé vody), je do ní zapojena solární soustava, výstup z manuálního zdroje na biomasu a je do ní také zapojen otopný okruh objektu. Při běžném provozu je využita pouze tato primární akumulační nádrž. Sekundární akumulační nádrž je do soustavy zapojena až v případě, kdy je pohotovostní nádrž natopena od manuálního zdroje na biomasu. Ohřev sekundární akumulační nádrže se v tomto případě děje zcela automaticky, z hlediska kotle na spalování biomasy jsou akumulační nádrže zapojeny sériově, výstup z kotle je veden do primární akumulační nádrže, vstup do kotle je realizován ze spodní části sekundární akumulační nádrže. Nejprve se tedy "nabíjí" primární nádrž, poměrně rychle je tak zajištěna příprava teplé vody a rezerva tepla pro vytápění objektu z kotle na biomasu. Po natopení primární akumulační nádrže je pro kotel využita druhá akumulační nádrž. Na otopný okruh jsou akumulační nádrže napojeny přes třícestný zónový ventil, aby nebyla sekundární akumulační nádrž zbytečně natápěna vratnou topnou vodou z otopného okruhu. Třícestný ventil spíná vratnou topnou vodu přes sekundární akumulační nádrž, až dosáhne vyšší teploty, než je teplota vratné vody z otopného okruhu a energii z této nádrže lze tedy reálně využít pro vytápění. Po přepnutí třícestného ventilu je akumulovaná energie nejprve předávána do primární nádrže, kde slouží pro přípravu teplé vody, nebo je dále odváděna do otopného okruhu. Toto zapojení lze s úspěchem využít tam, kde je požadavek na velký objem akumulace pro kotel na spalování biomasy a menší objem akumulace pro solární soustavu, a to i když je požadavek na extrémně rozdílné objemy. Sekundární nádrž lze totiž dále rozdělit na několik paralelně zapojených akumulačních nádrží. V praxi tak nejsou výjimkou případy objemů akumulace o velikosti několika tisíc litrů se zapojením malé solární soustavy, které jsou plně funkční jak ze strany solární soustav, tak ze strany zdroje na spalování biomasy.
Obr. 2. Sériové zapojení 2 akumulačních nádrží pro zvětšení objemu akumulace
U automatických zdrojů na biomasu se může problematika různých požadavků objemů akumulace od jednotlivých zdrojů na první pohled jevit zdánlivě nevýznamná. Automatický kotel lze sepnout a vypnout téměř dle libosti. Bohužel samotné zapálení kotle může být energeticky velmi náročné - elektrické zdroje pro zapálení paliva mívají výkon v řádech několika kW a jsou v provozu i několik minut. Tato výrazná energetická špička může mít vliv na celkovou bilanci zdroje. Další problém, který se zapalováním souvisí, jsou vysoké emise, které jsou při zapalování a "zahřívání" kotle vypouštěny. Často tedy vyvstává požadavek na zamezení častého spínání a vypínání kotle. V odborné literatuře se uvádí, že i u automatických kotlů na spalování biomasy, které nejsou vybaveny vyrovnávací akumulační nádrží, může dojít v jedné otopné sezóně k jejich sepnutí a vypnutí více než dvatisícekrát. To má výrazný vliv na energetickou a ekologickou bilanci zdroje. Tento problém lze velmi dobře a jednoduše řešit návrhem přiměřeného objemu akumulační nádrže se zónovým spínáním provozu automatického zdroje na spalování biomasy. Princip je velmi jednoduchý. Spínání a vypínání kotle je řízeno ze dvou čidel umístěných v různých výškách akumulační nádrže. Podle horního čidla se řídí sepnutí kotle na spalování biomasy, podle dolního čidla jeho vypnutí. Kotel tedy po sepnutí zajišťuje vytápění - výstup je zapojen většinou přímo před směšovací ventil otopného okruhu, přebytky výkonu jsou pak postupně shora ukládány do akumulační nádrže. Po určité době, která je závislá na objemu akumulace mezi oběma čidly, výkonu zdroje a aktuální spotřebě energie otopného okruhu, dojde k ohřátí i spodního teplotního čidla a vypnutí kotle. Vytápění je pak realizováno pouze z akumulační nádrže, dokud nedojde k ochlazení horního čidla a sepnutí kotle. Důležité při návrhu akumulačního objemu je přihlédnout k měnící se energetické spotřebě objektu během topné sezóny. Při nižších venkovních teplotách může být vychlazení akumulace už poměrně rychlé a cyklování kotle se tak stejně nezabrání. Pak je vhodnější přejít na kontinuální režim provozu kotle se sníženým výkonem. Tento přechod by měl být realizován ve chvíli, kdy je možné provozovat kotel s tak nízkým modulovaným výkonem, kdy je ještě zaručena vysoká účinnost spalování.
Bez regulace jako bez hlavy
Správně navržená a naprogramovaná regulace je nutnou součástí funkční a úsporné kombinované otopné soustavy. Při návrhu regulace otopné soustavy složené ze solární soustavy, kotle na spalování biomasy a akumulační nádrže je doporučeno z hlediska praktických zkušeností z provozu těchto soustav dodržet několik doporučení.
Zdroj na biomasu je vždy nutné vybavit zařízením na ochranu proti nízkoteplotní korozi. Nejčastěji je to instalace termostatického směšovacího ventilu. Další možností je klasický motorický směšovací ventil, který je však nutné ovládat regulací, nebo přímo čerpadlové termostatické skupiny. Tato zařízení nejen chrání zdroj před kondenzací spalin ve spalovacím prostoru, ale zajišťuje i dostatečnou teplotu otopné vody pro spalování s dobrou účinností. Výstupní teplota ze zdroje se pak pohybuje kolem 70 °C, což umožňuje bez použití dodatečných regulačních prvků zapojit výstup ze zdroje přímo před směšovací ventil otopného okruhu, do akumulace či zásobníku teplé vody, aniž by hrozilo ochlazení těchto spotřebičů tepla, jak se tomu běžně stává u zdrojů nevybavených tímto zařízením.
Dalším zařízením, bez kterého je provoz a regulace kombinované otopné soustavy obtížná, je motorický směšovací ventil na výstupu do otopného okruhu. Ventil zajišťuje snížení vysoké výstupní teploty z kotle na biomasu na požadovanou nižší, nejčastěji ekvitermní teplotu otopné vody, která vstupuje do otopného okruhu. Snížení teploty topné vody je realizováno směšováním topné vody přiváděné z kotle nebo akumulační nádrže s vratnou topnou vodou z otopného okruhu. Průtok topné vody z akumulační nádrže a do akumulační nádrže je tak poměrně malý, což podstatným způsobem zlepšuje teplotní stratifikaci akumulace. Naopak rezignace na směšování otopného okruhu přináší nejen vytápění extrémně vysokou teplotou, se všemi důsledky které to přináší (otopná tělesa dosahují teplot až kolem 90 °C, víří a spalují se v nich prachové částice), ale dochází i k dalším problémům znemožňujícím efektivní provoz soustavy. V akumulační nádrži je obyčejně nutné rezignovat na požadavek dosažení alespoň minimální teplotní stratifikace - solární soustava je tedy využita minimálně, dochází také k rychlému vyčerpání akumulační nádrže a přetápění objektu nebo minimálně k velkým výkyvům vnitřních teplot, neboť otopná tělesa dosahují vysokých teplot. Mají velký výkon obyčejně neúměrný aktuálním potřebám vytápění. Směšovací ventil řídí nejčastěji ekvitermní regulace podle nastavených požadovaných teplot a zvolené ekvitermní křivky. Pro zamezení nekomfortního přetápění nebo nedotápění vlivem pasivních zisků či větrání je ekvitermní křivka korigována vnitřním pokojovým čidlem. Na místo instalace vnitřního čidla jsou přitom kladeny určité nároky. Čidlo nesmí být instalováno v prostoru, který je zatížen výraznějším zdrojem tepla (místnost s krbem, kuchyň, apod.) při provozu těchto zdrojů tepla by docházelo k nedotápění ostatních prostorů objektu. V prostoru, kde je instalované vnitřní čidlo, by měla být otopná tělesa zajištěna proti náhodnému zavření, rovněž instalace termostatických regulačních ventilů není doporučena, při zavření otopných těles by naopak docházelo k přetápění ostatních prostorů objektu.
Požadavky na regulace solární soustavy nejsou náročné. Pokud se pominou speciální funkce, které usnadňují, zpřehledňují a zabezpečují provoz solární soustavy, jde z hlediska principu pouze o základní diferenciální funkci, tedy porovnání teplot mezi kolektory a jednotlivými spotřebiči solární soustavy (zásobník teplé vody, akumulační nádrž, bazénový výměník apod.). Důležité při zapojení solární soustavy pro zónový ohřev akumulační nádrže nebo ohřev více solárních spotřebičů je použití regulace s funkcí takzvaného "logického přepínání spotřebičů" nebo "logického chování přepínacího ventilu". Tato funkce zajistí efektivní provoz solární soustavy tím, že kromě nastavených priorit solárního ohřevu bere v potaz také skutečné teploty jednotlivých spotřebičů solární soustavy a umožňuje provoz solární soustavy do spotřebiče s nižší teplotou, pokud solární kolektor nemůže dosáhnout vyšších teplot pro ohřev spotřebiče s vyšší prioritou. Za zmínku ještě v tomto případě stojí solární funkce nočního vychlazování, kterou lze při kombinaci s kotlem na spalování biomasy využít částečně i jako aktivní chladič akumulace při překročení nastavené maximální teploty akumulační nádrže v zimních měsících. Toto řešení nelze v žádném případě považovat za náhradu klasických ochranných zařízení, např. dochlazovacích smyček. Chladicí výkon kolektorů nemusí být vyšší než je výkon kotle, navíc je provoz oběhového čerpadla solární soustavy závislý na elektrickém proudu, chlazení tedy není zajištěno při výpadku proudu.
U regulace okruhu kotle na biomasu je vhodné použít stejný typ regulace jako u solární soustavy. Dřívější přístup k regulaci těchto zdrojů - nevhodná instalace termostatu na výstupní potrubí ze zdroje - je postupně nahrazována jednoduchou diferenciální regulací, kdy se porovnává teplota topné vody vystupující ze zdroje a teplota ve spodní části akumulační nádrže. Teprve na základě převýšení teploty zdroje nad teplotu akumulační nádrže se spíná oběhové čerpadlo okruhu kotle. Účinně se tím zamezuje nechtěné cirkulaci v kotlovém okruhu v případech, kdy došlo k vyhasnutí kotle při vyšších teplotách akumulační nádrže. Topná voda o relativně vysokých teplotách byla přiváděna do kotle, kde byla postupně vychlazována (komínová ztráta), ale při výstupu ze zdroje měla stále ještě vyšší teplotu než nastavenou spínací teplotu termostatu pro sepnutí oběhového čerpadla. Akumulační nádrž tak byla postupně vychlazována do komínového tělesa až na teploty nastavené na termostatu zdroje - obyčejně kolem 60 °C. Další funkční variantou regulace okruhu kotle na biomasu je spínání oběhového čerpadla zdroje na základě teploty spalin. Na základě této teploty lze přesně určit, zda je zdroj v provozu nebo nikoliv, bez ohledu na teplotu otopné vody ve zdroji.
ZÁVĚR
I přes značné rozdíly obou zdrojů, zejména rozdílný požadovaný objem akumulace a rozdílné efektivní provozní teploty, je možné optimalizovaným návrhem vhodného typu akumulační nádrže a návrhem logického zapojení na konkrétní parametry kotle, solární soustavy a objektu zajistit efektivní provoz obou zdrojů jak samostatně, tak i souběžně. Lze předpokládat, že pokud bude program Zelená úsporám pokračovat se stávajícími podmínkami, bude dále sílit poptávka po dotovaných solárních soustavách o relativně malých plochách ve spojení s dotovanými kotli na spalování biomasy. Požadavky na řešení rozdílných potřeb objemů akumulace v jedné otopné soustavě tedy budou dále kladeny a nová řešení zapojení těchto soustav se budou dále vyvíjet. Souběžně dochází k rychlému vývoji speciálních akumulačních nádrží, které již počítají s řešením této problematiky, instalací stratifikátorů, fyzickým oddělováním několika sekcí akumulačních nádrží a speciálních ustalovacích prvků.
Vyjádření recenzenta
Solární soustavy a zdroje tepla na spalování biomasy představují dva navzájem se doplňující obnovitelné zdroje tepla s minimálním dopadem na spotřebu primární energie a svázané emise CO2 a tudíž s vysokým aplikačním potenciálem v zásobování teplem již v blízké budoucnosti (novela směrnice o ENB).
Článek uvádí základní zásady, které musí projektant při navrhování kombinace solární tepelné soustavy a zdroje tepla na spalování biomasy zohlednit pro účinný provoz obou zdrojů, zvláště při instalaci do budov v dnešních energetickém standardu. Autoři se věnují jak problematice návrhu objemu akumulace, včetně jeho vhodného rozdělení mezi oba zdroje, tak související hydraulice a regulaci.
doc. Ing. Tomáš Matuška, CSc.
The paper discusses the connection of solar systems and biomass combustion furnaces – heat sources of a different type and temperature – to a functional heating system. It attends in detail to recommended ways of integrating the sources and to the type and volume of the heat storage tank and summarizes the requirements for the metering and regulation of heating systems containing such heat sources.
