SOLÁRNÍ SYSTÉMY. Ing. Bořivoj Šourek INFORMAČNÍ PŘÍRUČKA PRO PROJEKTANTY

Transkript

1 SOLÁRNÍ SYSTÉMY Ing. Bořivoj Šourek INFORMAČNÍ PŘÍRUČKA PRO PROJEKTANTY 2010

2 Z důvodu neustálého vývoje a v zájmu zlepšování kvality dodávaných výrobků vyhrazujeme právo měnit technické parametry uvedené v této příručce bez předchozího oznámení. Informace: QUANTUM, a.s., Brněnská 212, Vyškov tel.: , fax: , gsm: quantumas@quantumas.cz OBSAH: 1 Solární systémy QUANTUM Sluneční energie Sluneční energie v ČR Dimenzování solárních soustav Potřeba tepla Potřeba tepla na přípravu teplé vody Potřeba tepla na vytápění Návrh plochy solárních kolektorů Plocha solárních kolektorů Stanovení plochy kolektorů pro přípravu TV a vytápění Navrhování akumulačních nádob Pravidla pro navrhování Výpočet tlakových ztrát rozvodů solární soustavy Návrh expanzní nádoby Vzdálenost mezi řadami kolektorů Kolektory slunečního záření Kolektory řady Q7-CPC Kolektory řady Q7-FKN/V Kolektor y řady Q7-EKS Kolektory řady Q7-MTS Akumulační nádoby zásobníkové ohřívače Základní části ohřívačů Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné s jedním spirálovým výměníkem Q7-ZJV Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné se dvěma spirálovými výměníky Q7-ZDV Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné s vnořenou nádobou pro ohřev vody Q7-ZVN Solární čerpadlové jednotky Čerpadlové jednotky pro montáž na zpátečku FV 70 Tacosol 4.0 ER Čerpadlové jednotky pro montáž na přívod-zpátečku FV 70 Tacosol 4.0 ZR Solární čerpadlová jednotka pro montáž na přívod-zpátečku Tacosol EU Solární regulátory Solární regulátor RESOL DeltaSol BS a DeltaSol BS Plus Solární regulátor SOREL TDC 1 a TDS Expanzní nádoby pro solární soustavy Pojistné ventily Kapalina pro solární systémy - Kolekton P a Kolekton P Super Schémata zapojení Předpisy a směrnice Předpisy a směrnice pro projektování zařízení se solárními kolektory Normy a předpisy v ČR Přílohy Příloha A Teoretické denní dávky celkového slunečního ozáření H T,den,teor Příloha B Teoretické denní dávky difúzního slunečního ozáření H T,den,dif Příloha C Poměrná doba slunečního svitu τ r Příloha D Střední venkovní teploty t e,s a t e,p Literatura... 39

3 SOLÁRNÍ SYSTÉMY QUANTUM 1 Solární systémy QUANTUM Solární tepelné soustavy představují v oblasti využití obnovitelných zdrojů energie zdroj tepla v s podstatě nulovým negativním vlivem na životní prostředí a jsou technologií, do které jsou investovány stále větší finanční prostředky pro dosažení vyššího pokrytí potřeby tepla v budovách a průmyslu. Skutečnost, že s masivním využitím solárního tepla se v Evropě pro budoucnost počítá, se odráží v řadě dokumentů mapujících cestu přechodu od konvečních zdrojů energie ke zdrojům budoucnosti. Firma QUANTUM nabízí kompletní sortiment, umožňující instalaci solárních soustav na špičkové úrovni, s důrazem na kvalitu u všech dodávaných komponentů. tato příručka pro projektanty obsahuje veškeré potřebné podklady pro správný návrh solární soustavy, tak aby splňovala podmínky pro bezproblémový a hospodárný provoz. V úvodu příručky jsou uvedeny výpočty pro navrhování a bilancování solárních soustav, které jsou také dostupné v elektronické formě na CD. Ve druhé části jsou přehledně uspořádány jednotlivé komponenty dodávané firmou QUANTUM včetně všech nutných podkladů pro jejich projektování. 2 Sluneční energie 2.1 Sluneční energie v ČR Podrobný postup výpočtu dopadlé sluneční energie na Zemský povrch lze nalézt v rozličné literatuře [1, 2, 18]. Základní veličinou vstupující do výpočtů bilancování solárních soustav je dávka slunečního ozáření. Dávka slunečního ozáření H T, tedy dopadlá sluneční energie za určitý časový úsek, je závislá na sklonu a azimutu plochy, tzn. její obecné orientaci. Na je znázorněna závislost teoretické denní dávky slunečního ozáření v průběhu roku na sklonu plochy (při jižní orientaci a jihovýchodní/jihozápadní orientaci). Obr Vliv sklonu a orientace plochy na teoretickou denní dávku slunečního ozáření v průběhu roku 3

4 2 Obr. 2.2 Roční dávka slunečního záření H T,rok [kwh/m.rok] na různě orientované (vodorovná osa) a různě skloněné (svislá osa) plochy pro Prahu (vlevo) a Brno (vpravo) V Tab 2.1 jsou uvedeny typické hodnoty denních dávek slunečního ozáření v různých obdobích roku při zcela jasném dni. Výrazně nižší hodnoty v zimním období jsou dány především kratší dobou slunečního svitu a zvýšenou oblačností. Roční dopadlá sluneční energie na optimálně orientované plochy se v České republice pohybuje od 1000 do kwh/(m.rok). Na je znázorněna skutečná roční dávka slunečního ozáření v závislosti na sklonu a orientaci plochy (příklady pro Brno a Prahu jsou stanoveny teoretickým výpočtem). Rozložení dopadající sluneční energie v jednotlivých oblastech ČR je znázorněno na [3]. Rozložení skutečné doby slunečního svitu je znázorněno na [3]. Skutečná doba slunečního svitu se pohybuje od 1400 do 1800 h/rok. Tab.2 1. Sluneční energie dopadající během roku max. dávka ozáření v létě max. dávka ozáření v zimě max. dávka ozáření v přechodovém období 8 kwh/m 2.den 3 kwh/m 2.den 5 kwh/m 2.den V následující tabulce je uveden procentuální pokles roční dávky slunečního ozáření v závislosti na změně azimutu plochy a na její orientaci. Jako referenční plocha (100%) je brána plocha orientovaná na jih se sklonem 30 (maximální hodnota roční dávky ozáření). Tab Procentuelní pokles roční dávky slunečního ozáření se změnou orientace a sklonu plochy Procentuelní pokles [%] sklon plochy [ ] azimut plochy [ ] 0 = jih

5 Obr. 2.3 Roční dávky slunečního záření na vodorovnou plochu v ČR [MJ/m2], zdroj: ČHMU [3] Obr. 2.4 Roční doba slunečního svitu v ČR [hod], zdroj: ČHMU [3] 5

6 3 Dimenzování solárních soustav Dimenzováním solárních soustav se obecně rozumí určení plochy a počtu solárních kolektorů. Návrh plochy a počtu solárních kolektorů základním předstupněm k dalšímu projektování. Z navržené plochy solárních kolektorů se odvíjí návrh všech ostatních prvků a často také hydraulické zapojení soustavy. Následující část se věnuje návrhu tří základních a nejrozšířenějších typů solárních soustav v ČR pro aplikace:! příprava teplé vody! příprava teplé vody a vytápění (kombinované soustavy)! ohřev bazénové vody 3.1 Potřeba tepla Nejlepšími vstupy pro bilancování solárních soustav jsou vždy hodnoty získané z dlouhodobějších měření. Ty jsou však dostupné málo kdy. Při přípravě větších solárních soustav, které jsou většinou dlouhodobě plánovány, se instalace měření spotřeby tepla (jak pro přípravu teplé vody, tak pro vytápění) doporučuje. Pokud k dispozici měřené hodnoty nejsou, je nutné potřebu tepla stanovit spolehlivým výpočtem uvedeným v následujících kapitolách až Před vlastním návrhem a instalací solární soustavy je vhodné provést nejprve úsporná opatření v dané aplikaci. Omezení spotřeby tepla vede ke:! snížení nároků na investiční náklady solární soustavy (kolektor, zásobník);! omezení provozních problémů způsobených předimenzováním v případě nasazení úsporných opatření v budoucnosti;! snižuje riziko neekonomicky předimenzované plochy kolektorů, případně velikosti zásobníku, nízkých měrných zisků solární soustavy Potřeba tepla na přípravu teplé vody Využití sluneční energie pro přípravu teplé vody má vysoký potenciál vzhledem k relativně rovnoměrnému průběhu potřeby teplé vody během roku (např. obytné budovy, hotely, sportovní zařízení) a možnosti dosažení dobrých ekonomických parametrů. Aby byla instalace solární soustavy pro přípravu teplé vody efektivní, je nutné ještě před vlastním návrhem solární soustavy v první řadě omezit spotřebu teplé vody a tepla na její přípravu úspornými opatřeními, např.:! úspornými výtokovými armaturami;! minimalizací délky rozvodů teplé vody;! omezením tepelných ztrát rozvodů teplé vody a cirkulace;! omezení běhu cirkulace na nezbytně nutnou dobu, případně využití řízení cirkulace na základě teplotních čidel;! u dlouhých a rozvětvených tras rozvodů teplé vody a cirkulace je nutné jejich hydraulické vyvážení. Celková potřeba tepla na přípravu teplé vody Q [kwh/den] v referenčním dnu daného měsíce se výpočtem stanovuje p,tv jako potřeba tepla na ohřev vody včetně zahrnutí tepelných ztrát vlastní soustavy přípravy teplé vody (související pouze s přípravou TV). Potřeba tepla na ohřev vody Potřeba tepla na ohřev vody je dána vztahem 3 kde je V TV, den je průměrná denní potřeba teplé vody (při teplotním spádu 60 / 15 C) v m /den; 3 ρ hustota vody, v kg/m ; c t t SV TV měrná tepelná kapacita vody, v J/(kgK); teplota studené vody, uvažována celoročně 15 C; teplota teplé vody, uvažována celoročně 60 C. Q TV V = ( t - t ) TV, denr c TV SV (0.1)

7 Tab. 3.1 Měrná denní potřeba teplé vody při teplotním spádu 60/15 C [18] V TV,mj,den Typ budovy Typ spotřeby m.j. [l/mj.den] Nízký standard os Obytné budovy Střední standard os Vysoký standard os Nízké (letní) vytížení 0,75 x V TV Nemocnice Nízké (letní) vytížení os Zbylá část roku os Domovy důchodců Nízké (letní) vytížení os Zbylá část roku os Studentské domovy, koleje Nízké (letní) vytížení os Zbylá část roku os Školy Nízké (letní) vytížení os 0 Zbylá část roku os 5-10 Nízký standard místo 5 Hostince, restaurace Střední standard místo 15 Vysoký standard místo 30 Nízký standard lůžko 20 Ubytovací zařízení** Střední standard lůžko 35 Vysoký standard lůžko 70 Nízký standard sprcha 30 Sportovní zařízení*** Střední standard sprcha 60 Vysoký standard sprcha 100 Potřeba teplé vody se stanoví podle Tab V případě, že je teplá voda připravována za jiných teplotních podmínek, použije se vztah pro přepočet V = V t2 - t TV, (60/15 C) TV(t 2/t1) - Pro určení potřeby tepla pro návrh a bilancování solární soustavy pro přípravu teplé vody nelze použít hodnot z normy ČSN určené pro návrh zařízení pro přípravu teplé vody [4]. Návrhové hodnoty uvedené v normě jsou určeny pro návrh zdroje teplé vody a její bezpečné zajištění v daném objektu a jsou ze své podstaty výrazně vyšší než běžně dosahované (cca dvojnásobné). Pro orientaci jsou níže uvedeny hodnoty pro typické aplikace podle uvedené normy:! bytové objekty: potřeba teplé vody 82 l/os.den (60 / 15 C) odpovídající denní potřebě tepla QTV = 4,3 kwh/os.den! administrativa: potřeba teplé vody 25 l/os.den (60 / 15 C) odpovídající denní potřebě tepla QTV = 1,3 kwh/os.den Reálné údaje o potřebě teplé vody lze najít v ČSN EN [5] nebo směrnice VDI 2067 [6], ze kterých vychází hodnoty uvedené v Tab Praktická měření dokládají podobné hodnoty spotřeby teplé vody a vykazují uvedené rozdíly denní spotřeby při různém životním standardu, stáří, povolání osob, ročním období, atd. U rodinných i bytových domů dochází v letních měsících k poklesu spotřeby teplé vody. Letní pokles potřeby tepla na přípravu teplé vody činí cca 25 % oproti ročnímu průměru a je způsoben vlivem:! školních prázdnin a dovolených uživatelů (změna 4 %)! vyšších teplot studené vody v letním období (změna +/- 5 K, tedy o cca 14 %)! různého chování uživatelů v různých obdobích (v letním období převažuje osvěžující sprchování, v zimním období spíše horká vana ) (0.2) Tepelné ztráty přípravy teplé vody Tepelné ztráty přípravy teplé vody Qz,TV jsou dány tepelnými ztrátami vlastní přípravy teplé vody (např. pohotovostního dohřívacího zásobníku teplé vody, průtokového ohřívače, apod.), rozvodu teplé vody a rozvodu cirkulace, pokud je použita. Podrobný výpočet tepelných ztrát přípravy teplé vody stanovuje ČSN EN (rozvody TV a CV) [11] a ČSN EN (příprava, zásobníky) [12]. 7

8 Shromáždění požadovaných parametrů pro výpočet je ve většině případů složité a časově náročné, lze použít paušální přirážku z na tepelné ztráty přípravy teplé vody na základě Tab 3.2. U systémů CZT se můžou hodnoty přirážky pohybovat od 1 do 100 (tedy 1000%!) a v těchto případech je doporučován podrobný výpočet dle uvedených norem. Tab. 3.2 Přirážka na tepelné ztráty přípravy teplé vody Typ přípravy TV Lokální průtokový ohřev 0,00 Centrální zásobníkový ohřev bez cirkulace 0,15 Centrální zásobníkový ohřev s řízenou cirkulací 0,30 Centrální zásobníkový ohřev s neřízenou cirkulací 1,00 CZT, příprava TV s meziobjektovými přípojkami, TV, CV z > 2,00 Celková potřeba tepla na přípravu TV Celková denní potřeba tepla na přípravu teplé vody Q [kwh/den] při návrh nebo bilancování solární soustavy pro příp,c pravu teplé vody je potom Qp,c = Qp,TV = QTV + Qz,TV = (1 + z) QTV Potřeba tepla na vytápění Výpočet podle ČSN EN ISO Denní resp. měsíční potřebu tepla na vytápění Q je možné stanovit v souladu s ČSN EN ISO [13]. Pro získání VYT reálných hodnot potřeby tepla u domů s nízkou potřebou tepla (nízkoenergetické, pasivní domy) se využijí okrajové podmínky v souladu s TNI [14] a TNI [15]. Výpočet potřeby tepla se provádí pro jednotlivé měsíce, denní potřeba tepla se získá z měsíčních hodnot prostým podělením počtem dní příslušného měsíce. Metodika je velmi detailní ve výpočtu a výsledky vykazují relativně dobrou shodu s dynamickými simulačními metodami (při použití stejných klimatických dat). Nevýhodou je potřeba rozsáhlého množství informací, především o zasklení (nejen tepelné, ale i optické vlastnosti), o stínění oken (výpočet stínění přesahy a markýzami), vlastnostech materiálů všech konstrukcí (hustota, tepelná kapacita). Pro účely bilancování solárních soustav je ve většině případů dostačující použít zjednodušenou dennostupňovou metodu. (0.3) Zjednodušená denostupňová metoda Pokud nejsou k dispozici výsledky podle ČSN EN ISO z předchozího energetického hodnocení budovy (v rámci EPBD) je vhodné pro výpočty použít zjednodušenou a relativně známou denostupňovou metodu přibližného stanovení potřeby tepla na vytápění v určitém období (den, měsíc). Denní potřeba tepla na vytápění se stanoví ze vztahu kde je Q & z t t t t ε iv ip ev ep Q VYT = 24 e Q& ( t -t ) ( t -t ) jmenovitá (výpočtová) tepelná ztráta objektu, v kw; výpočtová vnitřní teplota v daném měsíci, ve C; střední vnitřní teplota v daném měsíci, ve C; výpočtová venkovní teplota, ve C; z ip iv střední venkovní teplota v daném měsíci, ve C; ep ev korekční součinitel podle tab. 6.3, který zahrnuje snížení potřeby tepla vlivem účinky regulace, přerušovaného vytápění, mj. také vlivem vnitřních a solárních zisků. (0.4) 8

9 Tab. 3.3 Korekční součinitel pro denostupňovou metodu [18] Energetická náročnost budovy (vytápění) e běžný standard, tepelné vlastnosti konstrukcí vyhláškou požadované 0,75 nízkoenergetický standard, vyhláškou doporučené tepelné vlastnosti konstrukcí pasivní standard, tepelné vlastnosti konstrukcí nad rámec vyhláškou doporučených hodnot 0,60 0,50 Tepelné ztráty otopné soustavy Tepelné ztráty otopné soustavy Q jsou dány tepelnými ztrátami vlastního ohřevu otopné vody (např. v zásobníku z,vyt otopné vody) a rozvodu otopné vody, který nepřispívá k vytápění (nevytápěnými místnostmi). Podrobný výpočet tepelných ztrát otopné soustavy stanovuje ČSN EN (rozvody tepla pro vytápění) [16]. Kombinované solární soustavy zpravidla využívají centrálního zásobníku otopné vody, do kterého je přiváděn tepelný zisk ze solárních kolektorů a teplo z dodatkového zdroje energie, odebírána otopná voda pro vytápění a ve vestavěném průtočném výměníku nebo zásobníku je připravována teplá voda. Nelze proto jednoznačně odlišit jaká část tepelných ztrát jde na vrub přípravě teplé vody, jaká vytápění a jaká solární soustavě. S ohledem na použití přirážky z pro stanovení potřeby tepla na přípravu TV se ke stanovené potřebě tepla na vytápění Q VYT připočítají tepelné ztráty spojené s provozem zásobníku tepla pro vytápění paušálně přirážkou v = 5 %, které může solární soustava hradit. Zpětně využitelné tepelné ztráty rozvodů otopné vody přispívají k vytápění a jsou v podstatě zahrnuty ve výpočtu potřeby tepla jako tepelné zisky. Celková potřeba tepla na vytápění Celková denní nebo měsíční potřeba tepla na vytápění včetně tepelných ztrát otopné soustavy se stanoví Q p,c = Q p,vyt = Q VYT + Q z,vyt =(1 + ν) QVYT (0.5) kde je Q VYT čistá potřeba tepla na vytápění v jednotlivých měsících nebo pro referenční dny, v kwh/měs nebo kwh/den; ν přirážka na tepelné ztráty. Celková potřeba tepla na přípravu teplé vody a vytápění Qp,c [kwh/měs nebo kwh/den] pro návrh nebo bilancování kombinované solární soustavy se potom stanoví jako Q p,c = Q p,tv + Q p,vyt (0.6) Veškeré výše popsané výpočty jsou součástí výpočetního softwaru, který firma QUANTUM svým projektantům poskytuje. Zároveň jsou součástí tohoto softwaru i technické parametry solárních kolektorů, které jsou nezbytné pro navrhování solárních soustav. 3.2 Návrh plochy solárních kolektorů Základním parametrem solární soustavy, ať jde o čistě přípravu teplé vody nebo komplikovanou vícespotřebičovou aplikaci, je velikost plochy a typ solárních kolektorů. Typ solárního kolektoru je zpravidla vybrán již v ranné fázi návrhu, plochu kolektorů je možné spočítat na základě výběru typu kolektoru. Obecný postup Návrh plochy solárních kolektorů vychází ze stanovené potřeby tepla v dané aplikaci a ze zvolených rozhodovacích kritérií a podmínek. Ty mohou být různé:! vysoké využité měrné zisky solární soustavy qss,u - snaha o dobré ekonomické parametry solární soustavy! vysoké nahrazení primárních paliv - snaha o dosažení vysoké úspory vysokého solárního pokrytí f! požadované solární pokrytí f - např. optimalizace pokrytí v bytových domech s ohledem na za-mezení letnímu přehřívání! omezující podmínky struktury budovy - maximální velikost střechy, možný sklon kolektorů, architektonické souvislosti Plocha solárních kolektorů Návrh plochy kolektorů spočívá v porovnání denní potřeby tepla Q p,c v dané aplikaci a využitelných tepelných zisků kolektoru Q k,u, které v referenčním dnu požadovaného měsíce kryjí potřebu tepla nebo její určenou část danou poža- dovaným solárním pokrytím f 9

10 A k f Q = q k, u p, c f Qp, = 0.9 hk H T, den c (1 - p) Navržená plocha kolektorů je plochou apertury, neboť k ní je vztažena křivka účinnosti použitá ve výpočtu. Přehled kolektorů dodávaných firmou QUANTUM je v kapitole 4. Stanovení plochy kolektorů pro přípravu TV Rodinné domy Solární soustavy pro celoroční přípravu teplé vody v rodinných domech se navrhují na měsíce duben a září, není-li určeno jinak. Střední teplota teplonosné látky v kolektoru se volí t m = 40 C (zpravidla odpovídá průměrné teplotě v zásobníku teplé vody během celého roku). Z výsledných hodnot plochy kolektoru určených pro oba měsíce se stanoví průměr. Při volbě větší kolektorové plochy než je výpočet (vyšší roční pokrytí) je vhodné zajistit smysluplné využití letních přebytků, které může ekonomicky zvýhodnit instalaci solární soustavy:! ohřev bazénové vody,! sušení palivového dřeva,! sušení zahradních rostlin či plodin, jinak jsou disponibilní solární zisky mařeny (stagnace, var teplonosné kapaliny, atd.). Návrh zajišťuje solární pokrytí přípravy teplé vody zhruba ze 60 %. V provozu to znamená téměř plné pokrytí potřeby teplé vody v letním období solární soustavou. (0.7) Bytové domy U návrhu solárních soustav pro přípravu teplé vody v bytových domech je zásadní omezující podmínkou skutečnost, že bytové domy nemají k dispozici v letním období žádný spotřebič tepla pro využití letních přebytků. Dimenzování solární soustavy je tak omezeno plochou kolektorů pro krytí letní potřeby teplé vody. Předimenzované solární soustavy pro bytové domy mohou vést k provozním problémům spojeným v letním období se stagnací (var teplonosné látky v kolektorech, pronikání přehřáté páry do rozvodů, nebezpečí poškození i prvků vzdálených od kolektorového pole) a ke 2 snížení měrných ročních využitých tepelných zisků solární soustavy q ss,u [kwh/m.rok], které jsou u bytových domů více zohledňovány z důvodu sledování ekonomických parametrů instalace. Solární soustavy pro přípravu teplé vody v bytových domech se proto navrhují pro měsíc červenec. Je nutné samozřejmě zohlednit letní útlum potřeby tepla na přípravu teplé vody. Střední teplota v solárním kolektoru se opět volí t k,m = 35 až 40 C podle plánovaného pokrytí. Návrh zajišťuje minimalizaci letních nevyužitelných přebytků energie a celoroční solární pokrytí potřeby tepla na přípravu teplé vody okolo 40 až 50 %. Zásobník teplé vody se navrhuje přibližně stejně velký jako denní potřeba teplé vody Stanovení plochy kolektorů pro přípravu TV a vytápění Solární kombinované soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění se navrhují na pokrytí celkové potřeby tepla (teplá voda, vytápění) v okrajových měsících přechodového období: měsíce květen a září (stanoví se průměr). Nejčastějším řešením kombinovaných solárních soustav je zapojení s centrálním zásobníkem otopné vody, který zajišťuje i přípravu teplé vody (ve vnitřním nebo vnějším tepelném výměníku). Střední teplota teplonosné látky v kolektoru se volí t k,m = 50 až 60 C podle předpokládaného pokrytí. Vyšší teplotní úrovně jsou dány nutností udržovat v části zásobníku dostatečnou teplotu pro vytápění v zimním období, předimenzovanou plochou kolektorů pro letní období (přebytky tepla) a větším objemem centrálního zásobníku než u samostatné přípravy teplé vody (větší akumulace, menší vychlazování zásobníku v létě). U solárních soustav dimenzovaných pro částečné vytápění je nutné uvažovat o využití letních přebytků tepla (předimenzovaná soustava vůči letní potřebě teplé vody), případně jakým způsobem zamezit stagnačním podmínkám v soustavě (maření zisků, vývin páry v kolektorech). Solární kolektory pro kombinované soustavy přípravy TV a přitápění je vhodné instalovat s vyšším sklonem (60 až 75 ), případně je integrovat do fasády objektu (90 ). Takové řešení vede k rovnoměrnému profilu tepelných zisků, letní přebytečné a nevyužitelné zisky klesají a zimní zisky mírně narostou (vlivem příznivějšího úhlu dopadu slunečních paprsků, vlivem odrazivosti sněhové pokrývky). Snahou u kombinovaných soustav je využít sluneční energii kromě přípravy teplé vody i pro pokrytí tepelných ztrát domu a to zvláště v přechodovém období (nízká tepelná ztráta, dostatek slunečního záření). Potřebná plocha solárních kolektorů je teoreticky přímo závislá na potřebě tepla pro vytápění budovy a požadované hodnotě solárního pokrytí. Potřeba tepla na vytápění budov se časově rozchází se špičkami dostupných solárních zisků. V otopném období se proto dosáhne vždy jen částečného pokrytí, zpravidla ekonomicky přijatelné jsou hodnoty mezi 15 a 35 % roční potřeby tepla pro přípravu teplé vody a vytápění. Tato hodnota pokrytí ovlivňuje dimenzování zařízení a musí být jasně stanovena. 10

11 3.3 Navrhování akumulačních nádob Většina soustav pro využití tepla z obnovitelných zdrojů tepla (solární tepelné soustavy, tepelná čerpadla, zdroje na spalování biomasy) vyžadují akumulaci tepelné energie. U solárních soustav je to dáno především nepravidelnou dodávkou tepla pro pokrytí nepravidelné potřeby tepla během dne a během roku. K uchování tepelných zisků solární soustavy z určitého časového úseku do jiného v době potřeby tepla slouží zásobníky tepla. Zásobníky tepla hrají v solární technice významnou roli, často se o nich hovoří jako o srdci solární soustavy. Z praxe vyplývá poznatek, že solární soustava se sebelepším solárním kolektorem v kombinaci s nevhodně navrženým zásobníkem bude vykazovat nízké celkové zisky a zajistí nízké pokrytí potřeby tepla. Konstrukci a výběru zásobníku tepla pro danou solární aplikaci by proto měla být věnována zvýšená pozornost. Volba optimálního objemu akumulační nádoby závisí na mnoha okolnostech:! celkové denní množství odebrané teplé vody! denní profil odběru teplé vody! teplota na kterou je voda ohřívána! schopnost akumulační nádoby udržet stratifikovaný objem K vyhledání optimálního obejmu se zohledněním všech výše vedených okolností je nezbytné použití simulačních programů a provedení variantních simulací. Taková procedura se vyplatí u velkoplošných solárních soustav. U malých a středních solárních soustav lze použít zjednodušující pravidla, při jejichž dodržení by měla být zajištěna správná funkce solární soustavy Pravidla pro navrhování Objem akumulační nádoby by měl být u rodinných domů alespoň 1,5 až 2 násobek denní spotřeby teplé vody. U bytových domů by měl být objem alespoň stejný, jako denní spotřeba teplé vody. Nebo podle navržené plochy kolektorů 2 60 až 80 litrů na 1 m kolektorové plochy. Výsledný objem akumulační nádoby by měl být větší z hodnot: rodinné domy V bytové domy V I aku I aku = 1,5 až 2 V = V TV,den TV,den (0.8) (0.9) V II aku = (0,06 až 0,08) A k (0.10) 3 kde je V TV,den denní spotřeba teplé vody stanovená z Tab. 3.1 [m /den] A navržená plocha kolektorů z rovnice na str. 10 k Kromě objemu akumulační nádoby je nutné zkontrolovat také schopnost vnitřního výměníku přenést výkon z kolektorového okruhu do akumulační nádoby. To znamená, že výkon výměníku musí být roven nebo vyšší něž výkon kolektorového pole: kde je k Q& = k S Dt Q& vým k = 0,7 A 2 součinitel prostupu tepla výměníku [W/(m.K)] 2 S plocha výměníku [m ] k r 2 A k celková plocha apertury kolektorového pole [m ] Hodnota součinitele k se u akumulačních nádob pohybuje v hodnotách 120 až 250 W/(m2.K) pro hladké trubky, 250 až W/(m.K) pro žebrované trubky. Sortiment akumulačních nádob včetně všech parametrů potřebných pro jejich návrh je v kapitole Výpočet tlakových ztrát rozvodů solární soustavy (0.11) (0.12) Za předpokladu použití nemrznoucí směsi propylenglykolu s t = -30 C a návrhové rychlosti proudění kapaliny v potrubí t do 2 m/s se solární soustavy z hlediska hydrauliky pohybují v oblasti laminárního proudění. 11

12 Výpočet třecích tlakových ztrát potrubí Výpočet tlakové ztráty třením v potrubí vychází ze základního vztahu 2 l w Dpl = l r d 2 kde je w rychlost proudění teplonosné látky v potrubí, v m/s; 3 ρ hustota teplonosné látky, v kg/m ; d vnitřní průměr potrubí, v m; l délka potrubí, v m; λ součinitel třecí ztráty (bezrozměrný). Pro oblast laminárního proudění (Re < 2300), které se v solárních soustavách převážně vyskytuje se součinitel třecí ztráty hladkého měděného potrubí stanoví ze vztahu 0,316 l = (0.14) 0,25 Re Součinitel třecí ztráty v laminární oblasti není závislý na drsnosti potrubí, pouze na Reynoldsově čísle w d Re = (0.15) n 2 kde je v kinematická viskozita teplonosné kapaliny, v m /s. (0.13) Cu 18x1 Tlakov vá ztráta potrubí [Pa/m] Cu 22x1 Cu 28x1 Cu 35x1, Průtok teplonosné látky [l/hod] Obr Graf měrné tlakové ztráty měděného potrubí pro směs Propylenglykol + voda při teplotě 20 C Výpočet místních tlakových ztrát potrubí Tlaková ztráta místními odpory se stanoví podle vztahu Dp x 2 w = ĺ x r 2 kde je ξ součinitel místní tlakové ztráty (bezrozměrný). Zatímco hodnoty součinitelů místní tlakové ztráty ξ běžných prvků (T-kus, koleno, kohout aj.) jsou známy v turbulentní automodelní oblasti jako konstantní hodnoty v závislosti na průtoku, hodnoty ξ v laminární oblasti známy nejsou, nejsou konstantními hodnotami (závislost na Re) a navíc jsou vždy vyšší než turbulentní oblasti. Pro zohlednění místních tlakových ztrát se proto doporučuje počítat s přirážkou cca 50 % oproti stanoveným s běžnými tabulkovými hodnotami ξ a s další přirážkou 30 % na zohlednění vyšší viskozity nemrznoucí teplonosné látky oproti vodě. Tabelované hodnoty přímo pro nemrznoucí směs SOLAREN lze nalézt v [20] (0.16) 12

13 Celková tlaková ztráta celé potrubní sítě je součtem délkových ztrát a všech místních ztrát včetně tlakových ztrát kolektorů: (0.17) Na základě projektového průtoku a celkové tlakové ztráty solárního okruhu se navrhne oběhové čerpadlo pro solární soustavu. Firma QUANTUM dodává základní čerpadlové jednoty s kompletní sadou oběhových čerpadel, aby bylo možno vyhovět požadavkům projektanta. Jejich sortiment a po-pis je v kapitole Návrh expanzní nádoby Expanzní nádoba solárních soustav musí být dimenzována na zajištění minimálního objemu teplonosné látky v nádobě ve studeném stavu V s (1 až 10 % celkového objemu soustavy V soust, minimálně však 2 litry), na změnu objemu teplonosné látky v soustavě ze studeného stavu daného minimální teplotou (t 0 = -10 C) do ohřátí na maximální provozní teplotu (podle druhu provozu t max = 90 až 130 C) a dále na vytlačení celého objemu teplonosné kapaliny z kolektorů při možném vývinu páry. Minimální objem expanzní nádoby se tedy stanoví jako VEN,min = Vs + Vsoust b + V (0.18) k kde je β součinitel objemové roztažnosti teplonosné látky určený pro daný provozní teplotní rozsah (např. D t = = 140 K odpovídá pro propylenglykol β = 0,1) V objem solárních kolektorů, v l; v případě solárních kolektorů se špatným vyprazdňováním a výraznou k produkcí páry (trubicové) je vhodné zahrnout do V i objem přívodního a zpětného potrubí. k Skutečná velikost expanzní nádoby se získá vydělením minimálního objemu tzv. stupněm využití expanzní nádoby stanoveným jako kde je p p p e 0 b D p = D p + D p h celk p p e 0 = e - + maximální provozní tlak soustavy, v kpa; minimální provozní tlak soustavy (plnicí tlak), v kpa; atmosférický tlak (100 kpa). Objem expanzní nádoby se stanoví ze vztahu p p b l z (0.19) pe VEN = ( Vs + V b + Vk ) (0.20) p p Pro praktický výpočet lze při znalosti změny e - 0 hustoty nemrznoucí kapaliny s teplotou použít pro jakýkoli provozní rozsah teplot následující vztah v( t b = ) - v( t0) r( t0) = v( t ) r( t ) max - 0 max 3 kde je v(t) je měrný objem teplonosné látky při teplotě t, v m /kg; 3 ρ(t) hustota teplonosné kapaliny při teplotě t, v kg/m. 1 (0.21) Objem nemrznoucí vody v soustavě V se stanový jako součet dílčích objemů v potrubní síti, kolektorech, výměnících soust tepla ap. Objem nemrznoucí směsi v jednotlivých komponentech udává výrobce, objem v potrubní síti je třeba vypočítat z celkové délky rozvodů. Průměr expanzního potrubí dv [mm] se stanoví podle vztahu 0.5 d v = ,6 Qp kde je Q p pojistný výkon, shodný s výkonem kolektorů Q k stanoveným podle vzorce (0.22) Expanzní nádoba může být teoreticky umístěna kdekoliv v solární soustavě, s výhodou se umísťuje na studené straně primárního okruhu kvůli nižšímu tepelnému namáhání, z hlediska tlakových poměrů na sání oběhového čerpadla (soustava vždy v přetlaku). Umístění zpětné klapky vůči expanzní nádobě by mělo respektovat řádné vyprazdňování kolektorů v případě stagnačních podmínek, tzn. že mezi expanzní nádobou a kolektorovým polem by neměla být zpětná klapka, která by bránila proudění nejkratší cestou z kolektorů do expanzní nádoby. 13

14 Tab. 3.4 Měrný objem kapaliny v měděném potrubí a některých komponentech Objem Prvek [l/m]; [l] Potrubí 15 x 1 0,13 Potrubí 18 x 1 0,20 Potrubí 22 x 1 0,31 Potrubí 28 x 1 0,53 Potrubí 28 x 1,5 0,49 Potrubí 35 x 1,5 0,80 Potrubí 42 x 1,5 1,19 Kolektor Q7-5000/6000-CPC 1,4 / 1,6 Kolektor Q FKN/V 1,4 Kolektor Q EKS/V 1,4 Kolektor Q7-500/700-MTS 1,5 Zásobník Q7-300-ZJV 13,6 Zásobník Q7-400-ZJV 16,0 Zásobník Q7-500-ZJV 20,0 Zásobník Q7-800-ZJV 27,2 Zásobník Q ZJV 32,0 Zásobník Q7-300-ZDV 12,0 Zásobník Q7-400-ZDV 14,4 Zásobník Q7-500-ZDV 16,8 Zásobník Q7-800-ZDV 20,0 Zásobník Q ZDV 27,2 Pokud je šroubení pro připojení expanzní nádoby přímo na čerpací jednotce, je nutné zkontrolovat postavení zpětné klapky a případně připojit expanzní nádobu na jiné než předpřipravené místo. Plnící tlak dolní části solární soustavy lze určit podle: kde je h p = 0,01 h + 0,07 [MPa] 0 výška mezi nejnižší a nejvyšší částí solární soustavy [m] Přetlak nad membránou v expanzní nádobě lze určit podle vztahu: pv = p0-0,03 [MPa] 3.6 Vzdálenost mezi řadami kolektorů Je-li projektováno ve směru slunečního záření více řad kolektorů za sebou, je třeba dodržet minimální odstup, aby zadní kolektory byly co nejméně stíněny. Pro tento odstup platí směrné hodnoty, které stačí pro normální případy dimenzování dle obrázku. Nejnižší úhel nastává 21.prosince a dosahuje hodnoty 15,6. I při dodržení této hodnoty dojde v dopoledních a odpoledních hodinách k částečnému zastínění. Při výpočtu pro celoroční použití doporučujeme volit úhel e v rozsahu 17 až 23. Tab. 3.5 Vzdálenost řad kolektorů A Obr. 3.2 Příklad napojení expanzní nádoby správně (vlevo), špatně (vpravo (0.23) (0.24) úhel sklonu Výška slunce nad obzorem h [ ] kolektorů b [ ] ,6 1,5 1,4 20 2,2 1,9 1,7 30 2,7 2,2 1,9 40 3,2 2,5 2,1 45 3,3 2,6 2,2 50 3,5 2,7 2,3 60 3,7 2,9 2,4 70 3,8 2,9 2,4 80 3,8 2,9 2,3 90 3,7 2,7 2,1 h ć sin b ö A = L ç + cos b tan h č ř 14 (0.25)

15 4 Kolektory slunečního záření 4.1 Kolektory řady Q7-CPC Kolektor Q7-CPC je vanový podtlakový kolektor vhodný pro celoroční provoz. Jeho konstrukce s odraznými zrcadly umožňuje využít i sluneční záření dopadající pod velkým úhlem. Konstrukce kolektoru je založena na netradičním uspořádání, kdy absorbér je umístěn kolmo na rovinu zasklení, a solární záření je na něj odraženo pomocí koncentračních zrcadel. Výsledkem je vyšší solární zisk v dopoledních a odpoledních hodinách oproti klasickému plochému kolektoru. Dokonalé utěsnění kolektoru zaručuje čistý vnitřní prostor a tím udržení kvalitního povrchu zrcadel. Podtlak v kolektoru je možné kdykoliv obnovit pomocí připojení na vývěvu přes ventilek. U všech typů zapojení je třeba počítat s vysokou tlakovou ztrátou vlivem sériového zapojení! Typ kolektoru Objem kolektoru [l] Hrubá plocha kolektoru [m 2 ] Hmotnost kolektoru [kg] Q CPC/S1T vertikální, Blue line 1,6 2,8 55 Q CPC/S1KT vertikální, Blue line 1,4 2,5 50 Q CPC/S1 vertikální 1,6 2,8 55 Q CPC/S1K vertikální 1,4 2,5 50 Q CPC/TWL horizontální, Blue line 1,6 2,8 55 Q CPC/TWB horizontální, Blue line 1,6 2,8 55 Q CPC/WL horizontální 1,6 2,8 55 Q CPC/WB horizontální 1,6 2,8 55 Typy kolektorů podle zapojení WL WL WL WB WB S1 S1 S1 WB Základní technické parametry Celkové rozměry varianta S1 Celkové rozměry varianta S1K 2,405 x 1,155 x 0,065 2,125 x 1,155 x 0,065 m m Plocha apertury S1 / S1K 2,523 / 2,2 m 2 Optická účinnost* 0,727 - Lineární součinitel tepelné ztráty* 3,948 W/m 2.K Kvadratický součinitel tepelné ztráty* 0,022 W/m 2.K 2 Max. provozní tlak 1,0 MPa Doporučený průtok l/hod Stagnační teplota (1000 W/m 2 ; 30 C) 171 C Materiál vnitřních rozvodů měď Připojovací šroubení ¾ Materiál skříně hliník Zasklení kolektoru Kalené solární sklo (4 mm) Absolutní tlak uvnitř kolektoru Pa Emisivita absorbéru a 5 % Absorptivita absorbéru e 95 % Tlakové ztráty (S1) při průtoku 183 l/h 1813 Pa * hodnoty vztažené k ploše apertury Úhel dopadu paprsků [ ] Modifikátor úhlu dopadu [-] 0,91 1,03 1,09 0,89 15

16 1 rám (vana) kolektoru 2 absorbér 3 zrcadlo 4 solární bezpečnostní sklo 5 těsnění 6 zasklívací lišta 7 připojovací potrubí 8 podtlakový ventil 9 odvzdušnění 4.2 Kolektory řady Q7-FKN Špičkový plochý kolektor slunečního záření dodávaný firmou GREENoneTEC Solarindustrie GmbH, patřící k největším výrobcům solárních kolektorů v Evropě. Solární kolektory řady FK 7000, do které patří i náš kolektor, jsou vlajkovou lodí tohoto výrobce, a patří mezi špičku tohoto typu kolektoru na trhu. Vysoký výkon těchto kolektorů je dán kvalitou použitých materiálů a technologií při jeho výrobě. Životnost kolektoru se předpokládá více než 35 let. Kolektor je určen k celoročnímu provozu s nemrznoucí kapalinou a je tak vhodný pro solární soustavy celoroční přípravy teplé vody i pro podporu vytápění. Hydraulické zapojení absorbéru je typu Z (lyra), což zaručuje malé tlakové ztráty i při high-flow provozu. Základní technické parametry kolektoru Q FKN/V Celkové rozměry 2,356 x 1,081 x 0,1 m Plocha apertury 2,157 m 2 Optická účinnost h 0* 0,770 - Lineární součinitel tepelné ztráty a 1* 3,494 W/m 2.K Kvadratický součinitel tepelné ztráty a 2* 0,017 W/m 2.K 2 Max. provozní tlak 1,0 MPa Doporučený průtok 50 l/hod Stagnační teplota (1000 W/m 2 ; 30 C) 217,8 C Materiál vnitřních rozvodů Měď Připojovací šroubení 1 Materiál skříně Hliník Zasklení kolektoru ESG solární sklo (4 mm) Hmotnost 43 kg Objem kapaliny v kolektoru 1,4 l Emisivita absorbéru 5 % Absorptivita absorbéru 95 % Modifikátor úhlu dopadu k50 0,95 [-] * hodnoty vztažené k ploše apertury Hydraulické zapojení kolektorů 16

17 4.2.1 Kolektor y řady Q7-EKS Špičkový kolektor českého výrobce. Kolektor je určen k celoročnímu provozu s nemrznoucí kapalinou a je tak vhodný pro solární soustavy celoroční přípravy teplé vody i pro podporu vytápění. Kolektor je tvořen rámem z válcovaných hliníkových profilů, které jsou snýtovány a spoje jsou utěsněny silikonovým tmelem. Spodní část je tvořena hliníkovým plechem. Konstrukce absorbéru zaručuje díky speciálnímu zámku uzamčení jednotlivých absorbčních plechů. Zaručuje efektivní přenos tepla z absorbéru do teplonosné látky a s optickou účinností 0,82 se řadí mezi nadprůměrné ploché kolektory. Konstrukce meandru (sběrných trubek) a absorbéru zajišťuje vynikající těsnost a životnost, ale i maximální plochu pro převádění absorbovaného tepla do trubek meandru. Trubky i spojovací vedení absorbéru je konstruováno tak, aby bylo možné odvzdušnění v namontované poloze. Konstrukce je optimalizována vzhledem k výpočtovému tlaku, pracovnímu přetlaku a sou-činiteli bezpečnosti včetně vlivu nejvyšší teploty absorbéru (klidová teplota). Absorpční strana je odolná vysokým teplotám, vlhkosti i kondenzaci včetně kombinace s kysličníkem siřičitým. Hydraulické zapojení absorbéru je typu S. Rozváděcí a sběrací potrubí Cu 22x1 umožňuje bezpečné zapojení až 6ti kolektorů vedle sebe v jednom kolektorovém poli. Základní technické parametry kolektoru Q EKS Celkové rozměry 2,329 x 1,077 x 0,11 m Plocha apertury 2,275 m 2 Optická účinnost h 0* 0,816 - Lineární součinitel tepelné ztráty a 1* 3,480 W/m 2.K Kvadratický součinitel tepelné ztráty a 2* 0,029 W/m 2.K 2 Max. provozní tlak 0,6 MPa Doporučený průtok 40 až 60 l/hod Stagnační teplota (1000 W/m 2 ; 30 C) 167 C Materiál vnitřních rozvodů Měď Připojovací potrubí 22x1 Cu Materiál skříně Hliník Zasklení kolektoru solární bezpe Hmotnost solární bezpečnostní sklo (4 mm) kg Objem kapaliny v kolektoru 1,4 l Emisivita absorbéru 5 až 15 % Absorptivita absorbéru 95 až 97 % * hodnoty vztažené k ploše apertury Vysokoselektivní vrstva oxidu hlinitého pigmentovaná koloidním niklem a = 0,95-0,97 / e = 0,08-0,11 Dilatační spára a zámek profilu Konický hliníkový lisovaný profil 1,4 až 2,6 mm pro optimální přenos tepla směrem ke sběrným trubkám Pružná spona zajišťující úplné sevření pro nejefektivnější přestup tepla 17

18 4.2.2 Kolektory řady Q7-MTS Kolektor Q7-500/700-MTS/V je univerzální rámový kolektor. Kolektor je určen k celoročnímu provozu s nemrznoucí kapalinou a je tak vhodný pro solární soustavy celoroční přípravy teplé vody i pro pod-poru vytápění. Kolektor je dodáván ve dvou variantách:! typ 500 s mírně selektivním absorbérem! typ 700 s vysoce selektivním absorbérem Hydraulické zapojení absorbéru je typu Z (lyra), což zaručuje malé tlakové ztráty i při high-flow provozu. Základní technické parametry kolektoru Q7-500-MTS a Q7-700-MTS Celkové rozměry 2,0 x 1,0 x 0,10 M Plocha apertury 1,82 m 2 Optická účinnost h 0* (typ 500/700) 0,72 / 0,75 - Lineární součinitel tepelné ztráty a 1* 6,3 / 3,82 W/m 2.K Kvadratický součinitel tepelné ztráty a 2* 0,038 / 0,019 W/m 2.K 2 Max. provozní tlak 0,6 MPa Doporučený průtok 100 l/hod Stagnační teplota (1000 W/m 2 ; 30 C) 112 / 177 C Materiál vnitřních rozvodů měď Připojovací potrbí 22x1 Cu Materiál skříně hliník Zasklení kolektoru solární bezpečnostní sklo (4 mm) Hmotnost 35,6 Kg Objem kapaliny v kolektoru 1,5 L Emisivita absorbéru 31 / 5 % Absorptivita absorbéru (typ 500/700) 93 / 95 % Modifikátor úhlu dopadu k50 0,94 [-] * hodnoty vztažené k ploše apertury Hydraulické zapojení kolektorů 5 Akumulační nádoby zásobníkové ohřívače Zásobníkové ohřívače vody Quantum s nepřímým ohřevem jsou určeny zejména pro využití alternativních a obnovitelných zdrojů energie. Rozsahem nabídky v objemech od 150 do litrů najdou upotřebení jak v domácnostech, tak ve firmách, penzionech, školách, institucích, nemocnicích a průmyslových objektech. Na zakázku lze vyrobit nádrže až do objemu litrů. 5.1 Základní části ohřívačů Vnitřní povrch nádrže je opatřen hladkým sklovitým povrchem, který zabraňuje korozi a omezuje tvorbu vodního kamene. Anodová tyč kompenzuje vlivy elektrolytické koroze a chrání tak části nepřímotopného ohřívače (např. závitové spoje), které nejsou povrchově upraveny. Tepelná izolace nádrže je zhotovena z tvrdého polyuretanu o tloušťce 50 mm, u typů 800 a litrů je izolace z měk-kého polyuretanu o tloušťce 100 mm. Vnější plášť je tvořen pouzdrem z PVC. Nepřímotopné zásobníkové ohřívače Quantum nabízíme ve čtyřech základních typech, které se liší vnitřním vybavením nádrže. 18

19 5.2 Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné s jedním spirálovým výměníkem Q7-ZJV Nepřímotopné zásobníkové ohřívače ZJV o objemech od 150 do 2000 litrů s jedním spirálovým výměníkem jsou určeny k uspokojení stále rostoucích požadavků na teplou vodu i tam, kde je k dispozici pouze zdroj tepla na tuhá paliva. Ohřívač je vybaven hrdlem pro montáž elektrické topné jednotky a tak je zajištěn ohřev teplé vody i při odstavení hlavního zdroje. Typ ohřívače A B C D E F G H I Q7-150-ZJV " /4" " Q7-200-ZJV " /4" " Q7-300-ZJV " /4" " Q7-400-ZJV " /4" " Q7-500-ZJV " /4" " Q7-800-ZJV /4" " /4" Q ZJV /4" " /4" Q ZJV / /4 Q ZJV / /4 Typ ohřívače L M N S 2 (m ) l/h - kw 80/60/45 C Kv (mbar) Hm. (kg) Q7-150-ZJV Q7-200-ZJV , Q7-300-ZJV , Q7-400-ZJV Q7-500-ZJV , Q7-800-ZJV , Q ZJV Q ZJV Q ZJV , Max. provozní tlak sanitární vody Q7-150-ZJV až Q ZJV 10 bar Max. provozní tlak sanitární vody Q ZJV a Q ZJV 6 bar Max. provozní tlak primárního okruhu 10 bar Max. teplota sanitární vody 85 C Max. teplota primárního okruhu 95 C Provozní teplota sanitární vody 55 C A B N A vnější průměr ohřívače B průměr nádrže C výška ohřívače D výstup teplé vody E vstup vody pro topení F cirkulace G připojení pro termostat H výstup topné vody pro topení I vstup studené vody L inspekční příruba o průměru 180 mm M připojení pro elektrickou topnou jednotku N připojení pro teploměr L M G1/2 G6/4 G5/4 G1/2 I D C G H F E G5/4 19

20 5.3 Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné se dvěma spirálovými výměníky Q7-ZDV Nepřímotopné zásobníkové ohřívače ZDV se dvěma spirálovými výměníky v objemech od 200 do 1000 litrů jsou určeny k použití především tam, kde je pro ohřev teplé vody využit i nějaký alternativní zdroj energie, například solární kolektory, elektrická topná jednotka či kotle na tuhá paliva nebo plyn. Typ ohřívače A B C D E F G H I L M Q7-200-ZDV " /4" Q7-300-ZDV " /4" Q7-400-ZDV " /4" Q7-500-ZDV " /4" Q7-800-ZDV /4" " Q ZDV /4" " Q ZDV / Q ZDV / Typ ohřívače N O P Q S1 2 (m ) Kv1 (mbar) Kv2 (mbar) Q7-200-ZDV 155-1" ,8 1, Q7-300-ZDV 155-1" ,0 1, Q7-400-ZDV 175-1" ,0 1, Q7-500-ZDV 175-1" ,0 2, Q7-800-ZDV 235-5/4" ,5 2, Q ZDV 235-5/4" ,6 3, Q ZDV 330-6/ ,0 4, Q ZDV 370-6/ ,0 4, S2 2 (m ) S1 l/h - kw 80/60/45 C S2 Hm. (kg) Max. provozní tlak sanitární vody Q7-200-ZDV až Q ZDV 10 bar Max. provozní tlak sanitární vody Q ZDV a Q ZDV 6 bar Max. provozní tlak primárního okruhu 10 bar Max. teplota sanitární vody 85 C Max. teplota primárního okruhu 95 C Provozní teplota sanitární vody 55 C A B Q P G1/2 G6/4 v1 v2 G5/4 G1/2 G5/4 G5/4 G1/2 G5/4 A vnější průměr ohřívače B průměr nádrže C výška ohřívače D výstup teplé vody E vstup vody pro topení 1 F připojení pro termostat G cirkulace H výstup vody pro topení 1 I vstup vody pro topení 2 L připojení pro termostat M výstup vody pro topení 2 N vstup studené vody O inspekční příruba o průměru 180 mm P připojení pro elektrickou topnou jednotku Q připojení pro teploměr M L D C N O I H G F E 20

21 5.4 Zásobníkové ohřívače vody nepřímotopné s vnořenou nádobou pro ohřev vody Q7-ZVN Ohřívače ZVN jsou tvořeny tlakovou nádrží v objemech od 500 do litrů, do které je ponořena zvláštní nádoba na přípravu teplé vody. Jeden zásobník tedy slouží jak k akumulaci topné vody, tak k přípravě teplé vody. Ohřívač je opatřen spirálovým výměníkem pro připojení k solárnímu soustavě. Zásobníkový ohřívač je tak vhodný do tzv. kombi soustav, tedu solárních soustav pro přípravu teplé vody a vytápění. Další zdroje tepla lze připojit na výškově různě umístěná hrdla nádrže. Tím lze dosáhnout ideálního teplotního rozvrstvení v nádrži a tím maximálního využití celé kapacity. Typ ohřívače A B C D E F G Q7-500/180-ZVN Q7-800/230-ZVN Q7-1000/250-ZVN Q7-1500/300-ZVN Q7-2000/400-ZVN Typ ohřívače H I J S 2 (m ) Kv (mbar) Hm. (kg) Q7-500/180-ZVN , Q7-800/230-ZVN , Q7-1000/250-ZVN , Q7-1500/300-ZVN , Q7-2000/400-ZVN , Max. provozní tlak primárního okruhu: 10 bar Max. provozní tlak sanitární vody: 3 bar Max. provozní tlak topné vody: 6 bar Max. teplota sanitární vody: 85 C Max. teplota primárního okruhu: 95 C Provozní teplota sanitární vody: 55 C TEPLÁ ČIDLO 1/2 STUDENÁ 1 CIRKULACE ANODA 5/4 25 A B 300 G6/4 G6/4 G6/4 G6/4 G1 G1/2 G1/2 G1/2 G6/4 G6/4 G6/4 D C A vnější průměr ohřívače B průměr nádrže C výška ohřívače D vstup z kotle + teploměr E vstup do topení F připojení pro elektrickou topnou jednotku G výstup z topení H otvor pro pojistný ventil + výstup do kotle I vypouštěcí otvor + výstup ze solárního okruhu J vstup ze solárního okruhu J F E G6/4 G1/2 G6/4 G I G1 H 21

22 6 Solární čerpadlové jednotky Moderní čerpadlové jednotky značně zkracují dobu montáže strojovny solární soustavy, neboť v sobě zahrnují většinu potřebných armatur a jsou uzavřeny v kompaktním tepelně izolačním pouzdru. 6.1 Čerpadlové jednotky pro montáž na zpátečku FV 70 Tacosol 4.0 ER Je možné použít čerpadlovou jednotku ve dvou provedeních, s pojistnou jednotkou a bez pojistné jednotky. Při použití varianty s pojistnou jednotkou je však třeba počítat s tím, že pojišťovací ventil je na studené části (přívod ke kolektorům). V multifunkčním trojcestném ventilu je integrována zpětná klapka. Tato jednotka může sloužit jako rozšiřující jednotka k jednotce Tacosol 4.0 ZR při zapojení vice spotřebičů (TV, vytápění, bazén ap.) nebo pokud je přívodní potrubí od kolektorů vedeno samostatně. 1 Vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí ke kolektoru); 2 Vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí od ohřívače); 3 Vnější závit ISO 228, G ¾" (potrubí k expanzi) 6.2. Čerpadlové jednotky pro montáž na přívod-zpátečku FV 70 Tacosol 4.0 ZR Je možné použít čerpadlovou jednotku ve dvou provedeních:! verze s kompaktním krytem! verze s vložným pouzdrem na regulátor V části potrubí od kolektorů je umístěn odlučovač vzduchu s ručním odpouštěním, manometr a teplo-měr. V multifunkčním trojcestném ventilu je integrována zpětná klapka. V žádné poloze multifunkčního ventilu není uzavřeno spojení mezi kolektory a pojistným ventilem. V části potrubí ke kolektorům je umístěn plovákový průtokoměr, teploměr a v multifunkčním trojcestném ventilu je integrována zpětná klapka. Ve spodní části je připojení na expanzní nádobu, které se nedoporučuje využít (viz obr. 3.2). 22

23 1 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí od kolektoru) 2 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí ke kolektoru) 3 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí k ohřívači) 4 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí od ohřívače) 5 vnější závit ISO 228, G 3 4" (potrubí k expanzní nádobě) 6 vnitřní závit DIN 2999 / ISO 7, Rp 3 4" (potrubí pojistného ventilu) V obou uvedených jednotkách je vestavěný seřizovací a kontrolní ventil SETTER Inline UN s přímou indikací průtoku v l/min ve třech variantách: Rozsah měření [l/min] (m 3 /h) k VS [m 3 /h] Oběhové čerpdalo 1,5 6 (0,09 0,36) 1,5 WILO Star-ST 20/6 4,0 16 (0,24 0,96) 3,3 WILO Star-ST 20/6 4,0 16 (0,48 1,68) 3,5 WILO Star-ST 20/6 Charakteristika oběhového čerpadla v čerpacích jednotkách Wilo Star-ST 20/6 23

24 6.3 Solární čerpadlová jednotka pro montáž na přívod-zpátečku Tacosol EU21 TACOSOL EU 21 je solární stanice poháněná slunečním zářením. Vysoceúčinné čerpadlo je přímo napájeno a řízeno jednosměrným el. proudem z fotovoltaického panelu (FV). Proto optimální provoz soustavy nevyžaduje připojení na standardní elektrickou síť, ani instalaci solárního regulátoru a čidla v zásobníku TV. Jednotka je řízena teplotním čidlem vestavěným přímo v čerpadle, jenž reguluje a přerušuje průtok podle teploty na zpátečce (přívod ke kolektorům). Bezpečnostní pojistka zpomalí resp. zastaví čerpadlo při 95 C resp. 100 C, aby nedošlo k přehřátí vody v zásobníku. Jakmile se teplonosná látka ochladí, čerpadlo se opět automaticky zapne. V provozním rozsahu teplot je navíc výkon čerpadla nezávisle řízen intenzitou slunečního záření. 1 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí od kolektoru) 2 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí ke kolektoru) 3 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí zásobníku) 4 vnější závit ISO 228, G 1" (potrubí od zásobníku) 5 vnější závit ISO 228, G ¾" (potrubí k expanzní nádobě) 6 vnitřní závit DIN 2999 / ISO 7, Rp ¾" (potrubí od pojistného ventilu) V části potrubí od kolektorů je umístěn odlučovač vzduchu s ručním odpouštěním, manometr a teploměr. V multifunkčním trojcestném ventilu je integrována zpětná klapka. V žádné poloze multifunkčního ventilu není uzavřeno spojení mezi kolektory a pojistným ventilem. V části potrubí ke kolektorům je umístěn plovákový průtokoměr, teploměr a v multifunkčním trojcestném ventilu je integrována zpětná klapka. Ve spodní části je připojení na expanzní nádobu, které se nedoporučuje využít (viz. obr. 3.2). Charakteristika oběhového čerpadla v čerpací jednotce LIANG D5 Solar 720B 24

25 7 Solární regulátory 7.1. Solární regulátor RESOL DeltaSol BS a DeltaSol BS Plus Oba solární regulátory mají shodný design a rozměry. Solární regulátor RESOL DeltaSol BS je určen pro jednoduché solární soustavy s jedním spotřebičem a jedním dodatkovým zdrojem tepla. Má 4 vstupy pro teplotní čidla Pt1000, 2 standardní reléové výstupy, ruční ovládání pomocí SW, VBus připojení (doplňková termostatická funkce pro dohřívání, aplikace 2), 1 pouzdro na příslušenství. Dvě základní hydraulická schémata pro regulátor RESOL DeltaSol BS Solární regulátor RESOL DeltaSol BS Plus je určen pro složitější solární soustavy s jedním nebo více spotřebiči. Umožňuje ovládat dodatkový zdroj a oběhové čerpadlo otopné soustavy. Devět základních hydraulických schémat pro regulátor RESOL DeltaSol BS Plus 25

26 7.2 Solární regulátor SOREL TDC 1 a TDC 3 Solární regulátor SOREL TDC1 je určen pro jednoduché solární soustavy s jedním spotřebičem a jedním dodatkovým zdrojem tepla nebo pro obdobné aplikace jak je vidět na schématech možného využití. Regulátor obsahuje:! Podsvětlený displej se schématickým zobrazením systému a teploty! 8 schémat zapojení pro solar i topení + rozdílový regulátor a termostat! 3 vstupy pro teplotní čidla Pt 1000! 1 výstupní relé! Statistika provozu solárního systému a dodaného tepla! Menu v češtině s bohatou nápovědou! Možnost uzamknout část menu proti nechtěným změnám! 2 teplotní čidlo pro solar i zásobník, kabel 2,0 m Celkové rozměry: 163 x 110 x 52 mm. Pět základních hydraulických schémat pro regulátor SOREL TDC 1 Solární regulátor SOREL TDC3 je určen pro složitější solární soustavy i s vice kolektorovými poli a s jedním nebo více spotřebiči. Celkové rozměry: 163 x 110 x 52 mm. Patnáct základních hydraulických schémat pro regulátor SOREL TDC 3 26

27 8 Expanzní nádoby pro solární soustavy Tlakové expanzní nádoby CIMM řady SOLAR CE jsou osazeny speciální membránou pro solární kapaliny a slouží k vyrovnání změny objemu v solární soustavě při změnách teploty. U větších solárních soustav se doporučuje použít oddělovací nádobu se shodným objemem jako má expanzní nádoba. Její použití se doporučuje zvláště pokud jsou použity kolektory Quantum Q7-CPC, které mají horší vyprazdňovací schopnost a při stagnaci může vzniknout velké množství páry. Standardní tlak plynové náplně od výrobce: 0,25 MPa Maximální provozní tlak: 1,0 MPa Provozní teplota: -10 až 100 C barva povrchové úpravy: červená (RAL 3000) Pryžový vak: speciální pro solární soustavy (dle DIN 4807) Typ nádoby Objem nádoby (l) Maximální pracovní tlak (bar) Přípojovací šroubení Průměr nádoby (mm) Výška nádoby (mm) SOLAR / SOLAR / SOLAR / SOLAR / SOLAR / SOLAR / SOLAR / SOLAR SOLAR SOLAR Možno až do objemu 600 litrů. Z hlediska prostorového uspořádání je často vhodnější volit více menších expanzních nádob. Program pro návrh expanzní nádoby je k dispozici na CD. 9 Pojistné ventily Pojistný ventil je povinnou součástí každé solární soustavy s tlakovou expanzní nádobou. Požadavky na jeho umístění jsou stejné jako u kotlů, tzn. měl by být co nejblíže zdroji tepla na výstupním potrubí. U malých solárních soustav je často umístěn na hnací jednotce. U krátkých rozvodů je to často dostačující. Pokud jsou však potrubní rozvody od kolektorového pole delší (často u velkoplošných solárních soustav) měl by být umístěn přímo na kolektorovém poli. Při vzniku páry při stagnaci může dojít k tlakovému rázu, kdy dojde k poškození kolektorů dříve, než dorazí tlaková vlna k pojišťovacímu ventilu ve strojovně. 27

28 Výkon kolektorů Plocha apertury kolektorů Průměr pojistného potrubí Pojišťovací ventil [kw] [m 2 ] [mm] 1 1,43 18x1 1/2"x3/4" 15 21,43 22x1 1/2"x3/4" 60 85,71 28x1 1/2"x3/4" ,43 28x1 3/4"x1" ,71 35x1,5 3/4"x1" ,43 35x1,5 1"x5/4" Pozn.: vše pro otvírací přetlak 400 kpa 10 Termostatické směšovací ventily Udržují teplotu smíšeného média na konstantní bezpečné hodnotě a omezují teplotu v teplovodních a topných soustavách. Jako centrální směšovací zařízení samočinné termostatické směšovací ventily MT 52, MT 52 HC a MT 53 zajišťují na výstupu konstantní a bezpečnou teplotu vody z přívodů o různé teplotě. To chrání uživatele před opařením na místě odběru TV i při vysokých teplotách v zásobníku. Ventily jsou dostupné ve třech dimenzích (¾" DN 15, 1" DN 20 a 5 4" DN 25). Speciální těsnění na vřeteni termoskopu udržují nežádoucí přimíchávaní na vstupech*, čímž zajišťují maximální využití teploty vody v zásobníku. Termostatické směšovací ventily pomáhají při umístění v blízkosti odběrového místa v boji proti bakterii legionella. * Pokud je teplota horké vody 3K pod nastavenou teplotou mixu, je míra průsaku na vstupu studené vody = 0. Jinak může činit teplota příměšování max. 3K. Přednosti! konstantní a bezpečná teplota vody na výstupu! samočinné smešování bez spotřeby elektrické energie! jemná plynulá regulace teploty mixu v rozmezí C a C! vysoká přesnost regulace! ochrana proti opaření! vysoké hodnoty kvs! velmi nízký zbytkový průtok studené vody! ochrana proti usazování vodního kamene speciální vnitřní nesmáčivou vrstvou! návod k instalaci přímo na tělese ventilu! aretační mechanismu proti cizím zásahům do nastavení! možnost použití i jako rozdělovacího ventilu 11 Kapalina pro solární systémy - Kolekton P a Kolekton P Super Charakteristika výrobku Teplosměnná antikorozní kapalina s nízkým bodem tuhnutí s použitím pro uzavřené solární systémy i pro ostatní typy topných systémů. Kolekton P Super obsahuje navíc stabilizátory pro dosažení zvýšené tepelné stability s prodlouženou životností. Složení Ekologická kapalina na bázi monopropylenglykolu. Tento přípravek zároveň chrání před korozí. Obsahuje organické látky, které mají vyšší hustotu, vyšší viskozitu a nižší koeficient přestupu tepla než voda. Z toho důvodu musí být spoje v topném systému dokonale provedeny a těsnění spojů musí být odolné proti působení glykolů. Roztok obsahuje směs glykolů, inhibitorů koroze a odpěňovače. Životnost inhibitorů koroze v kapalině je i při plném provozu systému dlouhodobá. Ředění Kolekton je mísitelný s vodou v každém poměru. Výrobce však nedoporučuje přípravek dále ředit, neboť je připraven k přímému použití. Maximální možné ředění přípravku je 1:1., při dalším ředění nemůže výrobce zaručit dostatečnou 28

29 protikorozní ochranu. Topný systém se čistí tak, že se opakovaně proplachuje vodou. Odpařenou kapalinu se doporučuje před každou zimní sezónou doplňovat a zkontrolovat bod tuhnutí náplně. Bezpečnostní opatření Kolekton není toxický, neohrožuje zdraví. Při potřísnění pokožky je tuto potřeba omýt vodou a mýdlem a ošetřit krémem. Při manipulaci s kapalinou je třeba používat ochranné pryžové rukavice, ochranné brýle nebo obličejový štít, ochranný oděv. Kolekton je hořlavina IV.třídy nebezpečnosti. Tato kapalina je ekologicky nezávadná a snadno biologicky odbouratelná. Skladování a likvidace Kapalinu výrobce doporučuje skladovat v původních uzavřených obalech v suchém prostředí. Kapalinu třeba likvidovat spalováním v spalovnách průmyslového odpadu. Technická data Skupenství (při 20 C) lehce viskózní kapalina Barva zelená Zápach (vůně) slabý nebo žádný Teplota (rozmezí teplot) tání ( C) více jak -30 C Teplota (rozmezí teplot) varu ( C) cca 155 C Bod vzplanutí ( C) cca 103 C Hořlavost málo hořlavá kapalina Samozápalnost cca 371 C Rozpustnost (při 20 C) ve vodě dokonale rozpustná v tucích nerozpustná Hustota (při 20 C) 1050 kg/m3 Tenze par (při 21 C) 0,1 mm Hg Rozdělovací koef. n-oktanol/voda cca 1/2 Balení 10 l, 25 l, 60 l (sud), 200l (sud) 11 Vybraná schémata zapojení Vybraná schémata jsou k dispozici k úpravám na CD ve formátu DWG Solární soustava pro přípravu TV v bivalentním zásobníku 29