SOLÁRNÍ SYSTÉM S DLOUHODOBOU AKUMULACÍ TEPLA VE SLATIŇANECH ANALÝZA PROVOZU

Transkript

1 SOLÁRNÍ SYSTÉM S DLOUHODOBOU AKUMULACÍ TEPLA VE SLATIŇANECH ANALÝZA PROVOZU Martin Kny student Ph.D., ČVUT v Praze, fakulta stavební, katedra technických zařízení budov martin.kny@fsv.cvut.cz Konference Energetická efektívnosť Banská Bystrica

2 Obsah Představení projektu dlouhodobé akumulace Technický popis systému Provoz systému Energetická bilance systému Problémové prvky systému Opatření ke zvýšení efektivity systému Zhodnocení projektu

3 Představení projektu Systém realizován v roce 1996 Zajišťuje vytápění a přípravu TV pro rekonstruovaný objekt chráněných dílen Domova sociálních služeb ve Slatiňanech Solární termické kolektory jsou umístěny na střeše objektu, energie je ukládána do teplovodního akumulačního zásobníku. Dodnes největší systém v ČR využívající dlouhodobé akumulace

4 Technický popis systému Zásobník tepla, nadzemní ocelový, objem 1082 m 3, tepelná izolace 700 mm (MW) Kolektorové pole, plocha 147,8 m 2 (absorber), sklon 38, azimut + 10 Tepelné čerpadlo (dále TČ), výkon 37 kw, Elektrokotel, výkon 37 kw (záložní zdroj) Pohotovostní zásobníky, 2 x 1.3 m 3 (osazeny výměníky solárního okruhu, možnost nabíjení z TČ) Příprava TV, zásobníkový ohřívač 1,3 m 3 (osazen výměník solárního okruhu, elektrická topná vložka a výměník z kotle na biomasu) Otopný systém, podlahové vytápění, plocha přes 800 m 2

5 Technický popis systému Schéma současného stavu systému (vyznačeny měřené hodnoty) Měřené hodnoty zaznamenávány v minutovém kroku v řídicím počítači

6 Provoz systému Většina energie získaná z kolektorového pole je ukládána do akumulačního zásobníku, část je využita pro přípravu TV, případně přímo využita pro vytápění (přes pohotovostní zásobníky) Během otopného období může systém pracovat ve třech režimech: Přímý odběr teplé vody z akumulačního zásobníku (až do teploty v zásobníku cca 36 až 39 C) Odběr energie za zásobníku přes TČ (do min. teploty v zásobníku, cca 15 až 10 C) Systém akumulace odpojen, energie pro vytápění je dodávána elektrokotlem ( C) Průběh teplot v akumulačním zásobníku v roce 2011 T_32 T_33 T_34 T_35 T_36 T_37 T_38 T_39 T_40 T_41 10

7 leden únor březen duben květen červen červ. srpen září říjen listop. pros. Energetická bilance systému Systém v uplynulých letech pracoval se solárním pokrytím 60 až 77 % pro vytápění, 20 až 30 % pro přípravu TV. Bilance pro rok 2011 Solární pokrytí pro vytápění 77 % Tepelný zisk kolektorů KWh Spotřeba tepla na vytápění KWh Tepelná ztráta zásobníku KWh Spotřeba elektrické energie 2011 Tepelné čerpadlo KWh Elektrokotel 435 KWh Ohřev TV KWh Oběhové čerpadlo KWh (solární okruh) Tepelná ztráta zásobníku přesáhla 55 % ze zisků kolektorového pole (kwh) Bilance systému v roce 2011 Tepelná ztráta zásobníku (kwh) Dodaná energie do zásobníku (kwh) Spotřeba tepla na vytápění (kwh)

8 zisk z 1 m2 (kwh) Energetická bilance systému Příprava TV Solární pokrytí pro přípravu TV nelze přesně stanovit (není měřena energie z kolektorů dodaná pro přípravu TV). V červnu 2011 bylo provedeno měření solárního pokrytí pro TV. Bylo dosaženo pokrytí cca 40 %. Roční pokrytí bylo odhadnuto na cca 20 %. Zisky kolektorového pole Měrné zisky dosahují 385 až 533 kwh/m 2.rok (maximum v roce 2011) leden únor Průběh měrných solárních zisků březen duben květen červen červ, srpen září říjen listop. pros. Měrné zisky kolektorového pole ve vybraných letech

9 Problémové prvky systému 1) Vysoké tepelné ztráty akumulačního zásobníku Z bilance stanoven průměrný součinitel prostupu tepla pláště zásobníku U = 0,35 W/m 2.K (předpoklad cca U = 0,08 W/m 2.K) HLAVNÍ PROBLÉM Konstrukce pláště Termovizní snímek

10 ztráta (kwh) Problémové prvky systému Roční průběh tepelných ztrát v porovnání s předpokladem pro rok Tepelné ztráty zásobníku v letech 2003, 2010 a předpoklad (U=0.08) leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec měsíc

11 měrná ztráta (W/K) měrná ztráta (W/K) Problémové prvky systému Měrná tepelná ztráta zásobníku není v průběhu roku konstantní, pohybuje se v rozmezí cca 140 až 260 W/K. Hlavní příčinou vysokých tepelných ztrát zásobníku je pravděpodobně proudění vzduchu souvrstvím pláště. Vzduch vstupuje do souvrství ve spodní části a ohřátý vystupuje pod střechou zásobníku 300 Měrné tepelné ztráta v závislosti na teplotním rozdílu ztráta 300 Měrné tepelné ztráty zásobníku v roce Lineární (ztráta) teplotní rozdíl zásobník x exteriér (K) 0 leden únor březen duben květen červen červe. srpen září říjen listop. pros. Měrné tepelné ztráty (2011) Měrné tepelné ztráty v průběhu roku (2011)

12 Problémové prvky systému 2) Poruchy systému Nespolehlivost regulačních a ostatních řídících prvků daná stářím systému (těsnost trojcestných armatur, funkčnost jejich pohonů, nespolehlivost solárního regulátoru )

13 Opatření ke zvýšení efektivity systému Opatření lze rozdělit na: Úpravy současného systému Koncepční úpravy systému Úpravy současného systému uvedení všech prvků systému do funkčního stavu (trojcestné ventily, pohony) změny v systému regulace (teploty spínání oběhových čerpadel, okamžik zapnutí TČ, zprovoznění regulace nabíjení zásobníků TV) upravit průtoky v jednotlivých částech systému Uvedené úpravy by mohly přinést zvýšení solárního pokrytí pro vytápění až o 5 %, v přípravě TV až o 10 %.

14 Opatření ke zvýšení efektivity systému Koncepční úpravy systému Zlepšení tepelně-izolačních vlastností pláště zásobníku. Při snížení U z 0,35 na U = 0,175 W/m 2.K by solární pokrytí pro vytápění vzrostlo o 14 až 20 % (pro rok 2010 o cca 18 %) Zlepšení využití solární energie v jarním období (za současného stavu systému je většina energie uložena do zásobníku, i když by byla využitelná při vytápění objektu) Úprava koncepce přípravy teplé vody (výměník 90s větším výkonem, větší objem zásobníku na TV, řízení průtoku kolektorovým polem) Parametry systému v roce 2010 v závislosti na součiniteli prostupu tepla obvodového pláště zásobníku stěna + strop U (W/m2.K) solární pokrytí (%) max. teplota ( C) tepelná ztráta (MWh) stěna + strop U (W/m2.K)

15 Zhodnocení projektu Do dnešních dnů v prostředí ČR ojedinělý projekt Dosahované solární pokrytí pro vytápění 60 až 77 %, pro přípravu TV okolo 20 % Účinnost systému je nižší něž předpokládal projekt. Hlavním důvodem jsou vysoké tepelné ztráty akumulačního zásobníku a velká spotřeba tepla na přípravu TV I za těchto podmínek je systém pro majitele přínosný (vzhledem k dotaci na realizaci systému) Potenciál možného zvýšit solární pokrytí pro vytápění až o 5 %, v případě přípravy TV až o 25 % (bez nadměrných finančních nákladů) Projekt může být inspirací pro budoucí efektivněji pracující systémy

16 Děkuji za pozornost