TECHNICKÉ PODKLADY pro projektanty

Transkript

1 TECHNICKÉ PODKLADY pro projektanty Díl 4, část l Solární technika (stav 11/07) reflex_tks.indd :22:33

2 2 Jak to chápat. 1) V celé knize používáme v textu TUV (teplá užitková voda) a na schématech a obrázkách po novu TV (teplá voda). V obou případech myslíme to stejné ohřátá pitná voda je teplá voda nebo (postaru) teplá užitková voda. 2) Pojmy tlak a přetlak jsou v textu celé knihy identické. V topenářství (až na naprosté výjimky) se vždy jedná o přetlak, ale používá se často pojem tlak. Vždy se jedná o tlak nad atmosférickým tlakem. 3) Používané jednotky: Tlakové 1 bar = 10 m vodního sloupce = 100 kpa = 0,1 MPa Energie J = W/s, 1 kwh = 3,6 MJ = 3600 kj, 1 kcal = 4,2 kj Výkon 1kW = 860 kcal/h, 1000 kcal/h = 1,16 kw reflex_tks.indd :22:35

3 Obsah Solární technika Strana Teorie Využití tepla... 6 Solární systémy... 7 Kolektory Hnací sady Zásobníky PAST Regulace Návrh systému Zapojení reflex_tks.indd :22:59

4 Teorie Úvod Stále více se zesiluje tlak na využití obnovitelných zdrojů energie. K těmto zdrojům patří i energie Slunce, které je z našeho pohledu nevyčerpatelný energetický zdroj. Energie Slunce vzniká z termonukleární přeměny vodíku v helium a její množství je tak obrovské, že ač Země zachytí necelé 2 miliardtiny slunečního energetického toku, dopadá na hranici atmosféry cca 1360 W/m 2. Toto množství energie se před dopadem na povrch Země zmenší o část vyzářenou zpět do kosmu, a o část záření, které se vstřebá při průchodu atmosférou. Na zemský povrch tak dopadá maximálně okolo 1000 W/m 2. Je logické se snažit tuto energii zachytit a využít pro různé aplikace ve formě tepla či elektrické energie, zejména pokud si uvědomíme, že Slunce nám tuto energii poskytuje zcela zdarma. Sluneční záření 4 Při průchodu slunečního záření zemskou atmosférou dochází k jeho rozptylu na prachových částicích obsažených ve vzduchu a dále k jeho odrazu při dopadu na různé překážky. Jen část záření dopadne přímo na zemský povrch, tato část se nazývá přímé záření. Je směrové, největší intenzita je ve směru slunečních paprsků. Druhá, odražená či rozptýlená část se nazývá difúzní záření. Třetí složka, odražené záření, není častá a je nepodstatná. Toto záření je všesměrové, jeho intenzita je ve všech směrech obdobná. Za jasné oblohy tvoří difúzní záření jen cca 1/5 celkového záření, při zatažené obloze je sluneční záření tvořeno jen zářením difúzním. Množství slunečního záření dopadlého na zemský povrch v dané lokalitě značně kolísá, což je způsobeno množstvím faktorů. Jsou jimi především: umístění lokality na zemském povrchu. V našich zeměpisných šířkách cca okolo 5 rovnoběžky je intenzita slunečního záření menší než v tropických či subtropických oblastech, umístění lokality vzhledem k okolí. Intenzita záření v čistých horských oblastech je větší, než v městských aglomeracích. Je to způsobeno znečištěním atmosféry, které působí podobně jako sluneční clona, odražené Obr. 1: Rozdělení slunečního záření přímé difuzní orientace plochy, na které měříme sluneční záření. Nejvíce slunečního záření dopadá na plochy orientované k jihu, méně již na plochy orientované k ostatním světovým stranám, sklon dané plochy. V letních měsících dopadá nejvíce záření na plochu mírně skloněnou, optimálně cca 30, v zimním období na plochu s větším sklonem, optimálně cca 64 70, odražená či rozptýlená, část se nazývá difúzní záření. Toto záření je všesměrové, jeho intenzita je ve všech směrech obdobná. Za jasné oblohy tvoří difúzní záření jen cca 1/5 celkového záření, při zatažené obloze je sluneční záření tvořeno jen zářením difúzním. JASN Á OBLOHA OBČASNÉ MRAKY CELKOVĚ ZATAŽENO ZIMNÍ INVERZE 1000 W/m W/m W/m W/m 2 Obr. 2: Intenzita slunečního záření reflex_tks.indd :23:00

5 Teorie Obr. 3: Vliv sklonu kolektoru na množství získané energie Sklonem, případně orientací plochy je ovlivněno hlavně přímé záření, intenzita difúzního záření je ve všech směrech obdobná. Výška Slunce nad obzorem se během roku mění. Ideální celoroční sklon kolektoru pro orientaci na jih je 45. Při tomto sklonu se vyrobí nejvíce energie. V zimě by měly být kolektory strmé (65 75 ) v létě ploché (30 35 ). Většinou se kopíruje sklon střechy. Další faktor, ovlivňující množství dopadlého záření, je časové období. Tento faktor je velmi důležitý zejména pro využití přeměny slunečního záření na teplo, v letním období, kdy je obvykle nejmenší spotřeba tepla, je množství slunečního záření největší a naopak v období zimním, kdy je největší potřeba tepla, je množství dopadlého slunečního záření nejmenší. To je hlavně způsobeno dobou slunečního svitu, např. v Praze svítí slunce v červnu a červenci cca 266 hodin, zatímco v prosinci jen 35 hodin. 5 Měsíc Rok Záření (kwh/m 2 ) % Svit (hod) % Tab. 1: Doba svitu a celková intenzita slunečního záření v Praze jaro, podzim léto zima Obr. 3a: Výška Slunce nad obzorem a sklon Obr. 3b: Vliv orientace a sklonu na výrobu tepla Obr. 3c: Globální záření v ČR za rok [kwh/m 2 ] reflex_tks.indd :23:01

6 Využití tepla Využití slunečního záření Sluneční záření lze využívat 2 způsoby. Přímé využití je založeno na zachytávání slunečního záření a jeho následnou přeměnu na teplo nebo elektřinu. Nepřímé využití je např. využití biomasy, uhlí, větru, vody (vše vzniká působením Slunce). Ale v TK se přidržíme pouze přímého využití slunečního záření. Přímé využití na výrobu elektřiny je prováděno fotovoltaickými panely. Panely jsou tvořeny polovodičovými přechody, obvykle z mono- nebo z polykrystalického křemíku. Po vystavení panelu slunečnímu záření dojde dopadem fotonů ke vzniku elektrického proudu. Účinnost této přeměny je poměrně nízká, činí cca 9 18 % dle konkrétních materiálů a podmínek. a Spotřeba energie b Tvorba energie Žluté nadbytek Modré nedostatek Červené využité 6 Přímé využití záření Slunce přeměnou na teplo je častější. Rozeznáváme dva systémy pro zachycení této energie: pasivní a aktivní. Pasivní systém využívá různých stavebních konstrukčních prvků pro co největší zachycení slunečního záření, které se přeměňuje na teplo a zvyšuje tak teplotu v místnosti. Aktivní systém zachytává sluneční záření na solárních kolektorech, kde dochází k jeho přeměně na teplo, které je následně odváděno k jednotlivým spotřebičům. Tento systém poskytuje značné výhody: je bez problému regulovatelný, je možná akumulace pro vyrovnání časových intervalů mezi slunečním zářením a spotřebou tepla a teplo také můžeme využít různými způsoby od ohřevu teplé užitkové vody až pro vytápění objektu. Slunce nám tuto energii poskytuje zcela zdarma. Obr. 4: Obvyklé průběhy zisku kolektorů a spotřeby energie pro typický objekt V domácnosti se vyrobené teplo nejvíce používá na: 1) Přípravu teplé užitkové vody (TUV). 2) Ohřev bazénové vody. 3) Podporu topení akumulace. Osvědčené je využití na ohřev teplé užitkové vody, eventuálně použít přebytky na bazén (při doporučeném dimenzování ušetříte až 60 % ročních nákladů na ohřev vody). Nebo instalace pouze pro bazén (neexistuje levnější způsob ohřevu). Pokud chcete použít teplo na podporu topení, používají se speciální solární akumulátory tepla, kde TUV se ohřívá průtokem. V našich klimatických podmínkách sluneční kolektory mohou pomoci s temperancí objektu, ale v žádném případě se nedá uvažovat s plnohodnotným vytápěním (viz následující grafy). Podpora vytápění objektu se z výhodou kombinuje např. s ohřevem venkovního bazénu, kdy po ukončení provozního období bazénu je teplo používáno právě k temperování objektu. Měsíc Rok Slunce tvorba % TUV a topení spotřeba % Tab. 2: Průměrné hodnoty tvorby a spotřeby energie v % reflex_tks.indd :23:02

7 Solární systémy Solární systém 7 Obr. 5: Schéma solárního systému pro ohřev teplé vody Základním prvkem solárního systému je solární kolektor (obr. 5, poz. 1), ve kterém dochází k přeměně slunečního záření na teplo. Kolektory se umísťují na nosné konstrukce pomocí montážních sad (obr. 5, poz. 2), které se liší dle typu kolektoru a použité střešní krytiny. Montáž kolektorů je značně variabilní, může být provedena na šikmou střechu, do střechy, nebo volně na plochou střechu či na zem. Teplo z kolektoru je odváděno teplonosnou látkou (obvykle směs glykolu a vody) pomocí hnací sady (obr. 5, poz. 4) do spotřebičů tepla. Hnací sada je tvořena čerpadlem, zpětnou klapkou, kulovými kohouty s teploměry, pojistným ventilem a dalšími součástmi nutnými pro správný chod solárního systému. Pro zabezpečení solárního okruhu musí být dále nainstalovaná vhodná expanzní nádoba (obr. 5, poz. 3), odolávající příslušným koncentracím nemrznoucí směsi. Spotřebič tepla (obr. 5, poz. 5) je obvykle akumulační zásobník, který umožňuje vyrovnávat časové rozdíly mezi ziskem a spotřebou tepla, dalším spotřebičem může být např. bazénový výměník pro ohřev bazénové vody. Zásobník se používá buď pro ohřev teplé užitkové vody (nepřímotopné zásobníky s jedním nebo dvěma trubkovými výměníky), nebo lze z výhodou použít kombinovaných zásobníků, které umožní jak přípravu teplé vody, tak temperování objektu. Regulace (obr. 5, poz. 6) řídí celý systém dle požadavků na potřebu tepla a dle aktuálních tepelných zisků kolektorů. reflex_tks.indd :23:02

8 Kolektory Solární kolektory Kolektory jsou nejdůležitější součást solárních systémů, neboť zachycují sluneční záření a převádí ho na teplo. Je mnoho typů solárních kolektorů, ovšem běžně se používají nejvíce dva typy: deskový a vakuový trubicový. Deskový kolektor je tvořen rámem, do kterého je osazen absorbér. Ten je obvykle tvořen měděným plechem se speciální povrchovou úpravou a s registrem měděných trubek, kterými odvádí nemrznoucí solární kapalina zachycené teplo. Absorbér je ze shora překryt transparentním krytem, obvykle solárním tvrzeným sklem, a ze spodu zaizolován minerální vatou. Jedná se o nejvíce používaný typ kolektoru s vynikajícím poměrem cena/výkon. 8 Trubicový vakuový kolektor je tvořen dvouvrstvou skleněnou trubicí s vakuem a absorbční vrstvou mezi skly, která je navlečena na měděné trubici s teplonosnou látkou. Pro lepší odvod tepla je do skleněné trubice vložen měděný nebo hliníkový plech. Trubice jsou shora napojeny do společného sběrače, přes který se odvádí získané teplo ke spotřebičům. Vakuové trubice se umísťují do parabolických zrcadel z leštěného plechu, které odrazem paprsků zaručují optimální výkon kolektoru během celého dne. Trubicové vakuové kolektory jsou vyráběny ve dvou typech: neprůtočné (tepelné trubice) a průtočné (U trubice). Obr. 6: Deskový kolektor Konstrukce kolektorů Kolektory se největší mírou podílejí na míře účinnosti celého solárního systému, proto se na jejich správný výběr musí klást velký důraz. Nejdůležitější na kolektoru je povrch absorbéru. Standardně se rozlišují dva typy povrchů: selektivní a neselektivní. Oba typy povrchů mají obdobnou absorbci, zachytí až 95% dopadající energie. Výrazně se liší emisemi, tj. množstvím energie vyzářené zpět z povrchu absorbéru. U neselektivních povrchů kolektorů činí emise cca 35% zachycené energie, zatímco u selektivního povrchu se tato hodnota pohybuje mezi 5 15%. Obr. 7: Vakuový trubicový kolektor Obr. 8: Řez deskovým kolektorem reflex_tks.indd :23:03

9 Kolektory Neselektivní povrch tvoří černá matná barva, proto jsou obvykle tyto kolektory výrazně levnější než kolektory se selektivní vrstvou. Své opodstatnění mají hlavně pro sezónní využití přes letní měsíce, např. pro ohřev venkovního bazénu, kdy se příliš neprojevují jejich nepříznivé vlastnosti. Ovšem při nižších teplotách okolního vzduchu, např. v přechodném období, dodávají neselektivní typy kolektorů výrazně méně tepla než kolektory se selektivním povrchem a během zimy je množství dodaného tepla téměř zanedbatelné. Selektivní povrch tvoří vrstva oxidu titanu nebo jiné vhodné látky, která je vakuově nanesena na kovový povrch absorbéru. Jsou známy pod různými obchodními názvy Tinox, Sanselect, atd. Vytvoření takového povrchu je velmi náročné, proto i cena selektivních kolektorů je výrazně vyšší, než cena kolektorů neselektivních. Ovšem jejich výborné vlastnosti je předurčují k celoročnímu využití pro všechny aplikace, včetně podpory vytápění. Obr. 8a: Různé uspořádání trubek absorbéru Sluneční záření zachycené kolektorem je odváděno z plechového absorbéru do registru trubek a následně do teplonosné kapaliny. Trubky absorbéru mohou být uspořádány množstvím způsobů, nejběžnější je registr trubek uspořádaný do tvaru H, dále trubky uspořádané do tvaru U, případně meandrovitě zahnuté viz obr. 8a. Různé uspořádání registru trubek nijak výrazně nesnižuje či nezvyšuje účinnost kolektoru, ale rozhoduje o možnostech hydraulického připojení a zapojení kolektorů do jednotlivých kolektorových polí. Další součást kolektoru, která se do velké míry podílí na vlastnostech kolektoru, je transparentní kryt. U levnějších, obvykle neselektivních, kolektorů se používá tvrzené normální sklo, do dražších selektivních kolektorů se standardně osazuje speciální tvrzené solární sklo s malým obsahem železa a s velkou propustností slunečního záření. 9 Poslední součást kolektoru je tepelná izolace, která výrazně snižuje prostup tepla z absorbéru přes zadní a boční stranu deskového kolektoru, případně izoluje rozdělovač a sběrač u trubicového vakuového kolektoru. Používá se minerální vata o tloušťce 3 5 centimetrů. TAB. 3: Vlastnosti kolektorů Typ NBC 18 NSC 18 NSC 25 FSC 24 KS 23 KS MK 2 MK 4 MK 6 VTT 20 VTT 30 VSC Druh plochý trubice Uspořádání H H H U (lyra) M (meanrd) Absorber Cu-barva Cu-selektivní H H H H Heat Pipe Výška mm Šířka mm Plocha m 2 1,82 1,84 2,47 2,37 2,32 2,32 1,83 3,64 5,44 2,885 4,236 1,84 celková Plocha m 2 1,57 1,65 2,23 2,14 2,14 2,14 1,66 3,4 5,1 1,61 2,42 1,6 absorpční Max. prac. tlak bar Max. prac. C teplota Koef. absorpce 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,96 Koef. emise 0,35 0,11 0,11 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,06 Připojení mosaz Rp 3/4 Rp 3/4 Rp 3/4 Rp 1/2 15x1 18x1 22x1 22x1 22x1 22x1 22x1 Rp 3/4 Hmotnost kg Objem svazku litr 2,3 1,2 1,3 1,5 1,2 1,5 1,5 2,9 4,4 0,5 0,8 1,6 Průtok litry/h Průtok litry/min 1,7 1,7 1,7 3,3 2,0 2,5 4,5 4,5 4,5 2,0 3,0 0,5 Heat Pipe Přímé reflex_tks.indd :23:04

10 Kolektory Účinnost kolektorů Účinnost kolektorů se určuje měřením a obvykle se vynáší do grafu v závislosti na podílu rozdílu teploty absorbéru. Vodorovná osa je rozdíl střední teploty absorbéru a teploty okolí dělený intenzitou slunečního záření. Svislá osa je účinnost (0,8 = 80%). Charakteristika kolektoru je jedinečná pro daný typ kolektoru a umožňuje jednotlivé kolektory porovnávat. Účinnost se mění podle podmínek a nelze kolektor charakterizovat jednou hodnotou. Obr. 9: Graf účinnosti kolektoru 10 Montážní sady kolektorů Kolektory musíme při montáži připevnit k nosné konstrukci, která je dostatečně dimenzována i pro zvýšenou zátěž kolektorů např. při silném větru nebo sněhové pokrývce. V případě jakýchkoliv nejasností ohledně nosnosti a vhodnosti umístění kolektorů je nutná konzultace se statikem, případně jiným odborným pracovníkem. Nejčastěji se kolektory instalují na šikmou střechu (montážní sada na střechu), nebo na rovnou plochu (montážní sada volná), méně často do střechy (montážní sada do střechy). Montážní sady jsou vyrobeny z hliníkových profilů nebo žárově pozinkovaných ocelových profilů. V detailech se ještě liší podle typu použitých kolektorů. Podle druhu krytiny je nutno zvolit příslušné upevňovací prvky (háky, vruty, zatěžovací bloky). Montážní sada na střechu s háky Montážní sada na střechu s vruty Montážní sada do střechy a vanou Obr. 10: Montážní sady Montážní sada volná reflex_tks.indd :23:04

11 Hnací sady Hnací sady solárních systémů Hnací sady solárních systémů tvoří vzájemně propojené hydraulické komponenty, které jsou potřebné pro správnou funkci solárního systému. Jsou to zejména: čerpadlo, zpětná klapka pro zabránění zpětné samotížné cirkulace, průtokoměr se škrtícím ventilem pro přesné nastavení průtoku, kulové kohouty s integrovanými teploměry a pojistný ventil s možností připojení expanzní nádoby. Hnací sady jsou dodávány ve dvou typech: jednotrubkové s umístěním na zpátečku otopného systému a dvoutrubkové, kde na zpátečce jsou umístěny hlavní hydraulické komponenty a na výstupní trubce z kolektoru je osazen kulový kohout s teploměrem. Všechny komponenty jsou zaizolovány snímatelnou izolací z tvrdé polyuretanové pěny. Obr. 11: Hnací sada Regusol III. 11 Hnací sada REGUSOL III. TECHNICKÉ ÚDAJE : Manometr : 10 barů Maximální pracovní teplota : 120 C Otevírací tlak pojistné armatury : 6 barů Oběhové čerpadlo : Wilo-Star ST 25/6 Napětí : 230 V, 50 Hz Příkon (I. - II. - III. stupeň) : / / W Průtokoměr : 2 15 lt/min Rozměry (š x v) : 250 x 375 mm Rozteč výstupní a vratné trubky : 100 mm Obr. 12: Charakteristika oběhového čerpadla hnací sady Regusol III. reflex_tks.indd :23:05

12 Zásobníky Teplonosná látka Na teplonosnou látku pro solární systémy jsou kladeny velké nároky: musí mít co nejnižší bod tuhnutí, co nejvyšší bod varu, musí být chemicky stálá a nesmí zatěžovat životní prostředí. Těmto požadavkům nejlépe vyhovují látky na bázi glykolu, obvykle zdravotně nezávadný polypropylen glykol s dalšími přísadami. Pro deskové kolektory se používá solární látka PS, pro vakuové trubicové kolektory solární látka FSV odolávající vyšším teplotám na kolektorech. Solární látky se obvykle ředí s vodou na bod tuhnutí cca okolo -30 C. Při této koncentraci mají oproti čisté vodě menší tepelnou kapacitu (cca 3,477 kj/kg.k) a několikanásobně větší viskozitu, za studeného stavu při 20 C cca 6x větší, při 80 C cca 2x větší než čistá voda. Při návrhu solárního systému se musí s těmito vlastnostmi počítat. Zásobníky 12 Zásobníky pro solární systémy se dělí dle použití na ohřívače teplé vody, ve kterých se přes výměník ohřívá studená voda z vodovodního řadu a na akumulační, ve kterých se teplo ze solárního okruhu předává otopné vodě. Speciální solární zásobníky jsou kombinované, které umožňují zároveň akumulovat teplo pro vytápění a ohřívat teplou vodu. Zásobníky zároveň musí mít možnost připojení dalšího zdroje tepla pro vyrovnání nepravidelných dodávek tepla ze solárních kolektorů. Solární systém je vždy nutné oddělit od otopné či vodovodní soustavy výměníkem tepla, aby nedošlo ke smíchání nemrznoucí solární látky a vody. Výměník musí být dostatečně dimenzovaný, aby přenesl plný (teoretický) výkon kolektorového pole při minimálním teplotním rozdílu. Pro ohřev teplé vody se používají tzv. bivalentní zásobníky, které mají dva trubkové výměníky nad sebou viz obr. 13. Vrchní výměník je určen pro připojení dalšího zdroje tepla (kotle), který takto ohřívá vrchní polovinu zásobníku na nastavenou teplotu (50 60 C). Na spodní výměník se připojuje solární okruh, který takto ohřívá druhou polovinu zásobníku a zároveň celý zásobník na vyšší teploty (dle nastavení, často až 90 C). Při tomto zapojení je nutné osadit na výstup teplé vody ze zásobníku třícestný směšovací ventil, který zabrání opaření na odběrných místech. Obr. 13: Bivalentní zásobník pro ohřev teplé vody reflex_tks.indd :23:12

13 PAST PAST solární akumulátor Příkladem kombinovaných zásobníků je Past Delta viz obr. 14. V celém zásobníku je otopná voda, ve které se akumuluje teplo ze solárních kolektorů i všech dalších zdrojů tepla v systému. Teplo z nádrže je rozváděno do jednotlivých otopných okruhů. Zároveň je od otopné vody průtokově ohřívána studená voda z řadu, která se nejprve předehřeje ve spodním výměníku a potom dohřeje ve svrchním výměníku na potřebnou teplotu. Teplota výstupní teplé vody se pohybuje cca 5-10 K pod teplotou vody v horní části nádrže, proto je nutné i zde pamatovat na třícestný směšovací ventil na výstupu. Obr. 15: Napojení PASTi na topný okruh 13 Obr. 14: Solární akumulátor PAST Delta Obr. 16: Napojení PASTi a bazénu reflex_tks.indd :23:12

14 Regulace Regulace solárního systému Regulace do značné míry ovlivňuje účinnost solárního systému a určuje hydraulické zapojení systému. Principy zapojení jednotlivých spotřebičů tepla budou popsány u konkrétních hydraulických schémat. TR 0301 Pro nejjednodušší systémy s jedním spotřebičem tepla se používá regulace TR 0301 (obr. 17), která umožňuje připojit 3 čidla teplot a ovládat 1 silový výstup (např. oběhové čerpadlo, třícestný přepínací ventil apod.). 14 Provozní napětí: 230 V, 50 Hz Vlastní spotřeba: 1 W 3 vstupy pro teploty: PT výstup: relé, příkon max. 800 W Ukazatel: animovaný LCD-displej, 2barevný, podsvětlený Krytí: IP 20 / DIN Povolená teplota okolí: 0 až + 45 C Montáž: na zeď Hmotnost: 250 g Skříňka: recyklovatelná, třídílná skříňka Rozměry d x š x v: 136 x 133 x 37 mm Obr. 17: Regulace pro jeden spotřebič TR 0301 TR 0603 Pro složitější systémy s více spotřebiči tepla je nutné použít regulaci TR 0603 (obr. 18), do které je již možno připojit 6 vstupů a kterou je možné ovládat 3 silové výstupy. Do vstupů je možné zapojit jak čidla teplot, tak například impulzní měřič tepla. Ovládání a nastavení regulace je díky animovanému displeji a 15 přednastavených typů solárních systémů velice jednoduché a rychlé. Provozní napětí: 230 V, 50 Hz Vlastní spotřeba: 3 W Vstupy pro teploty: 6 Vstup impulzní, teplotní: 1 Typ čidel: PT 1000 Výstupy: 1x relé, příkon max. 800 W Výstupy: 2x Triac pro řízení rychlosti otáček čerpadla Ukazatel: animovaný LCD-displej, 2barevný, podsvětlený Krytí: IP 20 / DIN Povolená teplota okolí: 0 až + 45 C Montáž: na zeď Rozměry d x š x v: 170 x 170 x 46 mm Obr. 18: Regulace pro tři spotřebiče TR 0603 reflex_tks.indd :23:13

15 Regulace UVR 1611 Pro nejsložitější systémy, často se zahrnutím ovládání jednotlivých otopných okruhů a dalších zdrojů tepla, se používá regulace UVR 1611 (obr. 19). Tato regulace disponuje 16 variabilními vstupy a 11 výstupy. Vstupy i výstupy je možné v případě potřeby rozšířit modulem CAN-I/O se 4 vstupy a 4 výstupy. K regulaci je rozsáhlé příslušenství včetně venkovních čidel a prostorových dálkových ovládání s funkcí termostatu. Programování probíhá přes počítač přesně pro daný systém, takže je možné zvolit libovolnou logiku řízení okruhů.vzhledem k univerzálnosti lze přebytečné vstupy a výstupy použít i pro netopenářské aplikace (ovládání skleníků, apod.). Obr. 19: Universální regulace UVR 1611 Provozní napětí: Vstupy: Výstupy: Rozměry: 230 V, 50 Hz 16 vstupů pro senzory KTY10 nebo PT1000 impulsní vstup nebo na analogové vstupy 4 20 ma, resp V (ovládání kotlů apod.) 4x Triac s regulací otáček (1A), 7x relé (3A), výstup 0 10 V, beznapěťové relé 210x155x75 15 reflex_tks.indd :23:14

16 Návrh systému Návrh solárního systému Před návrhem solárního systému je nutné si nejdříve ujasnit, pro co všechno chceme solární systém využívat. Dle známých skutečností popsaných v úvodu, je hlavní oblast využití solárních systémů pro aplikace, jejichž požadavky na teplo jsou buď celoroční, nebo do značné míry soustředěné do letních měsíců. Je to hlavně ohřev teplé užitkové vody, ohřev bazénu a podpora vytápění. Všeobecné zásady, na které si musíme dát při návrhu solárního systému pozor, jsou: Volba vhodného typu kolektoru. Ne vždy ten nejlepší kolektor musí být pro daný účel ten nejvhodnější. Např. pro sezónní ohřev teplé užitkové vody na chatě plně postačí neselektivní deskový kolektor na místo 3 4x dražšího trubicového kolektoru. Naopak pro podporu vytápění, kdy potřebujeme, aby kolektor dodával teplo i při nízkých venkovních teplotách a menších intenzitách slunečního záření, musíme zvolit kvalitní selektivní deskové kolektory, nebo kolektory z vakuových trubic. 2. Správné určení potřeby tepla, zejména při použití akumulačních zásobníků. Příliš velký zásobník svými tepelnými ztrátami snižuje účinnost systému a svou větší cenou i oddaluje návratnost celé investice. 3. Volba optimálního počtu kolektorů. Pokud zvolíme více kolektorů, budeme mít přebytek tepla a kolektory budou zbytečně stagnovat, což snižuje efektivitu systému. Méně kolektorů zase nepokryje potřebu tepla ani v nejteplejších letních měsících. Správně nadimenzovaný systém by měl dodávat stejně, či o něco více tepla, než jaká je spotřeba. To znamená, že doplňkový zdroj tepla by měl být v letním období co nejméně v provozu a zároveň čerpadlo solárního systému by mělo při tepelném zisku kolektorů co nejméně stát. 4. Použití vhodných hydraulických komponent, zejména oběhových čerpadel. Na toto si musíme dát pozor zejména při ohřevu bazénu, kdy se často z důvodu počáteční úspory využívá čerpadlo filtrace. Pak může dojít k tomu, že regulace sepne ohřev bazénu i při malém tepelném zisku třeba 300 W, a aby se tento výkon přenesl, běží čerpadlo filtrace s elektrickým příkonem okolo W. Také zbytečně předimenzované oběhové čerpadlo solárního okruhu může výrazně snížit celkovou energetickou bilanci, neboť při celoročním provozu solárního systému je oběhové čerpadlo v chodu 2000 a více hodin za rok. 5. Vždy počítat s využitím dalšího zdroje tepla. Dodávka sluneční energie je velmi časově proměnná, proto i v letním období musíme mít v záloze další zdroj tepla (kotel, elektrickou topnou tyč, apod.). Při návrhu systému jen s dodávkou tepla ze solárních kolektorů vycházejí buď extrémně velké akumulační nádoby, aby se překonaly možné několikadenní výpadky v dodávkách energie, nebo musíme počítat s výrazně sníženým komfortem dodávky tepla, zejména potom teplé užitkové vody. Doplňkový zdroj tepla můžeme vypustit pouze při ohřevu venkovního bazénu, kdy výkyvy v dodávkách tepla překonává přímo velká akumulace tepla v bazénové vodě. 6. Spotřebiče tepla dimenzovat na co nejnižší vstupní teploty, neboť účinnost kolektorů se zvyšující se teplotou na absorbéru silně klesá. Proto je vhodné použít např. podlahové topení s nízkými vstupními teplotami, bazénové výměníky dimenzovat na vstupní teploty okolo 55 C, apod. reflex_tks.indd :23:14

17 Návrh systému Dimenzování solárního okruhu pro ohřev TUV Využití slunečního záření pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) je nejběžnější způsob využití sluneční energie a to i z hlediska velmi rychlé návratnosti celé investice. Postup návrhu je následující: 1) určení spotřeby TUV, např. z počtu osob, bytů, apod. 2) určení velikosti akumulačního zásobníku a určení počtu solárních kolektorů 3) rozvržení umístění kolektorů a jejich vzájemné propojení (viz další kapitoly) 4) rozvržení hydraulického zapojení s vazbou na použitou regulaci a určení komponent solárního systému hnací sady, expanzní nádoba, potrubí Určení potřeby TUV Určením spotřeby teplé užitkové vody se zabývá mnoho jiné literatury postup je popsaný i v technické normě, takže se jím zde nebudeme dopodrobna zabývat. Pro potřeby návrhu solárního systému pro menší objekty rodinné domy, menší bytové domy a pod, můžeme použít následují hodnoty: nižší spotřeba TUV, např. starší lidé, osazené jen sprchové kouty: litrů/osobu, den střední spotřeba TUV, např. rodiny s dětmi, osazené normální vany: 50 litrů/osobu, den vysoká spotřeba TUV, např. nadstandardní vybavení koupelen: 75 litrů/osobu, den 17 Při návrhu solárního systému pro stávající objekty je vždy nejlepší vycházet ze stávající spotřeby teplé užitkové vody, stejně tak i při návrhů systémů pro větší objekty. Určení velikosti zásobníku Pro menší objekty určíme denní spotřebu teplé užitkové vody dle výše uvedených hodnot. Platí zásada, že pro tyto objekty by měl objem solárního zásobníku odpovídat cca 1,5-násobku denní spotřeby teplé užitkové vody, tedy V zásobníku = 1,5. (počet osob). (spotřeba TUV na osobu) Pro větší objekty s velkou spotřebou teplé užitkové vody by takto navržené zásobníky vycházely značně velké, proto zde s ohledem na cenu a možnost umístění volíme zásobníky tak, aby jejich objem odpovídal minimálně denní spotřebě teplé užitkové vody. Určení počtu kolektorů Počet kolektorů se orientačně určí dle velikosti zásobníku podle následující tabulky 4: Velikost zásobníku l Počet kolektorů, cca 2 m 2 ks Tab. 4: Dimenzování počtu kolektorů dle velikosti zásobníku reflex_tks.indd :23:14

18 Návrh systému Pro přesnější určení počtu kolektorů je možné použít následující grafy. Grafy jsou zpracovány pro tři různé spotřeby teplé vody v rozmezí litrů na osobu a den. Je uvažována orientace kolektorů na jih, sklon kolektorů 45, umístění kolektorů v Praze. Pro jinou orientaci kolektorů je možné použít přirážku na kolektorovou plochu viz grafy v dalších kapitolách. 18 Obr. 20: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby Obr. 21: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby reflex_tks.indd :23:15

19 Návrh systému Obr. 22: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby 19 Dimenzování solárního okruhu pro ohřev bazénové vody Solární ohřev bazénové vody je druhým nejvíce využívaným solárním systémem s velmi dobrou návratností počáteční investice. Přesný návrh systému je poměrně složitý, proto se pro menší aplikace (soukromé bazény) používá spíše empirických vzorců. Pro návrhy rozsáhlých systémů se téměř vždy provádějí podrobné simulace specializovanými programy (např. Reflex Solar). Složitost návrhu je zejména v přesném určení potřeby tepla pro ohřev bazénu. Orientačně lze vycházet z následujících vztahů: venkovní bazén nezakrytý plocha kolektorů = cca 2/3 plochy bazénu venkovní bazén zakrytý plocha kolektorů = cca 1/3 plochy bazénu bazén vnitřní dle skutečných tepelných ztrát bazénu, velmi orientačně se dá použít vzorec pro venkovní zakrytý bazén. Ohřev bazénové vody probíhá vždy přes bazénový výměník, který musí být dostatečně nadimenzovaný. Musí přenést špičkový výkon kolektorového pole (pro účely výpočtu cca 900 W/m2) při relativně malých vstupních teplotách okolo 55 C na výstupu z kolektorů. Obvykle se používají trubkové nerezové výměníky. Dále musíme počítat s osazením vhodně dimenzovaného oběhového čerpadla na sekundární straně výměníku; z důvodu velkých příkonů není vhodné použít čerpadlo filtrace bazénové vody. reflex_tks.indd :23:16

20 Návrh systému Dimenzování solárního okruhu pro podporu vytápění V našem podnebí se solární systém dá použít jen na podporu, nikoliv na plnohodnotné, vytápění proto musí být v systému zapojen další zdroj tepla. Abychom mohli využívat solární systém pro vytápění s rozumnou účinností, je nutné nadimenzovat spotřebiče tepla na co nejnižší teploty na vstupu. Ideální je použití podlahového nebo stěnového topení, které je obvykle dimenzované na teploty na vstupu max C. Pro přesné návrhy solárních systémů pro podporu vytápění, zejména v kombinaci s dalšími zdroji tepla, je vhodné použít simulační programy (např. Reflex Solar). Pro orientační návrh počtu kolektorů je možné použít následující grafy, které zahrnují spotřebu tepla pro podporu vytápění v nízkoteplotním systému a pro ohřev teplé užitkové vody okolo 200 l/den (cca 4 osoby, střední spotřeba TUV). Při výpočtu bylo uvažováno s orientací kolektorů na jih, sklon 45 a s umístěním v okolí Prahy. Grafy jsou vytvořené pro čtyři hodnoty (v rozmezí 25 40%) odhadovaného pokrytí spotřeby energie pro vytápění a ohřev teplé vody dodávkou tepla ze solárního systému. Uvedené hodnoty pokrytí solárního systému jsou pouze orientační, do značné míry se mohou lišit v závislosti na místních podmínkách a v závislosti na konkrétním systému a jeho provozu (např. dle spotřebičů tepla, nastavení regulace, použitých akumulačních zásobníků, apod.). 20 Obr. 23: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV a podporu vytápění dle předpokládaného zisku reflex_tks.indd :23:16