1/58 Solární soustavy

Transkript

1 1/58 Solární soustavy typy navrhování a bilancování hydraulická zapojení

2 2/58 Fototermální přeměna aktivní soustavy strojní hnací a rozvodné prvky (čerpadlo, ventilátor, potrubí,...)... solární soustavy pro přípravu teplé vody, přitápění, ohřev bazénu, technologie... pasivní soustavy stavební prvky (otvory, hmoty, dispozice,...)... pasivní solární architektura...

3 3/58 Aktivní solární soustavy soustavy pro ohřev bazénové vody (do 35 C) soustavy pro přípravu teplé vody (do 70 C) kombinované soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění (do 80 C) soustavy pro CZT s různým stupněm akumulace (sezónní) solární chlazení a klimatizace (do 150 C) průmyslové solární soustavy (technologické teplo do 250 C) solární tepelné elektrárny (vysokoteplotní, 300 až 600 C) solární teplovzdušné soustavy (sušení, větrání)

4 4/58 Solární soustavy podle plochy malé soustavy (< 20 m 2 ) rodinné domy, malé firmy,... střední soustavy (< 200 m 2 ) zdravotnická a sociální zařízení, pečovatelské ústavy, sportovní zařízení a plovárny, hotely, školy s celoročním provozem,... velké soustavy (> 200 m 2 ) soustavy centrálního zásobování teplem, výtopny pro sídliště (výhodná kombinace s biomasou), potravinářský a chemický průmysl, sportovní stadiony,...

5 5/58 Solární soustavy podle průtoku s vysokým průtokem (high-flow): 50 až 90 l/h.m 2 tradiční osvědčený provoz, pomalý náběh zásobníku, zvýšení teploty teplonosné látky v kolektoru o 8 až 15 K s nízkým průtokem (low-flow): 10 až 20 l/h.m 2 výrazně snížený průtok, zvýšení teploty až o 50 K, výhodné pouze ve spojení se stratifikačními zásobníky malé dimenze, malé ztráty, sériové zapojení kolektorů teplo o využitelné teplotě, snížení četnosti dohřevu, vyšší energetické výnosy (o 5 až 20%) s proměnným průtokem (matched-flow) 10 až 40 l/h.m 2 optimalizace provozu soustavy, např. regulace na konstantní výstupní teplotu

6 6/58 Navrhování a bilancování solárních soustav potřeba tepla zisky solární soustavy zjednodušená bilanční metoda

7 7/58 Navrhování solárních soustav snížení potřeby tepla - úsporná opatření provádět jako první! příprava teplé vody úsporné armatury, zaregulování a zaizolování rozvodů, řízení cirkulace TV podle času a teploty vytápění nízkoenergetické a energeticky pasivní domy (zateplení, okna, mechanické větrání se zpětným získáváním tepla)

8 8/58 Navrhování solárních soustav analyzovat skutečnou potřebu tepla (!) příprava teplé vody dlouhodobé měření, sada krátkodobých měření, skutečná spotřeba tepla na přípravu (včetně ztrát) směrné hodnoty: běžná spotřeba TV do 40 l/os.den (60 C) vytápění ČSN EN ISO pokročilý, detailní výpočet denostupňová metoda jednoduchá, pro účely hodnocení postačující

9 9/58 Potřeba teplé vody novostavby: nejsou k dispozici reálná data směrné hodnoty z literatury bytové objekty (60 / 15 C) nízký standard střední standard vysoký standard 10 až 20 l/os.den 20 až 40 l/os.den 40 až 80 l/os.den ENERGO 2004: 49 l/os.den, vč. ztrát další údaje lze nalézt v ČSN EN , VDI , Sešit projektanta Solární tepelné soustavy

10 10/58 Stanovení spotřeby tepla na TV stávající budovy - dlouhodobé a věrohodné měření: dodané teplo na patě objektu, nebo zásobníku, včetně cirkulace celoroční údaje o spotřebovaném množství TV se zohledněním teploty SV a TV, ztráty odhadem alespoň týdenní měření průběhu spotřeby teplé vody měření energie zdroje pro přípravu TV, např. spotřeba plynu, odhad provozní účinnosti zdroje tepla (!) nové, příp. stávající budovy směrná čísla: střední standard 20 až 40 l/os.den (při teplotní úrovni 60 C) nepoužívat ČSN : 82 l/os.den

11 11/58 Profil potřeby tepla na přípravu TV letní pokles (bytové domy) oproti zimnímu období: školní prázdniny, dovolená vyšší teplota studené vody chování uživatelů (letní sprcha, zimní vana) 25 %

12 12/58 Měření v BD Stodůlky odběr teplé vody teplota studené vody % V [l/týden] ,3 C t SV [ C] 5000 t = 13 K 6,4 C

13 13/58 Tepelné ztráty přípravy TV Q = Q = Q + Q = 1+ paušální přirážka ( ) p, c p, TV TV z, TV TV z Q Typ přípravy TV Lokální průtokový ohřev Centrální zásobníkový ohřev bez cirkulace Centrální zásobníkový ohřev s řízenou cirkulací Centrální zásobníkový ohřev s neřízenou cirkulací CZT, příprava TV s meziobjektovými přípojkami, TV, CV z > 2.00 zdroj: TNI Energetické hodnocení solárních tepelných soustav Zjednodušený výpočtový postup

14 14/58 Potřeba tepla na vytápění ČSN EN ISO Energetická náročnost budov Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení měsíční bilance, okrajové podmínky TNI , TNI stupeň využití solárních a vnitřních tepelných zisků na základě akumulační schopnosti objektu (výpočet tepelné kapacity, časové konstanty) denostupňová metoda zjednodušené stanovení (TNI ) měsíční bilance, na základě venkovní teploty z výpočtové tepelné ztráty korekční součinitel: 0.75 (standard), 0.60 (nízkoenergetické), 0.50 (pasivní) Q VYT = 24 ε Q& z ( t t ) ip ( t t ) iv ep ev

15 15/58 Tepelné ztráty otopné soustavy tepelné ztráty otopné soustavy Q z,vyt vlastní ohřev otopné vody (kombinovaný zásobník, část pro OS) rozvod otopné vody (tepelné ztráty do nevytápěných místností) setrvačnost otopné soustavy (přetápění, zvýšení dodávky energie) podrobný výpočet (precizní, náročný na vstupní údaje) ČSN EN : sdílení tepla ( účinnost otopných ploch) ČSN EN : rozvody tepla (otopné vody) paušální přirážka - zjednodušené stanovení (TNI ) Q p, VYT = Q + Q = 1 VYT z, VYT ( + v ) QVYT

16 16/58 Teoreticky využitelný zisk kolektorů teoreticky využitelný tepelný zisk Q k,u [kwh/m 2 ] solárních kolektorů v daném období (den, měsíc) Q ( p) k, u = 0,9 ηk HT,den Ak 1 kwh/den skutečná denní dávka slunečního ozáření plochy kolektoru H T,den tabulky v TNI jednotné klimatické údaje účinnost solárního kolektoru v dané aplikaci η k tepelné ztráty solární soustavy paušální procentní srážka p tabulky v TNI podle typu a velikosti solární soustavy

17 17/58 Účinnost solárního kolektoru účinnost solárního kolektoru η k (střední denní, resp. měsíční účinnost) η k =η a 0 1 t k,m G t T,m e,s a ( t t ) pro průměrnou teplotu kapaliny t k,m v kolektoru během dne tabulky v TNI podle typu a velikosti solární soustavy pro průměrnou venkovní teplotu v době slunečního svitu t e,s tabulky v TNI jednotné klimatické údaje pro střední sluneční ozářeníg T,m během dne na uvažovanou plochu (sklon, orientace)... předpoklad: jasný den k,m T,m tabulky v TNI jednotné klimatické údaje 2 G e,s 2

18 18/58 Účinnost solárního kolektoru průměrná denní teplota kapaliny v kolektoru t k,m Typ aplikace Předehřev teplé vody, pokrytí < 35 % Příprava teplé vody, 35 % < pokrytí < 70 % Příprava teplé vody, pokrytí > 70 % Příprava teplé vody a vytápění, pokrytí < 25 % Příprava teplé vody a vytápění, pokrytí > 25 % t k,m [ C]

19 19/58 Tepelné ztráty solární soustavy paušální srážka Q =,9 H A ( 1 p) k, u 0 ηk T,den k Typ solární soustavy Příprava teplé vody, do 10 m 2 0,20 Příprava teplé vody, od 10 do 50 m 2 Příprava teplé vody, od 50 do 200 m 2 0,10 Příprava teplé vody, nad 200 m 2 0,05 Příprava teplé vody a vytápění, do 10 m 2 0,03 Příprava teplé vody a vytápění, od 10 do 50 m 2 0,30 Příprava teplé vody a vytápění, od 50 do 200 m 2 0,20 0,10 Příprava teplé vody a vytápění, nad 200 m 2 0,06 p

20 20/58 Návrh plochy solárních kolektorů Návrh plochy solárních kolektorůa k pro daný návrhový den v typickém návrhovém měsíci klimatické a provozní okrajové podmínky pro zajištění plného nebo částečného (podíl f) pokrytí potřeby tepla podle typu aplikace, podle místní dispozice ( p) = f Q p, c Qk, u = 0,9 ηk HT,den Ak 1

21 21/58 Návrh plochy kolektorů: příprava TV rodinné domy návrhové měsíce duben a září (100% návrhové pokrytí) střední teplota teplonosné kapaliny t k,m = 40 C odpovídá pokrytí cca 60 % roční potřeby tepla na přípravu TV bytové domy návrhový měsíc červenec (100% návrhové pokrytí) střední teplota teplonosné kapaliny t k,m = 40 C odpovídá pokrytí % roční potřeby tepla na přípravu TV

22 Návrh plochy kolektorů: příprava TV 22/58

23 23/58 Návrh plochy kolektorů: TV + VYT příprava TV a vytápění návrhové měsíce květen a září střední teplota teplonosné kapaliny t k,m = 50 C uvážit smysluplné využití letních přebytků uvážit stupeň pokrytí v přechodových měsících (100 %?)

24 Návrh plochy kolektorů: TV + VYT 24/58

25 25/58 Vliv plochy na dimenzování prvků průtok solární soustavou návrh světlosti potrubí návrh tloušťky izolace tlakové ztráty solární soustavy, členění a hydraulika okruhů oběhové čerpadlo objem solární soustavy velikost expanzní nádoby, případně nárazníkové nádoby nosné konstrukce výměník tepla (výkon)

26 26/58 Navrhování prvků solárních soustav Návrh prvků plocha a počet solárních kolektorů, umístění na budově v polích nosné konstrukce pro kolektory objem a konstrukce solárních zásobníků architektonická a systémová integrace hydraulická zapojení solárních soustav světlost potrubí a tloušťka izolací výměníky tepla (optimalizace cena x zisk) oběhová čerpadla (výpočet tlakových ztrát) pojistná a zabezpečovací zařízení (pojistné ventily a expanzní nádoby) Matuška, T.: Sešit projektanta č.1 Solární tepelné soustavy, STP 2009

27 27/58 Bilancování tepelných zisků Bilancování solární soustavy (TNI ) pro danou plochu solárních kolektorůa k pro všechny měsíce roku (referenční dny, okrajové podmínky roku) Q ss,u = min (Q k,u ; Q p,c ) z porovnání v jednotlivých měsících vyplývá využitelnost zisků z kolektorů pro krytí potřeby tepla přebytky nelze započítat (!)

28 Bilance solární soustavy 28/58

29 29/58 Parametry solární soustavy Roční solární zisk [kwh/rok] dodaný do solárního zásobníku Q k dodaný do odběru (spotřebiče) využitý zisk soustavy Q ss,u Roční úspora energie Q u [kwh/rok] závisí na skutečné provozní účinnosti nahrazovaného zdroje tepla η nz jak ji určit? je známa? spotřeba provozní el. energie pro pohon solární soustavy podklad pro výpočet úspory primární energie, úspory emisí

30 30/58 Parametry solární soustavy Měrný roční solární zisk q ss,u [kwh/(m 2.rok)] vztažený k ploše apertury kolektoru A a měrná roční úspora nahrazované energie ekonomické kritérium: úspora / m 2 x investice / m 2 Solární pokrytí, solární podíl f [%] f = 100 * využitý zisk / potřeba tepla (procentní krytí potřeby tepla) Spotřeba pomocné elektrické energie Q pom,el [kwh/rok] odhad: provoz 2000 h x příkon el. zařízení (čerpadla, pohony, reg.) běžně do 1 % ze zisků ~ COP solární soustavy > 100

31 31/58 Solární soustavy základní parametry měrné využité solární zisky q ss,u [kwh/m 2.rok] solární podíl [-] d u s u ss c p d c p u ss Q Q Q Q Q Q Q f + = = =,,,,, 1

32 32/58 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 400 kwh/m 2 f = 60 %

33 33/58 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 600 kwh/m 2 f = 40 %

34 34/58 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 300 kwh/m 2 f = 65 % s rostoucím solárním pokrytím klesají měrné zisky soustavy

35 35/58 Bilance solární přípravy teplé vody Q TV, Q k [kwh] 65 % 60 % 40 % měsíc

36 36/58 Přehled solárních soustav příprava teplé vody kombinované soustavy ohřev bazénové vody hydraulická zapojení typické zisky

37 37/58 Solární soustavy pro přípravu TV rodinné domy (3 až 6 m 2 ; 250 až 400 l), solární podíl 50 až 70 % solární zisky 300 až 400 kwh/m 2.rok bytové domy, ústavy, hotely,... (od 25 až 200 m 2 ; 1 až 8 m 3 ), solární podíl 40 až 50 % solární zisky 400 až 500 kwh/m 2.rok předehřev teplé vody solární podíl 20 až 40 % solární zisky 500 až 600 kwh/m 2.rok

38 38/58 rodinné domy Solární soustavy pro přípravu TV

39 39/58 rodinné domy Solární soustavy pro přípravu TV

40 40/58 Solární soustavy pro přípravu TV bytové domy

41 41/58 Solární soustavy pro přípravu TV bytové domy (rekonstrukce, do stávajících budov, netlakový zásobník, výroba na místě)

42 42/58 Solární soustavy pro přípravu TV bytové domy (tlakové zásobníky, objem rozdělen, vyšší tepelné ztráty)

43 43/58 Solární příprava se zásobníky TV objem rozdělený do více zásobníků přívod z výměníku rozdělen podle teploty, cirkulace do nejteplejšího zásobníku ochrana proti legionelle termickou desinfekcí (čerpadlo ČL)

44 44/58 Solární příprava se zásobníky tepla objem rozdělený do více zásobníků přívod z výměníku rozdělen podle teploty, cirkulace do pohotovostního zás. ochrana proti legionelle není nutná: průtokový ohřev

45 45/58 Solární příprava se zásobníky tepla velkoobjemový beztlaký zásobník stratifikace na přívodu ze sol. výměníku, stratifikace zpátečky z TV výměníku ochrana proti legionelle není nutná: malé objemy pohotovostních zásobníků

46 46/58 Solární soustavy pro přípravu TV DD Hvízdal České Budějovice, 127 m 2 DPS Ostrava, 165 m 2 DPS Jihlava, 120 m 2

47 47/58 Solární soustavy pro přípravu TV Výukové a rekreační středisko Herbertov, 100 m 2 Rehabilitační zařízení Slapy (SS+TČ pro TV+BV), 48 m 2 Výzkumná stanice Antarktida, 12 m 2 (TV) + 36 m 2 (vzduch) Hotel Liberec, 96 m 2

48 Kombinované solární soustavy (TV+VYT) 48/58 rodinné domy (6 až 12 m 2 ; 1000 až l) solární podíl: standardní domy 10 až 20 % nízkoenergetické, pasivní domy 20 až 40 % solární zisky 250 až 350 kwh/m 2.rok bytové domy (40 až 200 m 2 ; 4 až 16 m 3 ) solární podíl 10 až 20 % solární zisky 350 až 450 kwh/m 2.rok

49 rodinné domy Kombinované solární soustavy (TV+VYT) 49/58

50 rodinné domy Kombinované solární soustavy (TV+VYT) 50/58

51 51/58 Solární vytápění centrální příprava TV čtyřtrubkový rozvod (přívodní + zpětné, teplá + cirkulace) menší bytové domy, kratší rozvody

52 52/58 Solární vytápění místní příprava TV dvojtrubkový rozvod (přívodní + zpětné) tlakově závislé bytové předávací stanice, regulace OS a příprava TV v bytech

53 53/58 Solární vytápění místní příprava TV dvojtrubkový rozvod (přívodní + zpětné) tlakově závislé bytové předávací stanice, regulace OS a příprava TV v bytech

54 54/58 Příprava teplé vody a vytápění RD Čerčany, 9.3 m 2, TV + vytápění přímá + nepřímá integrace do fasády RD Úvaly, 6 m 2, TV + vytápění šikmá střecha RD Mnichovice, 7,4 m 2, TV + vytápění plochá střecha

55 55/58 Příprava teplé vody a vytápění Pension u Bártů, Soběslav, 14 m 2 teplá voda, vytápění MŠ Proskovice, Ostrava, 120 m 2 SS+DK, teplá voda, vytápění SOU Zelený Pruh, Praha, 209 m 2 teplá voda, vytápění, bazén

56 56/58 Ohřev bazénové vody celoroční využití kryté bazény sezónní využití otevřené, venkovní bazény pokrytí tepelných ztrát z hladiny bazénu, ohřev přiváděné čerstvé vody bazén jako akumulátor tepla kombinace přípravy teplé vody a ohřevu bazénové vody solární zisky nad 500 kwh/m 2.rok

57 Ohřev bazénové vody 57/58

58 58/58 Ohřev bazénové vody Aquapark Ostrava Zábřeh, 157 m 2 Hotel Jezerka, Ústupky, 240 m 2 příprava TV, venkovní a vnitřní bazén Plavecký bazén, Jindřichův Hradec, 256 m 2 Koupaliště Rusava, 550 m 2