EFEKTIVNÍ ENERGETICKÝ REGION DOLNÍ BAVORSKO

Transkript

1 ECČB, Základní vzdělávací kurz pro energetické poradce EFEKTIVNÍ ENERGETICKÝ REGION JIŽNÍ ČECHY DOLNÍ BAVORSKO Solární tepelné soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění Investice do Vaší budoucnosti Projekt je spolufinancován Evropskou Unií prostřednictvím Evropského fondu pro regionální rozvoj 1/113

2 Solární tepelné soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní ČVUT v Praze 2/113

3 Rozlišení termínů Sluneční energie x solární energie sluneční: přicházející od Slunce, související se Sluncem sluneční záření, sluneční aktivita, dopadající sluneční energie solární: využívající sluneční záření solární kolektor, solární soustava, využitá solární energie 3/113

4 Sluneční energie - původ původ sluneční energie v jaderných reakcích jaderná syntéza kg/s H 2 na kg/s He při teplotách 10 6 K a tlacích MPa rozdíl hmot kg/s se vyzáří ve formě energie (E = m.c 2 ) 3, W 1367 W/m 2 4/113

5 Sluneční záření - pojmy sluneční ozáření G [W/m 2 ] (nesp.intenzita sl. záření) - zářivý výkon dopadající na jednotku plochy (hustota zářivého toku) dávka ozáření H [kwh/m 2, J/m 2 ] hustota zářivé energie, hustota zářivého toku dopadající za určitý časový úsek, např. hodinu, den 5/113

6 Sluneční záření - pojmy přímé sluneční záření (index b, beam) - dopadá na plochu bez rozptylu v atmosféře difúzní sluneční záření (index d, diffuse) - dopadá na plochu po změně směru vlivem rozptylu v atmosfére odražené sluneční záření (index r, reflected) - dopadá na plochu po změně směru vlivem odrazu od terénu, budov, aj. 6/113

7 Sluneční záření - pojmy odraz od molekul vzduchu, prachových částic, krystalků ledu odražené záření přímé záření difúzní záření odraz od terénu zdroj: solarpraxis 7/113

8 Přímé : difúzní = 50 : 50 % 160 kwh/(m 2.měs) přímé 40 difúzní měsíc 8/113

9 Sluneční energie v číslech zataženo polojasno jasno převážně difúzní převážně přímé dopadající energie: jasný den zima 3 kwh/(m 2.den) jaro, podzim 5 kwh/(m 2.den) léto 8 kwh/(m 2.den) výkon slunečního záření [W/m 2 ] zdroj: solarpraxis 9/113

10 Sluneční energie v Evropě zdroj: PVGIS 10/113

11 Sluneční energie v České republice zdroj: PVGIS 11/113

12 Sluneční energie v Německu Německo a Česká republika podobné podmínky: 1000 až 1200 kwh/m 2 (s výjimkou jižního Německa) podobné solární soustavy podobné typy solárních kolektorů podobné roční tepelné zisky zdroj: PVGIS 12/113

13 Sluneční energie v Rakousku Sluneční potenciál Rakouska začíná tam kde potenciál ČR končí... zkušenosti z Rakouska přenášet opatrně! zdroj: PVGIS 13/113

14 Geometrie slunečního záření sklon plochy β azimut plochy γ zeměpisná šířka místa φ čas, datum sluneční časový úhel τ deklinace δ výška slunce nad obzorem h azimut slunce γ s úhel dopadu paprsků θ 14/113

15 Geometrie slunečního záření deklinace prosince 23. září března 21. června zdroj: solarpraxis 15/113

16 Geometrie slunečního záření 21. června výška Slunce azimut Slunce 23. září 21. března 22. prosince Z S J V zdroj: solarpraxis 16/113

17 Optimální sklon? jihovýchod - jihozápad východ jih západ 17/113

18 Solární kolektory typy účinnost použití 18/113

19 Solární kolektor Transparentní kryt - zasklení Absorbér Sběrná trubka pro odvod tepla Tepelná izolace Trubky s teplonosnou látkou Rám kolektoru 19/113

20 Solární kolektory - rozdělení 20/113

21 Nekryté solární kolektory teplotní hladiny do 40 C vhodné pro sezónní aplikace, ohřev bazénové vody výrazně závislé na okolních podmínkách (teplota, proudění vzduchu) 21/113

22 Ploché kryté solární kolektory 1 rám 2 těsnění 3 transparentní kryt 4 tepelná izolace 5 absorbér 6 trubkový registr 22/113

23 Ploché solární kolektory výhodné z hlediska integrace do obálky budovy střecha fasáda 23/113

24 Ploché vakuové solární kolektory podtlak pro omezení tepelných ztrát (absolutní tlak 1 až 10 kpa) zatížení plochého krycího skla (opěrky) sálání zadní strany absorbéru je nutné stínit 24/113

25 Vakuové trubkové solární kolektory jednostěnná vakuová trubka plochý absorbér dvojstěnná vakuová trubka (Sydney) válcový absorbér vakuum 1 mpa 25/113

26 Vakuové trubkové solární kolektory Jednostěnná vakuová trubka s plochým absorbérem přímo protékaný registr (PP) velmi kvalitní přestup tepla z absorbéru do kapaliny 26/113

27 Vakuové trubkové solární kolektory Jednostěnná vakuová trubka s plochým absorbérem tepelná trubice (TT) velmi kvalitní přestup tepla z absorbéru na výparník tepelné trubice 27/113

28 Vakuové trubkové solární kolektory zdroj: Viessmann 28/113

29 Vakuové trubkové solární kolektory Dvojstěnná vakuová Sydney trubka s válcovým absorbérem přímo protékaný registr (s kontaktní lamelou), PP nezbytná tepelně vodivá teplosměnná lamela mezi absorbérem a trubkovým registrem 29/113

30 Vakuové trubkové solární kolektory Dvojstěnná vakuová Sydney trubka s válcovým absorbérem tepelná trubice (s kontaktní lamelou), TT nezbytná tepelně vodivá teplosměnná lamela mezi absorbérem a trubkovým registrem 30/113

31 Vakuové trubkové Sydney kolektory kontaktní lamela napojení PP potrubí Sydney trubky reflektor zdroj: OPC 31/113

32 Vakuové trubkové Sydney kolektory 32/113

33 Trubkové kolektory - tepelná trubice (TT) odvod tepla do teplonosné kapaliny sluneční energie pohlcená absorbérem teplo přijaté výparníkem tepelné trubice 33/113

34 Trubkové kolektory - tepelná trubice (TT) suché napojení tepelné trubice zdroj: Viessmann kondenzátor uložen v pouzdru pouzdro omývané teplonosnou látkou 34/113

35 Trubkové kolektory - tepelná trubice (TT) mokré napojení tepelné trubice kondenzátor tepelné trubice přímo omývaný teplonosnou látkou 35/113

36 Trubkové solární kolektory s reflektorem zrcadlový odraz difúzní odraz trvanlivost optické kvality odrazného plechu zachycování a kumulace sněhu (ledu), poničení trubek zvýšení aktivní plochy kolektoru (apertury) 36/113

37 Solární kolektory - princip Odraz na zasklení Odraz na absorbéru Tepelná ztráta zasklením Odvod tepla teplonosnou látkou pro využití Dopadající sluneční záření Tepelné ztráty zadními a bočními stěnami 37/113

38 Výkon a účinnost solárního kolektoru výkon kolektoru: Q& k = GA τα UA k k ( t te ) abs účinnost vztažená ke střední teplotě absorbéru: Q& η = Q& k s = Q& k GA k GAkτα UA = GA k k ( t t ) abs e η =τα U ( t te ) abs G 38/113

39 Účinnost solárního kolektoru η =τα U ( t t ) abs G e τ... propustnost slunečního záření zasklení [-] α... pohltivost slunečního záření absorbéru [-] U... součinitel prostupu tepla kolektoru [W/m 2.K] t abs... střední teplota absorbéru [ C] t e... teplota okolí [ C] 39/113

40 Účinnost solárního kolektoru ~ (1-τα) ~ U(t abs -t e ) 40/113

41 Účinnost solárního kolektoru η = =τα F' ταu U ( t ( t t t) ) abs m G e G e F... účinnostní součinitel kolektoru > 0.90 závisí na geometrii a tepelných vlastnostech absorbéru t m... střední teplota teplonosné kapaliny v kolektoru t m = (t k1 +t k2 )/2 41/113

42 Účinnostní součinitel kolektoru F závisí na geometrických vlastnostech absorbéru geometrických vlastnostech absorbéru: rozteč trubek, průměr trubek, tloušťka spoje trubka-absorbér, tloušťka absorbéru fyzikálních vlastnostech absorbéru: tepelná vodivost absorbéru, tepelná vodivost spoje trubkaabsorbér proudění uvnitř trubek: přestup tepla ze stěny trubky do kapaliny celkový součinitel prostupu tepla kolektoru U 42/113

43 Vliv materiálu a geometrie absorbéru 1,0 1,0 měď (Cu) 390 W/(m.K) W = 50 mm 0,8 hliník (Al) 250 W/(m.K) 0,8 W = 125 mm ocel (Fe) 100 W/(m.K) W = 200 mm 0,6 0,6 η [-] η [-] 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 (t m - t e )/G [m 2.K/W] 0,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 (t m - t e )/G [m 2.K/W] 43/113

44 Plastové absorbéry tepelná vodivost plastů: 0,2 W/(m.K) pro zajištění dostatečného přenosu tepla: malé rozteče trubek silné stěny měď: 390 W/(m.K) 44/113

45 Vliv spoje na účinnost přiložený naklapnutý 45/113

46 Trubkové Sydney kolektory - lamela dáno Sydney trubkou η = F' τ α U ( t t ) m G e kontaktní lamela: krátká, vodivá, silná, s velmi těsným kontaktem 46/113

47 Vliv kontaktní lamely na účinnost (PP) Vakuové Sydney kolektory s přímo protékaným (PP) U-registrem G > 700 W/m 2 kontaktní lamela je zásadním prvkem Sydney kolektoru 47/113

48 Zkoušení solárních kolektorů (podle EN) ČSN EN ,2 (v českém překladu) Zkoušky výkonové tepelný výkon a účinnost kolektoru modifikátor úhlu dopadu (vliv úhlu dopadu na výkon kolektoru) účinná tepelná kapacita kolektoru (setrvačnost kolektoru), časová konstanta 48/113

49 Zkoušení solárních kolektorů (podle EN) ČSN EN ,2 Zkoušky spolehlivosti vnitřní přetlak odolnost proti vysokým teplotám vystavení vnějším vlivům vnější tepelný ráz vnitřní tepelný ráz průnik deště (zasklené) mechanické zatížení odolnost proti nárazu vyhotovení protokolu o zkoušce (!) 49/113

50 Solar Keymark Certifikační značka kvality obecně pro výrobky pro solární tepelné soustavy dobrovolná certifikace třetí stranou, komplexní shoda s danou EN nejde o CE značku! (povinná, dokument pro evropský trh, shoda s evropskými směrnicemi a normami), u běžných kolektorů nelze získat zdokumentovaná inspekce výroby (ISO 9000) inspektor vybírá jakýkoli kolektor ze skladu kontinuální shoda (stálý dohled - revize výrobku v časových intervalech) celkem 28 laboratoří zmocněných pro udělování značky informace: kolektor prošel VŠEMI zkouškami podle EN /113

51 Výkon solárního kolektoru Q & k = M & c ( t t ) k1 k2 [W] 2500 plochý G t k trubkový s plochým absorbérem trubkový s válcovým absorbérem M. Q k [W] t k1 Q & k = M & c ( t t ) k1 k2 500 G = 1000 W/m 2 účinnost η Q& k = G A k t m - t e [K] 51/113

52 Účinnost solárního kolektoru (měření) regresní parabola proložená naměřenými hodnotami y = a + bx + cx 2 η = η t t t t G m e m e 0 a1 a2 G G 2 η 0 a 1 optická účinnost [-], správně: účinnost při nulové tepelné ztrátě obecně η 0 = F τα součinitel tepelné ztráty (lineární) [W/(m 2.K)] } a a 2 součinitel tepelné ztráty (kvadratický) [W/(m 2.K 2 1 +a 2 (t m - t e ) = F U )] hodnoty η 0, a 1, a 2 udává výrobce, dodavatel kolektoru, případně zkušebna na základě zkoušky v souladu s EN /113

53 Plocha solárního kolektoru hrubá plocha: A G plocha apertury: A a plocha absorbéru: A A 53/113

54 Plocha solárního kolektoru A A A A A A A a A a A a 54/113

55 Plocha solárního kolektoru A a = 0,9 A G A a = 0,75 A G A a = 0,6 A G A a = 0,8 A G 55/113

56 Křivka účinnosti = f (t m t e ) nejčastěji pro 800 W/m 2 56/113

57 Solární kolektory - aplikace 57/113

58 Výkon solárního kolektoru výkon solárního kolektoru (kolmý dopad, jasná obloha) Q& k = A [ η G k a ( t t ) a ( t t 0 1 m e 2 m e ) 2 ] instalovaný (nominální, jmenovitý) výkon solárního kolektoru pro definované podmínky (podle ESTIF): G = 1000 W/m 2 t e = 20 C t m = 50 C špičkový výkon kolektoru (bez tepelných ztrát) Q& = A η G k k 0 G = 1000 W/m 2 58/113

59 Modifikátor úhlu dopadu (K θ, IAM) křivka účinnosti platí pro kolmý úhel dopadu θ = 0 x během roku θ 0 η( θ ) = η ( θ ) a 0 1 t m t G e a 2 ( t m t G e ) 2 incidence angle modifier (IAM) vliv úhlu dopadu slunečního záření na účinnost kolektoru, optická charakteristika kolektoru, činitel úhlové korekce η ( θ ) 0 K θ = = η0 (0 ) F' ( τα ) F' ( τα ) θ n osově symetrické kolektory: K θ (θ) osově nesymetrické kolektory: K θ (θ) = K L (θ L ) K T (θ T ) 59/113

60 Opticky osově nesymetrický kolektor K θ = K θ,l (θ L ). K θ,t (θ T ) 60/113

61 Modifikátor úhlu dopadu (K θ, IAM) plochý kolektor trubkový kolektor s plochým absorbérem 1,6 1,6 1,4 1,4 1,2 1,2 1,0 K θ,l = K θ,t 1,0 K θ,t K θ [-] 0,8 K θ [-] 0,8 K θ,l 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0, θ [ ] 0, θ [ ] 61/113

62 Modifikátor úhlu dopadu (K θ, IAM) trubkový kolektor s válcovým absorbérem bez reflektoru trubkový kolektor s válcovým absorbérem s reflektorem 1,6 1,6 1,4 K θ,t 1,4 1,2 1,2 K θ,t 1,0 1,0 K θ [-] 0,8 K θ,l K θ [-] 0,8 K θ,l 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0, θ [ ] 0, θ [ ] 62/113

63 Výkon kolektoru v reálných podmínkách ze zkoušky tepelného výkonu podle EN : křivka účinnosti η = η 0 a 1 t m t G e a 2 ( tm t G e ) 2 ze zkoušky modifikátoru podle EN : křivka modifikátoru K θ,b η0( θ ) = η (0 ) 0 π / 2 K = K ( θ ) sin θ, d 2 0 θdθ výkon kolektoru pro obecné podmínky (přímé, difúzní záření) Q& k = A [ η a 0 2 ( K G + K G ) a ( t t ) a ( t t ) ] θ,b b,t θ,d d,t 1 m e 2 m e 63/113

64 Výkon kolektoru v reálných podmínkách 1000 jasný den sluneční ozáření 800 plochý atmosférický reálný trubkový vakuový W/m oblačný den :00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 64/113

65 Výkonnost solárního kolektoru k ploše apertury A a t m = 40 C 500 kwh/m 2.rok PK1 PK2 PK3 PK4 TP1 TV1 TV2 TV3 TV4 TR1 TR2 TR3 65/113

66 Výkonnost solárního kolektoru t m = 40 C k hrubé ploše A G 500 kwh/m 2.rok PK1 PK2 PK3 PK4 TP1 TV1 TV2 TV3 TV4 TR1 TR2 TR3 66/113

67 Výkonnost solárního kolektoru k ploše apertury A a t m = 80 C k hrubé ploše A G 500 kwh/m 2.rok PK1 PK2 PK3 PK4 TP1 TV1 TV2 TV3 TV4 TR1 TR2 TR3 67/113

68 Závěry Pro zhodnocení výkonnosti solárního kolektoru: nestačí pouze informace o typu kolektoru (plochý atmosférický, vakuový s plochým absorbérem, vakuový Sydney s reflektorem, vakuový Sydney bez reflektoru) nestačí pouze křivka účinnosti, je nutné znát i optickou charakteristiku (zvláště u trubkových kolektorů) je nutné znát provozní a klimatické podmínky v jakých bude solární kolektor nasazen je nutné znát konkrétní účel hodnocení vztažení výkonnosti na plochu apertury nebo na hrubou plochu? 68/113

69 Porovnání ceny solárních kolektorů Kč/m 2 bez DPH Kč/m Kč/m ploché atmosférické kolektory trubkové vakuové s plochým absorbérem trubkové vakuové Sydney bez reflektoru trubkové vakuové Sydney s reflektorem Kč/m Kč/m /113

70 Solární kolektory - aplikace nízkoteplotní (< 40 C) ohřev bazénové vody (nezasklené rohože, neselektivní kolektory) sušení plodin (vzduchové) středněteplotní (< 90 C) příprava teplé vody + přitápění (ploché kolektory s jedním zasklením a selektivním absorbérem, vakuové trubkové kolektory) vysokoteplotní (> 90 C) technologické teplo (vakuové kolektory, vícenásobná zasklení, koncentrační kolektory) 70/113

71 Solární soustavy typy navrhování a bilancování hydraulická zapojení 71/113

72 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) 72/113

73 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,... 73/113

74 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 74/113

75 Bilance solární soustavy 75/113

76 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 76/113

77 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 > /113

78 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) 78/113

79 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 79/113

80 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 80/113

81 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 % 81/113

82 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 /113

83 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 83/113

84 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 ε : 0.75 (standard), 0.60 (nízkoenergetické), 0.50 (pasivní) Q VYT = 24 ε Q& z ( t t ) ip ( t t ) iv ep ev 84/113

85 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 85/113

86 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 86/113

87 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 ozáření G 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 87/113

88 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] /113

89 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 89/113

90 Návrh plochy solárních kolektorů Návrh plochy solárních kolektorů A 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 Q k, u = 0,9 ηk HT,den Ak 1, 90/113

91 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 91/113

92 Návrh plochy kolektorů: příprava TV 92/113

93 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 %?) 93/113

94 Návrh plochy kolektorů: TV + VYT 94/113

95 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) 95/113

96 Bilancování tepelných zisků Bilancování solární soustavy (TNI ) pro danou plochu solárních kolektorů A 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 (!) 96/113

97 Výpočtový program Bilance SS 5.0 (Excel) 97/113

98 Výpočtový program Bilance SS 5.0 (Excel) podle TNI zpracoval ing. Bořivoj Šourek ke stažení na: 98/113

99 99/113 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

100 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 400 kwh/m 2 f = 60 % 100/113

101 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 600 kwh/m 2 f = 40 % 101/113

102 Bilance solární přípravy teplé vody q ss,u = 300 kwh/m 2 f = 65 % s rostoucím solárním pokrytím klesají měrné zisky soustavy 102/113

103 Bilance solární přípravy teplé vody Q TV, Q k [kwh] 65 % 60 % 40 % měsíc 103/113

104 Solární soustavy pro přípravu TV rodinné domy (3 až 8 m 2 ; 200 až 400 l), solární podíl 50 až 70 % solární zisky 300 až 400 kwh/m 2.r 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.r předehřev teplé vody solární podíl 20 až 40 % solární zisky 500 až 600 kwh/m 2.r 104/113

105 Kombinované solární soustavy (TV+VYT) rodinné domy (6 až 12 m 2 ; 500 až l) solární podíl: standardní domy 10 až 20 % nízkoenergetické, pasivní domy 20 až 40 % solární zisky 250 až 350 kwh/m 2.r 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.r 105/113

106 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.r 106/113

107 Ekonomika RODINNÝ DŮM SOLÁRNÍ PŘÍPRAVA TV: elektrická energie: 2940 Kč/MWh (D45, přímotop20), včetně DPH 4 m 2 kolektorů, investice 85 tis. Kč, včetně DPH měrné využité zisky 400 kwh/m 2.rok úspora 1400 kwh/rok = 3340 Kč/rok (1. rok) úroková sazba = diskont 4 % 0 % růst cen 8 % návratnost 13 let 11 let ZÚ: návratnost 6 let 6 let 107/113

108 Ekonomika RODINNÝ DŮM SOLÁRNÍ PŘÍPRAVA TV: plyn: 1240 Kč/MWh (spalné teplo), včetně DPH 4 m 2 kolektorů, investice 100 tis. Kč, včetně DPH měrné využité zisky 350 kwh/m 2.rok úspora 1400 kwh/rok / 75 % účinnost = 2315 Kč/rok (1. rok) úroková sazba = diskont 4 % 0 % růst cen 8 % návratnost 25 let 18 let ZÚ: návratnost 15 let 12 let 108/113

109 Ekonomika RODINNÝ DŮM KOMBINACE VYT+TV: plyn: 1240 Kč/MWh (spalné teplo) 8 m 2 kolektorů, investice 200 tis. Kč, včetně DPH měrné využité zisky 275 kwh/m 2.rok úspora 2200 kwh/rok / 90 % účinnost = 2933 Kč/rok (1. rok) úroková sazba = diskont 4 % 0 % růst cen 8 % návratnost 32 let 22 let ZÚ: návratnost 23 let 17 let 109/113

110 Ekonomika BYTOVÝ DŮM: plynová kotelna (CZT): 550 Kč/GJ 80 m 2 kolektorů, investice 1,3 mil. Kč (15 tis. Kč/m 2 ) měrné využitelné zisky 450 kwh/m 2.rok úspora 36 MWh/rok = 71 tis. Kč/rok (1. rok) diskont 1 % 5 % růst cen 10 % 10 % návratnost <10 let 12 let Zelená úsporám: návratnost 4-5 let (dotace Kč/byt) 110/113

111 Internetové zdroje /113

112 Evropské dny Slunce veřejné akce, happeningy semináře, přednášky, diskusní fóra exkurze, dny otevřených dveří 2011: 40 akcí po celé ČR 112/113

113 Kontakt Československá společnost pro sluneční energii (ČSSE) Novotného lávka 5, Praha 1 Česká republika info@solarnispolecnost.cz Tomáš Matuška Ústav techniky prostřed edí,, Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, Praha 6 tomas.matuska 113/113