Rozšiřující učivo 3.6. Navrhování a dimenzování fototermického solárního systému
Pro navržení soustavy, která je úměrná potřebě energie i budově, je nutné pečlivé projektování. Jen tak se dají vyloučit nákladné chyby a pozdější zklamání. Postup při navrhování: 1. Přání zákazníků, uživatelů nebo investorů je třeba vyšetřit pokud možno velmi podrobně. Toto rozhodujícím způsobem ovlivní velikost soustavy a potřebu energie pro dohřívání. 2. Potřeba tepla, jenž je daná spotřebou teplé vody a spotřebou energie pro vytápění je klíčovou veličinou pro dimenzování. Pokud nejsou k dispozici žádné výsledky měření, musí být potřeba co nejlépe odhadnuta. U soustav pro ohřev pitné vody má být na odběrných místech podle použití dosažitelná teplota 40-60°C. Pro péči o tělo je obvykle dostačující 25-45°C, pro umývání nádobí apod. jsou používány vyšší teploty. Pro dimenzování velikosti zásobníku a dohřívání je dále důležitý časový profil spotřeby. Pro soustavy ve větších budovách a speciálních případech použití např. v hotelech, školách atd. je třeba stanovit denní a týdenní průběh spotřeby a její špičky. 3. Instalujeme-li kolektory na střechu, je třeba v místě, kde se dá předpokládat zastínění toto proměřit přesněji, např. pomocí analyzátoru sluneční dráhy. Dále je důležitá orientace střechy, je kladen důraz na to, aby byla k dispozici již při navrhování novostaveb dostatečně velká jižně orientovaná plocha pro umístění solárních kolektorů. 4. Umístění zásobníku teplé vody a příslušenství – při volbě stanoviště je nutno hledat pokud možno krátké cesty k místům spotřeby. 3.6.1 Dimenzace čerpadel, izolací, potrubí, typy materiálů, možnosti umístění a uchycení atd. Dimenzování soustavy pro ohřev TUV: Stanovení potřebného množství energie musí vycházet ze zjištěné potřeby teplé vody. V ideálním případě se toto děje měřením, což je pro malé soustavy vhodné pro rodinné domy příliš náročné. Proto existuje tabulka směrných čísel, viz. tabulka č.3.6.1. Jsou značně závislá na individuálních zvyklostech. Hodnota pro skutečnou potřebu energie Qn je třeba vzít rovněž z tabulky č. 3.6.2. Mimo zvyklosti uživatele a odlišného standartu je třeba u starších domů brát ohled i na stávající potrubní systémy, které v mnoha případech mají předimenzované průměry potrubí, nedostatečné tloušťky izolací a cirkulace v trvalém provozu, což může zvýšit hodnotu spotřeby nutného tepla mnohonásobně. V průběhu zjišťování spotřeby by měla být rovněž prověřena možnost úspor pitné vody, což znamená, že nižší spotřeba pitné vody neznamená jen nižší spotřebu energie ale i menší solární soustavu a tím pádem i menší náklady na její pořízení.
Použití
Tělesná péče 1x mytí rukou(obličeje) 1x čištění zubů 1x mytí vlasů 1x lázeň nohou 1x sprchování 1x přímá lázeň 1x dětská lázeň Domácnost 1x mytí nádobí ručně 1x mytí v myčce 1x pračka 1x úklid domácnosti-3 vědra
Spotřeba v l
Teplota ve °C
Potřeba energie v kWh při teplotě studené vody cca 10 °C
2-5 1-2 10-20 25 30-50 100-200 30-50
37 37 37 40 37 40 37
0,06-0,16 0,03-0,06 0,3-0,6 0,9 0,9-1,5 3,5-7 0,9-1,5
10-15 20-25 20-40 30
45 50-65 30-60 35
0,4-0,6 0,9-1,6 0,5-2,3 0,9
Tab.3.6.1 Potřeba vody a energie (na osobu) u soustav na ohřev teplé užitkové vody Nízká Střední Vysoká Spotřeba teplé vody o teplotě 45 °C [l/den] 35-50 50-70 70-115 Potřeba tepla pro ohřev 12°C teplé vody [kWh/den] 1,3-1,9 1,9-2,7 2,7-4,4 Objekt technika potřeba tepla pro přípravu teplé vody[kWh/den] rodinný dům dobrá 1,3-1,8 37 0,06-0,16 jednotlivé odběry špatná 1,7-3,0 37 0,03-0,06 rodinný dům dobrá 1,7-3,0 37 0,3-0,6 s cirkulací špatná 2,3-4,2 40 0,9 dům pro více rodin dobrá 1,3-1,7 37 0,9-1,5 8-16 bytů špatná 1,7-2,2 40 3,5-7 Dobrá technika znamená: krátká potrubí, dobrá izolace, bez cirkulace nebo s přerušovanou cirulací, teplota teplé vody pod 60°C Potřeba
Špatná technika znamená: dlouhá potrubí, špatná izolace, velké průměry potrubí, chybí přerušování cirkulace
Tab.3.6.2 Příklad: Potřeba tepla běžné čtyřčlenné rodiny: rodina spotřebuje pro ohřev vody denně 9,3 kWh energie. Toto odpovídá potřebě 50l teplé vody na den a osobu o teplotě 50°C v místě odběru a studené vodě o teplotě 10°C. Za kalendářní rok spotřebuje tedy běžná rodina cca 3400 kW hodin užitečné energie pro ohřev 73000 l pitné vody.
Stanovení brutto zisku tepla z kolektoru Poté, co je zjištěna potřeba energie Qn je pro dimenzování nutné vědět, jaký musí být výnos tepla z kolektorového pole. Vedle potřeby užitečné energie závisí dodávka energie z kolektorů na těchto dalších faktorech: • stupeň solárního pokrytí – je dokázáno, že úplné pokrytí potřeby tepla solární soustavou není rozumné. Jak ukazuje praxe, optimální poměr mezi náklady a potřebou bývá dosažen při pokrytí 40-60%
• •
• • •
tepelné ztráty v systému – kolektorové pole musí dodat více energie než je uvažováno, protože mezi kolektorem a koncovým spotřebičem dochází ke ztrátám ztráty v kolektorovém okruhu závisí v podstatě na délce potrubí a kvalitě použité izolace. Příznivé jsou krátké trasy potrubí a velké tloušťky izolace. Optimální jsou ztráty tvořící přibližně 10-20% brutto zisku kolektoru. Ztráty větší než 20% signalizují nevhodné řešení a nedostatečnou izolaci potrubí ztráty zásobníku – ztráty odhadujeme podle údajů uvedených výrobcem další ztráty – je nutno přiřadit na vrub cirkulace užitkové vody shrnutí – brutto výnos z kolektorového pole je nutno spočítat následovně: - potřeba teplé vody na rok Qn [kWh/rok] - stupeň solárního pokrytí Ds [%] ________________________________________________ - = netto solární výnos Qsn [kWh/rok] - + tepelné ztráty zásobníků Qvsp [kWh/rok] - + tepelné ztráty kolektorového okruhu Qvkk [kWh/rok] ________________________________________________________________________
-
= brutto výnos z kolektorového pole [kWh/rok]
Aby mohlo být dosaženo požadovaného pokrytí spotřeby tepla běžné rodiny, musí kolektorové pole dodat ročně hodnotu brutto výnosu z kolektorového pole.
Dimenzování plochy kolektoru: Pro dimenzování se v praxi používají různé metody. Jsou členěny podle stupně detailního provedení. 1. Dimenzování podle zjednodušeného vzorce na základě zkušeností z mnoha let provozu solárních soustav pro ohřev pitné vody malých systémů se osvědčily tyto zjednodušené vzorce: • •
1-1.5m2 plochy kolektoru na osobu, resp. 0,8-1,2m2 plochy kolektoru z vakuovaných trubic na osobu
toto pravidlo vyhovuje pro průměrnou spotřebu teplé vody a vede k solární soustavě se 40-60% solárním krytím spotřeby. Nižší čísla poskytují menší krytí, vyšší čísla vedou k většímu solárnímu pokrytí spotřeby. Toto pravidlo je pro kolektorové plochy velmi praktické. Pro běžnou čtyřčlennou rodinu to znamená 4-6m2 kolektorové plochy.
2. Dimenzování pomocí firemních výpočtových programů výrobci solárních soustav dávají často k dispozici programy pro dimenzování. S nimi se dá snadno a rychle určit plocha kolektorů dle požadovaného objemu zásobníku. Příklad takového programu je uveden na obrázku obr.č. 3.6.1 a 3.6.2
Obr.3.6.1
Obr.3.6.2. 3. Dimenzování pomocí stupně využití kolektoru poté, co je stanoven brutto tepelný výnos kolektoru Qsk, může být pomocí rovnice určena pro stupeň využití potřebná plocha kolektoru Ak, pokud je známo záření Ga: ηa= Qsk/Gs = Qsk/ (Ga . Ak), nebo Ak = Qsk / (Ga . ηk) Qsk - roční brutto zisk z kolektoru, kolektor.pole Gs - roční suma solárního záření (globální záření) [kWh/m] Ga - roční specifické globální záření na kolektor [ kWh/m2r] Ak - plocha kolektorového pole [ m2] ηk - využití kolektoru [%]
4. Dimenzování pomocí stupně využití soustavy pro návrhový den Jako návrhový den byl zvolen den se zářením 5,5 kWh/m2.d na vodorovnou plochu. Toto odpovídá asi 8 hodinám slunečnímu svitu při intenzitě 600W na m2 a 4-5 hodinám se zářením menším než 200W na m2. V nejlepších dnech může záření dosahovat až 1,5 násobku hodnoty zvoleného typického dne. Zjištění plochy kolektoru se provede pomocí stupně využití solární soustavy ŋsys. Viz. rovnice. ŋsys= QSN/GS Pro výpočet kolektorové plochy pomocí rovnice musí být znám stupeň využití systému. Ten je ovlivňován mnoha proměnnými. Proto může být uveden jen přibližně se zkušeností 25-40%. Spodní hodnoty platí spíše pro nepříznivé podmínky, např. vysoké teploty plochých kolektorů, horní hodnoty spíše pro příznivé provozní podmínky a kolektory z vakuovaných trubic. Jako střední stupeň využití může být do výpočtu dosažena hodnota 34%. Tím bude plocha kolektorů pro běžnou rodinu stanovena následovně: Potřeba tepla v návrhovém dnu Qn,d 9,3kWh/d Stupeň využití systému ηsys 0,34 Záření v návrhovém dnu Gd 5,5kWh/m2.d ______________________________________________________ = plocha kolektoru Ak 5m2
Dimenzování objemu zásobníku: 1. Je známo, že rozumný je objem zásobníku pro 1,5-2denní spotřebu, nebo 70-100 l na osobu. Při uvažování vyššího stupně solárního krytí je vhodné použít vyšší hodnotu např. 60% pro nižší krytí (40%) stačí hodnota menší. 2. Pokud je známá potřebná plocha kolektorů Ak, lze objem zásobníků určit také podle vztahu (viz obr. 3.6.3.): Vsp ≥ (70-100) l /m2 . Ak interval hodnot dovolí vybrat z obvyklých výrobních velikostí zásobníku. Objem zásobníku Vsp v l 1000 800 600 400 200 0 1
2
3
4
5
6
7
Plocha kolektoru Ak v m horní hranice
Obr.3.6.3.
8 2
dolní hranice
9
10
11
Dohřívání zásobníku: Jaký objem má být udržován na požadované teplotní úrovni přídavným dohříváním (vytápěním elektrickým proudem a v jaké výšce zásobníku bude dotápění umístěno, závisí na tom, jaký zdroj energie bude k dispozici: • Při dohřívání topným kotlem (až 20kW) má být vložený výměník umístěn v horní části zásobníku tak, aby mohl na žádané teplotě udržovat v zásobníku 25-50% denní potřeby vody. • Při elektrickém dohřívání topnou tyčí (cca 2kW) musí být na žádané teplotě udržován téměř jednodenní objem zásobníku, takže topné těleso bývá všeobecně instalováno do středu zásobníku Energeticky nejpříznivější je dohřívání pomocí samostatného zásobníkového plynového ohřívače, protože v tomto případě je k dispozici pro příjem solární energie celý objem solárního zásobníku.
Dimenzování potrubí: Obsah nemrznoucí směsi v potrubí představuje „mrtvou“ kapacitu zásobníku postihovanou navíc tepelnými ztrátami, proto nemají být průměry trubek voleny zbytečně velké, na druhé straně jsou jisté průměry s ohledem na nízký výkon čerpadla potřebné. Průměr potrubí je na jedné straně závislý na velikosti kolektoru, na celkové délce potrubí (tam i zpět), při tlakové ztrátě ve vedení pokud možno pod 200 mbar. Správné průměry potrubí lze převzít z tabulky. Průměr potrubí má být volen tak, aby nebyla tlaková ztráta všech trubek včetně fitinků ventilů a zpětných klapek větší než 100 mbar (=1m vodního sloupce) a aby rychlost proudění v potrubí nepřekročila kvůli možnému šumu 1 m/s. Jako spodní hranice je udávána rychlost 0,5 m/s, jinak příliš narostou tepelné ztráty. V tabulce jsou udány průměry potrubí pro menší soustavy, které nemají mezi kolektorem a zásobníkem dlouhé spojovací potrubí. Ve velkých solárních soustavách s rozsáhlou potrubní sítí nebo při použití větších koncentrací mrazuvzdorných prostředků je vhodné volit větší průměr potrubí, aby tlaková ztráta příliš nenarostla. Toto je nutno stanovit výpočtem v projektové dokumentaci.
Dimenzování oběhového čerpadla: U malých solárních soustav s plochou kolektorů do 10m2 a délce potrubí do 50 m může detailní dimenzování potrubí odpadnout, pokud nejsou do okruhu vestavěny konstrukční díly se zvlášť velkým průtočným odporem. Tuto oblast výkonů pokryjí docela dobře několikastupňová topenářská čerpadla nejmenších výkonů. U větších soustav a speciálních provedení nelze hydraulicky výpočet okruhu a výběr vhodných čerpadel obejít. Tlaková ztráta je přitom silně závislá na průtoku, tj. na proudění celkového objemu v kolektorovém okruhu Vkk. Čím větší je průtok, tím větší jsou tlakové ztráty viz obrázek č.3.6.4.
Obr.3.6.4 Pro standardní solární soustavy je doporučován průtok 30-50 l/h na 1m2 plochy kolektoru, pro soustavy low-flow 8-15 l/m2.h. Celkový průtok se získá násobením užitečné plochy kolektorů, např. 5m2 kolektorů obnáší např. 150-250l/h, případně 45-75l/h u low-flow soustavy. Pro volbu oběhového čerpadla, resp. jeho pracovního bodu musí být stanovena pro tento průtok tlaková ztráta v kolektorovém okruhu. Obrázek přestavuje, z čeho se tlaková ztráta v kolektorovém okruhu skládá: Δpkolektoru - pro jednotlivý kolektor dodává výrobce obvykle diagram, z něhož je možno přímo odečíst hydraulický odpor jako funkci proudění. Při paralelním řazení odpovídá tlaková ztráta kolektorového pole tlakové ztrátě 1 kolektoru, při řazení sériovém se odpory sčítají. Maximální tlaková ztráta by neměla překročit 0,10,2 bar. To lze zajistit vhodnou kombinací sériového a paralelního řazení. Δp výměníky - pro zajištění dobrého přenosu tepla z kapaliny na stěnu výměníku (turbulentní proudění), je třeba usilovat o rychlost proudění ve výměníku cca 1m/s. Tlakovou ztrátu výměníku lze zjistit obdobně jako u kolektoru, z příslušného diagramu tepelného výměníku dodaného výrobcem viz. obrázek. 3.6.5.
Obr.3.6.5
Δp potrubí - specifická tlaková ztráta potrubí může být stanovena v závislosti na rychlosti proudění viz. obrázek. č.3.6.7. Celkové potrubní ztráty jsou dány násobení měrné hodnoty délkou potrubí (tam i zpět). Pro armatury, pokud nejsou množstvím zanedbatelné se ztráta určí dle jednotlivých tlakových ztrát pomocí součinitelů odporu v závislosti na rychlosti proudění, nebo připočtením ekvivalentů délky potrubí. Celková tlaková ztráta v okruhu je součtem jmenovaných ztrát: Δp = Δpkolektoru + Δp výměníky + Δp potrubí
Obr.3.6.7
Obr..3.6.9.
V katalozích výrobců čerpadel jsou uvedeny charakteristiky čerpadel viz obrázek 3.6.9. pro malé třístupňové topenářské čerpadlo. V tomto diagramu jsou zaneseny charakteristiky tlakových ztrát. Čerpadlo je pro soustavu vhodné, když křivka tlakových ztrát protíná charakteristiky čerpadla. Průsečíky ukazují skutečně nastavitelné průtoky a příslušné tlakové ztráty. Mají ležet pokud možno uprostřed charakteristiky čerpadla a ne v blízkosti osy X nebo osy Y, protože v této oblasti pracuje čerpadlo se špatnou účinností.
Dimenzování expanzní nádoby a pojistného ventilu: Aby bylo možno dimenzovat membránovou expanzní nádobu, je třeba nejdříve stanovit objem kapaliny Va solárního okruhu v soustavě: Va=Vk+V wt+Vl objem soustavy = objem kolektorů +objem výměníku +objem potrubí Objem expanze (roztažnosti kapaliny) Vd se řídí návrhem soustavy, resp. její bezpečností. 1. Objemová roztažnost závisí na tzv. součiniteli roztažnosti, který činí cca 5% pro vodu a 10% pro směs propylenglykolu. Pak činí nejmenší objemová roztažnost Vd1=0,05.Va pro vodu jako nosič tepla a
Vd1=0,10.Va pro směsi glykolu s vodou 2. Pro vlastní bezpečnost soustavy musí být připočten k roztažnosti kapaliny ještě celkový objem kolektoru Vk: Vd2=Vk+Vd1=Vk+0,1.Va Objem nádoby Vg není shodný s objemem roztažnosti Vd. Minimální velikost nádoby Vg min se může vypočítat podle vztahu: Vgmin = Vd . (Pbmax + 1) / (Pbmax – Pvor) ,kde je P vor=přetlak, kterým je soustava plněna, Pb max=maximální provozní tlak Výraz (Pbmax – Pvor) / (Pbmax + 1) dává část objemu membránové expanzní nádoby, která je reálně k dispozici. Tato má obnášet max. 50% celkového objemu nádoby, protože může dojít k přílišnému protažení membrány v nádobě. • Plnící přetlak P vor má být tak velký, aby do soustavy nevnikl vzduch, např. automatickým odvzdušňovačem. V chladné soustavě má v nejvyšším bodě systému činit 0,5-1 bar, aby bylo bezpečně zamezeno vstupu do okruhu. Budeme-li provozní tlak měřit na jiném než nejvyšším bodu soustavy, musíme připočíst ještě tlak vodního sloupce Pstat,G ,přičemž 10m vodního sloupce odpovídá 1 bar viz obr.č.3.6.10 • Maximální přípustný provozní tlak Pbmax má být asi o 0,3 bar nižší než jmenovitý tlak na pojistném ventilu PmaxSV. Tento se řídí výškou umístění pojistného ventilu Pstat.SV , jakož i maximálně přípustným tlakem nejslabšího článku v systému PmaxK, nejčastěji kolektoru. Pbmax = PmaxSV – 0,3 bar = Pstat,G + PmaxK – 0,3 bar
Obr.3.6.10.
Vedení potrubí: Montáž potrubí má být navržena tak, aby: • poskytovala pokud možno krátké cesty mezi kolektorem, zásobníkem a místem spotřeby • potrubí bylo vedeno co nejvíce v suchém prostředí a dalo se méně pracně izolovat • byl dostatek prostoru pro izolace • všechna místa, v nichž může vzniknout vzduchový pytel, mohla být odvzdušněna • celý systém se dal zcela vyprázdnit Při montáži je třeba brát zřetel na to, že všechny materiály se při zvýšení teploty roztahují, např. měď o 1,7 mm na 1m délky při změně teploty 100 K. U dlouhých rovných potrubí je třeba do každých 6-8m délky zařadit tvarovku pro kompenzaci dilatace – osový nebo obloukový kompenzátor. V místech ohybu a rozvětvení musí být nosná příchytka potrubí osazena v odstupu nejm. 0,5 m viz. obrázek č.3.6.11.
Obr.3.6.11.
Výběr materiálu potrubí: Tento je z větší části závislý na velikosti soustavy a na materiálu absorbéru. Je nutno varovat, např. před propojením hliníkových absorbérů měděným potrubím. Pro potrubí v solárních soustavách připadají v úvahu zásadně následující materiály: • měděné trubky (tvrdé nebo měkké) • ocelové trubky (černé) • trubky z měkké oceli • trubky ze síťovaného polyethylenu používané obvykle pro teplovodní instalace Plastové trubky se pro solární soustavy neosvědčily, protože nejsou vhodné pro extrémní zatížení při chodu soustavy na prázdno (teploty přes 140°C při 2,5 bar). Vyloučit je třeba i rovněž ocelové pozinkované trubky, protože zinek se nesnáší s glykolem, má sklon k vytváření bahnité sraženiny.
3.6.2 Návrh schématu solárního systému Solární soustavy pro ohřev pitné vody Nejdříve je třeba rozhodnout se pro jednu mnoha z koncepcí soustavy solárního systému Viz. obr.č.3.6.12.
Obr.3.6.12.
Samotížné systémy Systém se samotížným oběhem, zvaný také termosifonové soustavy, vyžaduje umístění zásobníku nad kolektorem a z toho důvodu není možné jej umístit kdekoliv viz.obr.č.3.6.13.
0br.3.6.13
Z velkého počtu variant různých seskupení soustav si představíme nejpoužívanější systémy: Otevřený jednookruhový samotížný systém V tomto systému odpadá tepelný výměník a není zde třeba ani expanzní nádoba. Je zde plovák, který uzavírá při jistém stavu hladiny v zásobníku přívod studené vody. Zásobníky nemusí být odolné tlaku. Další výhodou tohoto systému je dobrý přenos tepla, protože nedochází k žádným tepelným ztrátám ve výměníku. U otevřeného systému nastává díky vnášenému kyslíku větší ohrožení korozí.
Uzavřený jednokruhový samotížný systém Je zde vyloučeno znečištění systému, přičemž zůstává zachována výhoda dobrého přenosu tepla z kolektoru do zásobníku. Jsou zde potřebné konstrukční díly pro zajištění bezpečnosti, zejm. expanzní nádoba a pojistný ventil. |Je třeba dát si pozor na tlak ve vodovodní síti a tlakovou odolnost absorbéru. Otevřený dvouokruhový samotížný systém Solární a spotřební okruh jsou navzájem odděleni, systém je provozován s nemrznoucí směsí. Pro zásobník je použita levná beztlaká nádrž. I zde nastává nebezpečí koroze kyslíkem.
Dvouokruhový samotížný systém s otevřeným solárním a uzavřeným spotřebním okruhem Solární okruh může být proveden jako otevřený, nemusí být tedy odolný tlaku, je naplněn mrazuvzdornou směsí. Díky uzavřenému spotřebnímu okruhu je zamezeno znečištění pitné vody. Jako zásobník musí být použita tlaková nádoba. Uzavřený dvouokruhový systém Je zde menší nebezpečí koroze a znečištění pitné vody, solární systém provozujeme s nemrznoucí směsí. Musí být použity tlakově odolné prvky a expanzní a pojistný ventil.
Obr.3.6.14
Obr.3.6.15.
Systémy s nuceným oběhem Na rozdíl od samotížných systémů je zde použito čerpadlo uvádějící teplonosnou kapalinu v solárním okruhu do cirkulace. Pro řízení čerpadla je nutný regulátor.
Uspořádání soustav Představíme si několik variant napojení na spotřební okruh viz. obrázek č. 3.6.16.
Obr.3.6.16
Jako další existuje několik variant možností dohřívání viz obrázek č. 3.6.17.
Obr.3.6.17. Dvouokruhový systém s nuceným oběhem a vnitřním tepelným výměníkem Tento systém je v tuzemsku standardní, je používán nejčastěji. Jedná se o flexibilní koncept s dispozicí předvyrobených standardních dílů, takže soustavy mohou být dodávány za relativně příznivou cenu. Jedná se o systém do 10 m2 kolektorové plochy.
Dvouokruhová soustava s nuceným oběhem a vnějším tepelným výměníkem jako soustava se dvěma zásobníky Prostřednictvím výměníku může být teplo lépe přenášeno. Je třeba vynaložit další náklady za druhé čerpadlo a potrubí. Zásobníky také vyžadují velkou zastavěnou plochu, musí být provedeny jako tlakové. Tříokruhový systém s nuceným oběhem a vnitřním tepelným výměníkem Při oddělení spotřebního okruhu od zásobníkového můžeme použít cenově dostupnější, případně i beztlaký vyrovnávací zásobník, např. s topnou vodou. Tento systém je náročnější a cenově nákladnější. Používáme jej, když zásobník překročí objem cca 400 l a jsou uplatněna opatření na ochranu před Legionelou. Tříokruhový systém s nuceným oběhem a vnějšími tepelnými výměníky Použitím vnějších výměníků jsou okruhy navzájem jasně odděleny. Jako solární zásobník jsou použity jednoduché vyrovnávací zásobníky. Pohotovostní zásobníky i ve velkých soustavách vychází relativně velmi malé.
Obr.3.6.18.
Solární soustavy pro ohřev pitné vody a vytápění Kombinované solární soustavy, které vedle ohřevu pitné vody slouží také k vytápění budov, nacházejí v posledních letech narůstající uplatnění. Mají význam jen u nízkoteplotních systémů, tzn. 60/40°C nebo méně.
Konfigurace solárních soustav pro ohřev pitné vody a vytápění
Obr.3.6.19.
Systém dvou zásobníků a kotle s pevným výkonem Solární okruh je opatřen třícestným ventilem, takže může být nabíjen zásobník pitné vody i vyrovnávací zásobník pro vytápění. Systém dvou zásobníků a modulačního kotle Nabíjení topného vyrovnávacího zásobníku kotlem s řízeným výkonem není výhodné. Proto jsou vytápěcí okruhy zajišťovány přímo z topného kotle, pokud solární energie v zásobníku topné vody nestačí.
Obr.3.6.20. Jednozásobníkový systém „nádrž v nádrži“ se zvýšením teploty zpátečky Jedná se v principu o systém dvou zásobníků, při němž je zásobník pitné vody pevně zabudován do topného vyrovnávacího zásobníku. Okruhy vytápění jsou zajišťovány ze zásobníku. Trojcestný ventil v okruhu kotle umožňuje spojení nakrátko, aby se zvedla teplota zpátečky k topnému kotli. Tím je přiveden rychle na svou provozní teplotu a je zabráněno škodlivé kondenzaci. Jednozásobníkový systém s venkovním tepelným výměníkem, vnitřním spotřebním okruhem a zvýšením teploty zpátečky Zásobník je na solární straně nabíjen prostřednictvím vnějšího tepelného výměníku, přičemž je nabíjení po vrstvách v různých výškách zásobníku řízeno trojcestným ventilem. Teplá voda je odebírána prostřednictvím průtočného tepelného výměníku na ohřev TUV. Systém s jedním zásobníkem s nabíjením ve vrstvách s vnějším tepelným výměníkem na spotřebním okruhu a integrovaným topným kotlem K nabíjení zásobníku na solární straně dochází přes vnitřní tepelný výměník a nabíjecí zařízení po vrstvách na samotížném principu. Topný kotel tvoří se zásobníkem jednu konstrukční jednotku. Potřebná teplota přívodu topného okruhu je upravována pomocí trojcestného ventilu mícháním se zpátečkou.
Obr.3.6.21.
3.6.3. Způsob regulace Koordinační centrum solární soustavy tj. řízení, má plnit následující úkoly: • •
řízení oběhového čerpadla (čerpadel) v solárním okruhu za účelem optimalizace zisků z kolektoru a zásobníku udržování hraničních teplot teplotních hodnot v zásobníku
Mimo těchto úloh mohou moderní řídící jednotky převzít četné dodatečné funkce: např. analýzu chování soustavy, kontrolu funkce, sledování závad a bezpečnosti soustavy. V zásadě platí, čím je zařízení komplikovanější a nákladnější, tím těžší je správné nastavení a tím vyšší je i jeho poruchovost. Řízení pomocí diference teplot Pro ovládání funkce oběhového čerpadla (čerpadel) se v solárních soustavách používají spínače, založené na diferenci teplot. Teplotní čidla v kolektoru a v zásobníku měří teploty a mění je v elektrické signály (napětí, změny odporu) elektronicky porovnávané. Překročí i teplota v kolektoru teplotu v zásobníku o několik stupňů (nastavitelných), je oživen přepínač (relé). Tento může být zatížen hodnotou napětí v síti a slouží pro zapínání a vypínání chodu oběhového čerpadla, nebo i jiných ovládacích prvků, např. elektroventilů. Požadavky na čidla Teplotní odolnost čidla musí být přizpůsobena maximální teplotě v klidovém stavu (od 160 až přes 200°C). Přesnost čidla pro pracovní teplotu (20-80°C) musí být tak velká, aby chyba v měření čidla regulačního přístroje nepřekročila v součtu 2 až 3K. Téměř bez výjimky se používají čidla z materiálů, jejichž elektrický odpor se mění s teplotou. Montáž čidla Musí být provedena tak, aby byly měřeny skutečné teploty. Tepelné čidlo má přiléhat k vnitřním stěnám jímky a styk má být zlepšen přidáním tepelně vodivé pasty, aby byl zajištěn dobrý převod tepla. Má být zasunuto co nejhlouběji do jímky a zajištěno svěracím šroubem proti vysmeknutí. Kontrolní funkce Nelze opomenout jednoduchou indikaci chodu prostřednictvím signálního světla (kontrolky). Zřetelně signalizovány musí být zejm. chyby ve funkci soustavy. Pro přerušení chodu a údržbu se ukázal jako velmi užitečný i ruční vypínač čerpadla. Řízené dohřívání Aby bylo ve dnech s chybějícím slunečním zářením dohřívání optimálně sladěno se solárními zisky soustavy, nabízí některé solární řídící soustavy i funkci ovládání dohřívání.
