SBORNÍK PŘEDNÁŠEK konference TZB-2003

SBORNÍK PŘEDNÁŠEK konference TZB-2003

Hlavní sponzoři:

Konferenci pořádali: Topinfo s.r.o. – provozovatel portálu TZB-info Progres Partners Advertising, s. r. o. - pořadatel veletrhu Konference byla zaměřena především na problematiku využívání jednotlivých druhů energií (elektrická energie, zemní plyn a sluneční energie).

Odborná garance:

která se konala ve dnech 26.11. - 29.11.2003 v rámci Doprovodného programu 10. Mezinárodního odborného veletrhu Aqua-therm Praha

Topinfo s.r.o., Berounská 68, 270 61 Lány Internetová softwarová společnost 1

tel. +420-313 502 525 e-mail: [email protected] internet: www.topinfo.cz

OBSAH Téma: Elektrická energie ve vytápění sponzor dne:

Pražská energetika a.s.

odborná garance:

Společnost pro techniku prostředí

1. Mikroklimatické parametry pro návrh elektrického vytápění s inteligentním řízením (Prof.Ing.Miloslav Jokl, DrSc) – strana 4 2. Navrhování elektrického akumulačního vytápění s inteligentním řízením (Ing. Michal Kabrhel) – strana 7 3. Elektrické přímotopné vytápění, ekonomika Stanislav Frolík) – strana 15

provozu, zásady návrhu (Ing.

4. Je přihřívání potrubí alternativou k cirkulaci teplé vody? (Doc. Ing. Karel Kabele, CSc.) – strana 19 5. Elektrické podlahové, stropní a stěnové vytápění (Ing. Jiří Bašta, PhD.) – strana 22

Téma: Zemní plyn ve vytápění sponzor dne:

Transgas a.s.

odborná garance:

Společnost pro techniku prostředí

1. Problémová místa při návrhu kombinovaného zdroje tepla plynový kotel + solární kolektory pro vytápění rodinného domu (Ing. Vít Gabriel) – strana 37 2. Plynové vytápění průmyslových hal (Ing. Miroslav Kotrbatý) – strana 41 3. Kogenerační jednotka pro vytápění a výrobu elektřiny pro budovu (Ing. Zdeněk Lerl) – strana 45

Téma: Den pro solární energii sponzor dne:

T.W.I. spol. s r.o.

spolupráce a odborná garance: Liga ekologických alternativ a sdružení VERONICA 1. Solární aktivity obce Hostětín a slunce pro Bílé Karpaty Ekologický institut Veronica) – strana 56

(Yvonna Gaillyová,

2. Zkušenosti z prvních tří ročníků solární ligy SRN (Andreas Witt, šéfredaktor – vydavatel časopisu Solarthemen) – strana 60 3. Tajemství úspěchu solárního bundesligového mistra v kategorii obcí (Hans Noppenberger, iniciátor solárního programu obce Schalkham) – strana 63 4. Vítězné solární město SRN – Freiburg a sluneční turismus (Klaus Hoppe, Městský úřad pro ochranu životního prostředí města Freiburgu) – strana 68



5. Solární technika v historické zástavbě (Jitka Feitová, univerzita v Bramberku) – strana 71 6. Startuje solární liga ČR – cíle, pravidla, publicita (Karel Merhaut, koordinátor projektů LEA) – strana 76 7. Lokální podpora solárních instalací v Litoměřicích (Pavel Gryndler, vedoucího odboru životního prostředí MěÚ Litoměřice) – strana 78 8. Představení projektu sluneční síť/SOLAR NET – cíle projektu, moduly, dosavadní výsledky ( Eduard Sequens, občanské sdružení CALLA) - strana 82 9. Projektování fasádního kolektoru, příklad instalace na SPŠ Břeclav (Josef Schröttner, AEE - ARGE Erneuerbare Energie, Rakousko) – strana 87 10. Návrh velkoplošných LOW-FLOW solárních systémů – projekční zásady, výběr komponent (Petr Kramoliš, projekce obnovitelných zdrojů energie) – strana 95 11.

Energetické audity a využití sluneční energie (Jiří Hirš, VUT Brno) – strana 104



Téma: Elektrická energie ve vytápění

Mikroklimatické parametry pro návrh elektrického vytápění s inteligentním řízením Prof.Ing.Miloslav Jokl, DrSc Fakulta stavební ČVUT v Praze U zařízení, sloužících k zabezpečení potřeb člověka, umožňuje technologický pokrok v současné době splnit nejedno i jeho nevyslovené přání. Vytápěcí zařízení dosud běžně plní svůj základní energetický úkol: pokrýt tepelné ztráty místnosti a tím zajistit teplotu v interiéru, požadovanou příslušnými předpisy, u nás ČSN 06 0210 a vládním nařízením č. 178/2001 (včetně jeho novelizované verze č. 523/2003). V současné době lze však již od nich požadovat mnohem více: aby přímo plnily fyziologické požadavky lidského organismu při zabezpečování jeho tepelné pohody. Lze tím dosáhnout novou, vyšší úroveň tepelně-vlhkostního komfortu člověka. Reálné se jeví zabezpečování tří fyziologických požadavků člověka: a) respektování fyziologického Weber-Fechnerova zákona, b) zajištění optimální hodnoty RCC (radiant comfort coefficient) (poměr radiačního a konvekčního tepla, exponujícího lidský organismus), c) respektování cirkadiálního biorytmu (circadian biorhythm) člověka.

Weber-Fechnerův zákon Weber-Fechnerův zákon říká, že intenzita vjemu prostředí je proporcionální logaritmu stimulu z tohoto prostředí [1]. Co je stimulem v případě tepla jakožto složky prostředí, lze stanovit z diferenciální rovnice pole prostředí [3]

divψ = − (1)

dρ ∗ dt

,

kde ψ = q je tepelný tok [W.m-2]



ρ∗= ρ.h je koncentrace tepla v jednotce objemu [J.m-3] ρ = specifická hmotnost vzduchu [kg.m-3] h = cpT je entalpie [J.kg-1] cp= specifické teplo při stálém tlaku [J.kg-1.K] T = teplota uvažovaného prostoru [°C]. Za předpokladu ρ=konst., cp=konst. zůstává výraznou proměnnou teplota uvažovaného prostoru, jež je tudíž stimulem tepelného toku [4] a lze ji použít pro Weber-Fechnerův zákon. Závislost teploty uvažovaného prostoru, tzv. operativní teploty a intenzity vjemu tepelného stavu prostředí , tzv. decithermu (dTh) je předmětem samostatné práce [4] a je uvedena na obr. 1. Kalibrujeme-li hlavici termostatického ventilu v decithermech, pak teploty v interiéru odpovídají skutečným tepelným pocitům člověka. Rozdíl oproti dosavadnímu způsobu řízení dle teplot bude tím výraznější, čím více se budeme blížit k dolní mezi termoregulačního rozmezí člověka, tj. např. v obytných místnostech k 18°C.

Součinitel RCC Dosud běžně uvažovaná tepelná rovnováha lidského organismu není postačující podmínkou pro dosažení tepelné pohody člověka. Pro člověka je ještě důležitá tzv. radiační pohoda, tj. aby teplo z okolí dostával radiací (sáláním), neboť je tomu již po celou dobu své existence navyklý z venkovního prostředí (sálání od slunce), a své vyrobené teplo (svým metabolismem) odevzdávat do okolí konvekcí, tj. ochlazováním okolním vzduchem. Tuto obr.1 Decibelové jednotky decitherm, charakterizující pocity člověka v rozmezí operativních teplot 10 až 42°C (pro sedícího, tepelný odpor oděvu 0,9 clo – zimní období). podmínku vyjadřuje tzv. součinitel radiační pohody (Radiant Comfort Coefficient – RCC), který je poměrem radiačního tepla, přijímaného lidským organismem z okolí, a tepla konvekčního:



RCC =

radiace ≥1 konvekce

(2)

Má tudíž být větší, nebo alespoň roven jedné [5]. Jak se v praxi projeví, není-li respektována tato podmínka? Je to zřejmé z následujícího příkladu. Je-li např. termostat otopného tělesa nastaven na 22°C, po dosažení této hodnoty vypíná a těleso chladne. Znovu zapne po poklesu teploty vzduchu na 21,5°C (závisí na citlivosti termostatu), avšak operativní teplota, zahrnující též vliv tepelné radiace, v důsledku ochlazení povrchu otopného tělesa, už poklesla až např. na 20,5°C (a protože člověk vnímá decithermy, tak jeho pocity jsou ve skutečnosti ještě horší, je mu ještě víc zima). Aby termostatický ventil reagoval na operativní teplotu, ne pouze na teplotu vzduchu, je nutno čidlo termostatu opatřit koulí, absorbující tepelné záření a ochlazování vzduchem. Optimální je umístění této koule na stůl pracovníka, požadované hodnoty nastavit v decithermech a bezdrátovým systémem W-F přenášet její signál na termostatický ventil otopného tělesa.

Cirkadiální biorytmus Z venkovního prostředí je také člověk zvyklý na střídání teplot v průběhu dne, od nejnižších teplot uprostřed noci až po nejvyšší teploty v popoledních hodinách, na které lidský organismus reaguje průběhem své tělesné teploty, tzv. cirkadiálním (denním) biorytmem (obr. 2). Lze tudíž také přispět k pohodě člověka tím, že i operativní teploty (obr. 3)(nebo ještě přesněji decithermy) v interiéru svým průběhem budou sledovat denní biorytmus člověka, např. nastavením vhodného útlumu teploty v noci. Pokles teploty v noci však také nemůže být libovolný. Dříve přípustný pokles až na teploty kolem nuly (v zimě při vypnutém vytápění, resp. při vyhaslých kamnech), vyžadující teplý noční úbor (včetně pokrývky hlavy) a teplé lůžkoviny ( velká „duchna“) dnes již není myslitelný, neboť je provázen značnou nepohodou. Je vyžadována pouze lehká přikrývka a pyžamo; nevytápěné ložnice, a to i v dobře izolovaných budovách, jsou neakceptovatelné [7]. Doporučuje se pokles pouze asi 1,5°C [2],



přičemž současně by operativní teplota v noci neměla být nižší než 16°C [6], neboť jinak již dochází k množení plísní [5].

obr. 3 Operativní teplota, korespondující dennímu biorytmu člověka.

Závěr Z uvedených skutečností je zřejmé, že existují ještě rezervy při zabezpečování optimálního tepelného komfortu člověka, které lze využít aplikací nových odborných poznatků a zvláště nových technologických možností.

Literatura 1.

Baeyer, H.C.:

2.

Berglund, J.A.:

L.G.,

Power tool. The Sciences, Sept./Oct. 2000:1215. Stolwijk, The use of simulation models of human thermoregulation in assessing acceptability of complex dynamic thermal environments.

3. Jokl, M.V.:

Microenvironment: The Theory and Practice of Indoor Climate. Thomas, Illinois, U.S.A. 1989, pp. 419.

4. Jokl, M.V.:

Decitherm. Nepublikované sdělení.

5. Jokl, M.V.:

Zdravé obytné a pracovní ACADEMIA, Praha 2002, pp. 262.

6. Jones, W.T.:

The Health and Safety at Work Act. A Practical Handbook. Graham and Trotman, London 1975.

7.

Nevřala, D.J., Pimbert, S.L.:

prostředí.

Subjective response to environmental conditions produced by space conditioning systems in residental buildings. British Gas, London 1990.



Navrhování elektrického s inteligentním řízením

akumulačního

vytápění

Ing. Michal Kabrhel Fakulta stavební ČVUT v Praze

Elektrické akumulační vytápění má své místo v oblastech, kde není možné využívat jiné ušlechtilé zdroje energie nebo tam kde vyžadujeme vyšší komfort provozu. V tomto případě se zaměříme na vodní elektrické akumulační vytápění. Naším úkolem je pak stanovit optimální parametry systému, tedy především velikost zásobníku a elektrický příkon tak, aby investiční a následně i provozní náklady v souladu s komfortem provozu odpovídaly přáním investora. Omezujícím faktorem bývají oba již zmíněné faktory, buď malý dostupný příkon nebo prostorové omezení stavby. Správný návrh elektrického akumulačního zásobníku vychází z analýzy spotřeby energie objektu v průběhu reprezentativního období. Tím je nejčastěji časový úsek v délce 24 případně 48 hodin. Při návrhu elektrického akumulačního vytápění musíme nejprve zjistit podmínky a možnosti, za kterých lze elektrickou energii pro vytápění využívat. Každý dodavatel elektrické energie má trochu odlišná pravidla a je tedy vhodné se na ně předem informovat. Běžná minimální doba nabíjení zásobníku je obecně 8h denně. Rozměry zásobníku jsou prvním hlavním parametrem. V tomto případě musíme vycházet z výrobní řady výrobců. Výhodné je využít nabídky výrobce, který řeší akumulační vytápění jako celek. Při výpočtu tepelných ztrát vycházíme z redukovaných tepelných ztrát [4]. Tyto ztráty jsou vypočteny při snížení teplotního rozdílu mezi exteriérem a interiérem o 7 °C. Tím je umožněno snížit špičkový výkon vytápěcího zařízení.

Výpočet parametrů zásobníku Výpočet parametrů zásobníku je nejvhodnější provádět pomocí speciálního programu. Pokud ten není k dispozici, pak postačí tabulkový procesor. Vhodné je vyjádřit v daný časový krok bilanci dodávky a na základě těchto parametrů sledovat a optimalizovat zásobník.



Výpočet velikosti zásobníku bilančně •

Tepelné ztráty jsou vypočteny ze skladby obvodového pláště zásobníku.

•

Teplota zásobníku je u větších místností uvažována konstantní, u malých místností je možné zapsat tuto hodnotu jako funkci parametrů zásobníku, tedy její ovlivňování vlivem tepelných ztrát zásobníku.

•

Tepelný odpor domu je veličina která slouží pro charakterizování změn teplotních ztrát celého řešeného objektu.

•

Tepelná vodivost domu je vypočtena jako součin součinitel prostupu tepla dané konstrukce a příslušné plochy. Znamená to, že okamžitou potřebu tepla na krytí tepelných ztrát můžeme vyjádřit jako součin tepelné vodivosti s teplotním rozdílem mezi průměrnou vnitřní teplotou a teplotou exteriéru.

Při časovém kroku jedna hodina lze jednoduše sledovat potřebu a dodávku tepla. Výsledek je vhodné prezentovat graficky.



Návrh zásobníku optimalizací hodinových bilancí Výsledné křivka dodávky a potřeby tepla vypadají poté tak jak je znázorněno na následujícím obrázku. Optimalizaci hodnot je vhodné vytvořit jako automatickou funkci, která je schopná generovat požadovaný příkon při dané velikosti zásobníku nebo naopak minimální velikost zásobníku při daném příkonu.

Průběh křivek dodávky a odběru. Pro návrh velikosti zásobníku je však možné použít i ruční grafické řešení.



Grafický způsob návrhu zásobníku Výsledných řešení po analýze energetické bilance zásobníku může být více a je na projektantovi nebo investorovi jaké řešení zvolí. Zároveň by nemělo být zapomínáno i na určité nepřesnosti v celé bilanci objektu počítat i s určitou byť malou ekonomickou rezervou. Jako akumulační médium slouží stále obvykle voda. Maximální teplota pak v takovémto zásobníku může dosahovat teploty 95°C. Při požadavku vyšší teploty (např. 107°C) je nutné zvýšit tlak v zásobníku, ale s rostoucí teplotou musí být zlepšována i tepelná izolace zásobníku (běžně se používá minerální izolace tloušťce cca 20 cm. Ta by měla optimálně snížit tepelné ztráty pod 5% denní potřeby tepla. Vytápěcí systém musí umožnit co nejlépe využít energie v zásobníku uskladněnou a tak je nejvhodnější systém nízkoteplotní, který je schopen pracovat se vstupními teplotami kolem 50°C. Běžně používané zásobníky mají objem 750 – 2250 l. Větší zásobníky mají lepší poměr vnitřní objem/plocha obvodového pláště, ale zase jsou hůře regulovatelné v průběhu otopného období. Samotný provoz zásobníku je ekonomický pokud dodáváme právě takové množství energie, které následující den odebereme. Z tohoto důvodu se na trhu objevují inteligentní systémy nabíjení.



Inteligentní systém řízení Inteligentní systém řízení nabíjení je založen na principu sledování průběhu vnější teploty a na základě jejího vývoje umožňuje určit předpokládanou spotřebu energie následující den. To pak znamená možnost optimalizovat množství, které bude do zásoby pro tento den připraveno.

Příklad naměřeného průběhu teploty 25.11.2003 Praha Libuš [1]

Principiálně se jedná o vytvoření algoritmu, který na základě směrnice tečny ke křivce průběhu teploty rozhodne o potřebě energie. Jako nejvíce uživatelsky příjemné se pak jeví systémy schopné samostatného učení, které řádově měsíc po instalaci sledují veškeré zásahy uživatele do chování systému a na základě vyhodnocení těchto údajů vyberou ze své databáze nejvhodnější křivku chování. Regulátory použitelné pro inteligentní systémy mohou pracovat s předdefinovanými křivkami závislosti vývoje vnější teploty nebo tyto parametry může stanovit sám uživatel. V tomto směru se zřejmě vývoj bude pohybovat směrem k programovatelným regulátorům, které bude možné snadno přeprogramovat pomocí ovládacího programu z počítače. Denní průběh teplot lze spočítat pomocí následujících vztahů. Nejvíce používaným je průběh teplot daný vztahem:

te = te max − A 1 − sin (15 ⋅τ − 135 )  te,max

maximální venkovní teplota (°C)

A

amplituda teploty

τ

sluneční čas (h)



Denní průběh teplot 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0

1

1,0

2 0,5

0,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Průběh teplot s amplitudou A = 0,5, 1, 2 Další způsob výpočtu průběhu denní teploty rozděluje den na dobu, kdy na teplotu má vliv slunce a na dobu, kdy tento vliv nemá [3]. Při akumulaci tepla je zpravidla nutné využívat více zásobníků a při předpokládané snížené spotřebě energie lze nabíjet pouze některé. Při dostupném vyšším elektrickém příkonu můžeme uvažovat i smíšeném vytápění, kdy využíváme akumulaci tepla v době nízkých sazeb a přímotopné vytápění v době odběrových špiček. Samotné akumulační zařízení je však zařízením, kladoucím značné nároky na prostor. Objemově zde hovoříme o m3 vodního objemu. Např. pro RD s menšími tepelnými ztrátami se může jednat o cca 2,5 m3 vodního objemu. Minimální výška místnosti ve které jsou nádrže instalovány je 2,1 m, doporučená pak 2,4 m. Tyto výšky vycházejí z běžně vyráběných velikostí nádrží. Dále je požadovaná minimální nosnost podlahy 1100 kg.m-2. Prostorově předběžně lze uvažovat o ploše 1,5 m2 na jednu akumulační nádrž o objemu kolem 1m3. Alternativou k čistě elektrickému akumulačnímu vytápění pak může být vícevalentní systém zásobníků, které využívají elektrickou energii až po nedostatku energií ostatních. Samozřejmě druh provozu může zejména u obnovitelných zdrojů energie ovlivnit i náročností obsluhy. Inteligentní systémy řízení se nemusejí týkat pouze vodních elektrických akumulačních zásobníků, ale obecně však akumulačních systémů, kde mohu ovlivnit množství energie, které je do systému předem uskladňováno.

Podklady: [1]

Český hydrometeorologický ústav, měření Praha-Libuš www.chmi.cz



[2]

Jihomoravská energetika www.jme.cz

[3]

Mendelevova zemědělská a lesnická universita v Brně www.zf.mendelu.cz

[4]

ČSN 060210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění. (1994)

[5]

Pražská energetika www.pre.cz



Elektrické přímotopné vytápění Ing. Stanislav Frolík Fakulta stavební ČVUT v Praze

ÚVOD Přímotopné elektrické vytápěcí systémy patří do skupiny elektrických zdrojů tepla, které přeměňují elektrickou energii na teplo přímo, bez akumulace. Odběr elektřiny a uvolňování tepla probíhají prakticky současně. Je to v podstatě nejjednodušší způsob elektrického vytápění, který velmi pružně reaguje na změny klimatických podmínek, umožňuje jednoduchou a individuální regulaci v jednotlivých místnostech a v neposlední řadě je tu možnost přesného měření spotřeby. Kromě těchto výhod může elektrické vytápění a příprava teplé užitkové vody v určitých případech pomoci snížit koncentraci škodlivin v místech, kde způsobuje spalování např. fosilních paliv či nadměrný dopravní provoz ekologické problémy. Dále existují lokality, kde je napojení na jiné inženýrské sítě z finančních důvodu velice problematické. Jednoznačně lze tedy říci, že díky dostupnosti elektrické energie je přímotopné vytápění vhodnou alternativou.

VOLBA SYSTÉMU V podvědomí mnoha lidí zůstává obava, že přímotopné elektrické vytápění je z hlediska ceny elektrické energie komfortní způsob vytápění a ani jeho nízké pořizovací náklady nemohou konkurovat ostatním energiím. Existují samozřejmě systémy vytápění, kde se díky nevhodnému návrhu stává pro uživatele faktura noční můrou, avšak to je převážně způsobeno špatnou volbou vytápěcího systému, mizerné regulace apod. Proto je nutné zdůraznit, že zejména tento způsob vytápění předpokládá zodpovědný a koncepční přístup projektanta při návrhu otopného systému. Systém elektrického přímotopného vytápění je nutné volit hlavně s ohledem na : -

výchozí stav vytápěného objektu z hlediska tepelně technických parametrů objektu a způsobu větrání

-

topný režim (nepřerušované vytápění, noční a denní útlumy, kombinace s akumulačním způsobem vytápění apod.)

-

zajištění tepelné pohody interiéru (zejména v místnosti či podíl sálavé a konvekční složky)

-

možnost využití kombinace s netradičními zdroji energie (dělené otopné soustavy, tepelná čerpadla, solární energie)

-

zvolený způsob zdroje tepla (kovnektory, podlahové vytápění apod..)


rozdělení

teplot


-

existenci dalších spotřebičů na elektricko energii

VÝHODY PŘÍMOTOPNÉHO VYTÁPĚNÍ Výhody použití elektrické energie díky její ušlechtilosti staví tuto energii do výjimečné pozice, kdy je téměř ve všech parametrech lepší než ostatní paliva. Je to samozřejmě vyrovnáno vysokou cenou této energie. Hlavní výhody přímotopného vytápění: -

maximální využití elektrické energie při přeměně na teplo

-

automatická regulace v každé místnosti

-

pružnost systému na vnitřní i vnější tepelné zisky

-

snadná obsluha, čistý provoz

-

nízká ekologická zátěž v místě spotřeby

-

vyžaduje minimální stavební a instalační úpravy

-

nižší požadovaný příkon proti akumulaci

-

relativně malé investiční náklady

Velkých úspor lze dosáhnout režimem vytápění tak, aby nedocházelo k přetápění jednotlivých místností. To umožňuje např. plynulá individuální regulace přímo na zdroji tepla umístěném v místnosti s možností nastavení teplotního a časového průběhu během dne.

BLOKOVÁNÍ Z hlediska časového režimu pro vytápění můžeme definovat přímotopné vytápění jako topnou soustavu, která je napájena 20 hodin denně zvýhodněnou sazbou (nízký tarif), přerušovanou několika přestávkami o celkové délce 4 hodin se sazbou ve vysokém tarifu. Po tuto dobu je elektrické vytápění blokováno. To je poměrně velký problém například u staveb, kde je díky použitým materiálům snížena akumulační schopnost a dochází k poklesu teploty v interiéru ve velice krátkém časovém úseku. Jedním z možných způsobů jak odstranit tento nepříjemný efekt je zapojení akumulátoru tepla do přímotopné soustavy, který pomáhá udržet tepelnou pohodu v místnosti. Znamená to ovšem zvýšené investiční náklady, nároky na prostor, složitější regulaci atd. Blokování, tarify a speciální programy jsou však závislé na dohodách s příslušnou energetikou a mohou se v jednotlivých lokalitách lišit. Takže za cenu vyšších provozních nákladů si lze například zvolit takový program, kde k blokaci nedojde.

DRUHY PŘÍMOTOPNÝCH SOUSTAV Podle umístění zdroje tepla určeného k vytápění rozdělujeme přímotopné elektrické systémy na: -

lokální



-

-

•

konvektory

•

ostatní konvekční topidla (olejové radiátory)

•

teplovzdušná topidla

•

teplomety

centrální •

odporové elektrické kotle

•

elektrodové kotle

velkoplošné •

elektrické podlahové vytápění,

•

radiační (sálavé) otopné systémy

Lokální zdroje V lokálních zdrojích dochází k přeměně elektrické energie na energii tepelnou, která je pak odváděna prouděním vzduchu (konvekcí) do okolního prostoru. Protože teplota používaných topných elementů není vysoká, přestupní plocha těchto zdrojů musí být poměrně velká. V jiném případě je nutno použít zdroj tepla se zabudovaným přídavným ventilátorem pro urychlení proudění vzduchu. Výhody konvekčního vytápění spočívají v možnosti přesné regulace teploty, rychlém vyhřátí místnosti a v nízké pořizovací ceně. Je tu ovšem absence sálavé složky tepla, což může mít negativní dopad na celkovou tepelnou pohodu u ploch s nízkou povrchovou teplotou, jako jsou např. prosklené stěny apod. Centrální zdroje Teplo je rozváděno klasickou teplovodní soustavou z centrálního zdroje – elektrokotle – do soustavy otopných těles. Pokud zvolíme otopná tělesa s velkou tepelnou setrvačností (litina), akumulace je opět výhodou pro zachování konstantní tepelné pohody. Nevýhodou je naopak méně pružná regulace v jednotlivých místnostech, nutnost trubního rozvodu, kde samozřejmě dochází k tepelným ztrátám. Nejčastěji je elektrokotel napojen na ekvitermní regulaci či vnitřní termostat a na tělěsech jsou osazeny termostatické hlavice. Tyto systémy je vhodné použít pro etážové vytápění, kde jsou nevýhody částečně eliminovány. Podlahové vytápění Představuje velkoplošný systém speciálních topných kabelů nebo rohoží uložených do konstrukce podlah. Pokud se tento systém používá pro trvalé vytápění, ukládají se topné elementy do betonové mazaniny, která zajišťuje akumulaci, což je příznivý efekt v době blokace nízkého tarifu. Negativní dopady má však velká tepelná setrvačnost soustavy, která částečně omezuje možnost regulace. Výhodou podlahového vytápění je optimální rozložení teplot v prostoru, což při zachování dobré tepelné pohody umožňuje snížit celkovou teplotu v místnosti. Limitujícím prvkem pro



návrh těchto soustav je dodržení přípustné hygienické teploty povrchu podlahy, která dle provozu a účelu místnosti pohybuje v rozmezí 27-34 °C. Sálavé elektrické vytápění Do této skupiny zahrnujeme topné spirály, ocelová nebo křemíková tělesa, topné panely. Vzhledem k vysoké povrchové teplotě je jejich použití limitováno jak použitím do prostor s hořlavými látkami, tak hygienickými požadavky na osálání temene hlavy. Jsou tedy vhodné pro vytápění prostor s větší světlou výškou místnosti, nebo pouze pro krátkodobý ohřev nebo příhřev koupelen, WC apod. Sálání má vysokou selektivitu – nevytápí celý prostor, ale ohřívá pouze objekty ve směru vyzařování. Vzduch, kterým prochází infrazáření ze sálavého panelu, toto záření nepohlcuje, čímž nedochází ke ztrátám ohřevem okolního vzduchu. Výhodou je rychlá dosažitelnost tepelné pohody, snadná regulace, rovnoměrné rozložení teplot v prostoru.

Podklady: [1] Humm, O. – Nízkoenergetické domy, Grada Publishing, spol. s.r.o., 1999 [2] Lázňovský, M. – Kubín, M. – Fišer, P. – Vytápění rodinných domků, Nakladatelství T. Malina, Praha 1996 [3] Sborník přednášek – vytápění rodinných domů, Společnost pro techniku prostředí 2001 [4] Elektrická energie ve vytápění, Společnost pro techniku prostředí 1995 firemní www stránky - stiebel-eltron, jihočeská energetika



Je přihřívání potrubí alternativou k cirkulaci teplé vody? Doc.Ing.Karel Kabele, CSc. Fakulta stavební ČVUT v Praze

Ohřívání teplé vody (TUV) je typickým technickým zařízením budov, na jehož návrhu se podílí více specializací – zdravotechnika, vytápění, elektroinstalace a stavební část. Vývoj techniky a společnosti v posledním období ovlivnil i tento systém a je nutné zrevidovat některé zaběhnuté postupy a principy. Vývoj lze pozorovat především ve dvou rovinách. V prvé řadě je to vzrůst významu přípravy TUV v objektech individuální bytové výstavby, kde v souladu s moderními trendy zvyšování komfortu se často objevují takové požadavky na odběr TUV, že se stávají primárním odběratelem energie v objektu. Příkladem mohou být řešení rodinných domů s více koupelnami, použití velkoobjemových van s vodními masážemi nebo inteligentní multifunkční sprchové kouty. Druhou oblastí vývoje je oblast zdrojů TUV, kde klasický zásobníkový ohřev je postupně nahrazován ohřevem smíšeným a průtočným s jedním nebo více topnými zdroji. Takové systémy jsou pružnější, mají většinou menší prostorové požadavky, jsou však podstatně citlivější na správný návrh a snadno, při podcenění vstupních údajů, mohou vykazovat nepříjemné jevy jako je nedostatek TUV. Třetí oblastí je distribuce TUV, kde za cenu zajištění komfortu dochází k velkým energetickým ztrátám cirkulací TUV. Alternativou ke klasické cirkulaci teplé vody je technologie přihřívání potrubí, která se již dlouhá léta běžně aplikuje v průmyslu, ale teď se díky technologickému pokroku stala zajímavou možností řešení tohoto problému i v běžných systémech rozvodu teplé vody v obytných i občanských budovách. V poslední době se v souvislosti s distribucí teplé vody dosti často hovoří o způsobech snížení nebezpečí rozmnožení bakterií Legionella Pneumophila a je otázkou, jaký vliv má tento systém na toto riziko.

Cirkulace TUV Cirkulace TUV se používá u zásobníkového nebo kombinovaného ohřevu TUV (teplé užitkové vody) pro snížení ztrát odpouštěním vychladlé vody z potrubí rozvodu teplé užitkové vody po provozní přestávce.Zajišťuje oběh TUV v potrubí tak, aby i u nejvzdálenějšího výtoku byla trvale teplota TUV v požadovaném rozmezí. Cirkulace TUV může být buď přirozená nebo nucená. Přirozená cirkulace se používá výjimečně u malých zařízení, běžné je dnes použití cirkulace nucené. Cirkulací TUV se za cenu komfortu zvyšují tepelné ztráty systému přípravy TUV. Optimalizaci těchto ztrát můžeme provést

-

správným návrhem cirkulačního potrubí



-

časovým řízením chodu cirkulačního čerpadla

-

termostatickým řízením chodu cirkulačního čerpadla

Návrh cirkulačního potrubí se provádí dle 736655 Výpočet vnútornych vodovodov na základě iteračního výpočtu tepelných ztrát jednotlivými úseky potrubí rozvodů TUV, podle kterého se stanoví potřebný průtok cirkulačním potrubím, dále tlakové ztráty a provede se návrh čerpadla. Vedení cirkulačního potrubí by mělo v plném rozsahu sledovat trasu rozvodu TUV tak, aby v systému nevznikala místa s necirkulující vodou (viz kapitola o jakosti TUV). Z ekonomických důvodů a zažitých pravidel se však cirkulace často ukončuje dříve než na konci jednotlivých větví, což není z dnešního pohledu správně. Pro budovy s přerušovaným provozem (kanceláře, obchody, školy apod) je vhodné použít časově řízeného chodu cirkulačního čerpadla. Jednoduchými spínacími hodinami lze naprogramovat spouštění cirkulace pouze v době, kdy je objekt používán a tímto opatřením snížit potřebu tepla na krytí tepelných ztráta cirkulačního potrubí V budovách s nepřetržitým provozem je možní použít cirkulační čerpadlo s termostatickým řízením chodu, kdy se čerpadlo spouští teprve po ochlazení vody v potrubí TUV na nastavenou hodnotu.

Přihřívání potrubí Dalším možným řešením zajištění trvalé teploty u nejvzdálenějšího výtoku v systémech centrální přípravy TUV je tzv. přihřívání potrubí pomocí samoregulačních elektrických topných kabelů. Samoregulační topný kabel je můstkový vodič, kde můstek je proveden ze speciálního vodivého plastu, který mění svůj elektrický odpor (a tím svůj otopný výkon) v závislosti na teplotě okolí . Při dosažení požadované teploty v daném místě vodiče dojde ke snížení výkonu v daném místě a naopak. Tento vodič se přichytí k izolovanému potrubí rozvodu TUV a je schopen udržovat teplotu vody v potrubí na nastavené teplotě, dané konkrétním vodičem. V případě odběru vody, kdy se potrubí ohřeje, snižuje se automaticky výkon vodiče na minimální hodnotu. Vodič je napájen ze sítě 220/50 Hz a může být napojen přes regulační skříňku, která zajišťuje např. termickou desinfekci rozvodu periodicky se opakujícím ohřátím všech rozvodů na teplotu 65 °C po dobu 1 hodiny. Výkony topných kabelů pro tento účel jsou minimálně v rozsahu 9 až 12 W/m při teplotě 55°až 60°C a maximální délka jednoho okruhu kabelu je 100 m. Podmínkou použití kabelů je samozřejmě přiměřená tepelná izolace potrubí. Řešení eliminace ochlazování nepoužívaného rozvodu TUV přímým ohřevem potrubí samoregulačním topným kabelem je v porovnání s klasickou cirkulací investičně nákladnější, ale provozně levnější. Proto je vhodné využití tohoto principu zvláště v problematických případech, kdy klasická cirkulace není použitelná. Podmínkou použití cirkulace je totiž trvale dotápěný zdroj TUV, kterým může být např. plynový zásobník nebo nepřímo ohřívaný zásobník napojený na soustavu vytápění objektu . V případě elektrického zásobníkového ohřevu je zřízení cirkulace problematické, neboť při jejím provozu dochází k ochlazování vody v soustavě a při ohřevu TUV pouze



nočním proudem by mohlo teoreticky dojít k nechtěnému vychlazení zásobníku tepelnými ztrátami v cirkulaci aniž by se uskutečnil jakýkoliv odběr teplé užitkové vody. Druhou problematickou oblastí je aplikace cirkulace v rozvodech měřených podružným vodoměrem. V těchto případech je nutné bud' ukončit cirkulaci před podružným vodoměrem na TUV a rozvod za vodoměrem necirkulovat nebo technicky řešit cirkulaci za podružným vodoměrem samostatným okruhem přes výměník. Použití tzv. rozdílového měření (měření průtoku TUV a cirkulaci a stanovení množství odebrané TUV z rozdílu naměřených hodnot) je díky přesnosti běžných vodoměrů natolik nepřesné, že výsledky jsou nepoužitelné.

© REVOS

Obr.1 Princip samoregulačního kabelu

Obr.2 Rozvod TUV s cirkulací

Obr.3 Rozvod TUV s přihříváním



Elektrické podlahové stěnové a stropní vytápění Ing. Jiří Bašta, Ph.D. ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí

Elektrické vytápění lze rozdělit podle několika základních hledisek. Jednotlivá hlediska se však prolínají a tak se mnohdy jedná o totéž vytápění avšak z různého úhlu pohledu. Uveďme si na samém začátku dělení: •

•

•

podle akumulační schopnosti otopné plochy -

přímotopné

-

poloakumulační

-

akumulační

podle umístění otopné plochy -

podlahové

-

stěnové

-

stropní

podle druhu otopné plochy -

plošné (využití topných kabelů a rohoží)

-

sálavé panely

-

(lokální elektrická topidla – nepatří do otopných ploch)

1.Velkoplošné otopné plochy U elektrického vytápění zahrnují velkoplošné otopné plochy především podlahové a stěnové vytápění. Stropní vytápění se realizuje především sálavými panely.

1.1

Podlahové vytápění

Elektrické podlahové vytápění klade na svůj návrh a provozování stejné požadavky jako teplovodní podlahové vytápění. V tomto případě však není v podlahové otopné ploše otopný had v podobě svazku trubek, ale je zde uložen buďto topný kabel nebo topná rohož. Úkolem vytápění je zajistit tepelnou pohodu ve vytápěném prostoru. To znamená, že musíme dosáhnout takových poměrů, za kterých člověk nepociťuje ani chlad ani nadměrné teplo či se mokře potí, tedy cítí se tepelně neutrálně.



Základní faktory, které ovlivňují tepelnou pohodu jsou : a) faktory osoby -

činnost vyjádřená metabolickým tepelným tokem qm (W/ m2)

-

tepelný odpor oblečení Rob (m2.K/W)

b) faktory prostředí -

teplota vnitřního vzduchu ti (°C)

-

účinná teplota okolních ploch tu (°C); nově nazývána radiační teplota tr (°C),

-

rychlost proudění vzduchu w (m/s)

-

tlak vodních par ve vzduchu pD (Pa).

Kombinací všech těchto parametrů můžeme stanovit rovnici tepelné pohody. Za akceptovatelný pokládáme stav, kdy je procento nespokojených se stavem menší jak 15 %. Současně však musí za požadavku tepelné neutrality být splněno, že se žádná část těla nepřehřívá či nepodchlazuje. Jinak řečeno musíme splnit i požadavky na eliminaci lokální tepelné nepohody na libovolné části lidského těla, která vzniká : -

asymetrickým tepelným sáláním

-

vertikálním teplotním gradientem vzduchu

-

příliš teplou či chladnou podlahou

-

zvýšeným prouděním vzduchu.

Vzhledem k přímému kontaktu chodidla s podlahou může u podlahového vytápění dojít k lokální tepelné nepohodě v důsledku vysoké povrchové teploty podlahy. Proto je velmi důležité znát, jaké povrchové teploty podlahy člověk akceptuje a během jaké doby kontaktu chodidla s podlahou a při jakém druhu obutí. Tab. 1 Optimální povrchová teplota podlahy užívané bez obutí. Podlahový materiál

Optimální povrchová teplota podlahy 1. min

10. min

Doporučené rozmezí povrchové teploty podlahy tP (°C)

Textilie

21

24,5

21,0 až 28,0

Korek

24

26

23,0 až 28,0

25

26

22,5 až 28,0

- dub

26

26

24,5 až 28,0

PVC na betonu

28

27

25,5 až 28,0

Linoleum na dřevě

28

26

24,0 až 28,0

Plynobeton

29

27

26,0 až 28,5

28,5

27

26,0 až 28,5

Dřevo

- borovice

Betonová mazanina



Pro podlahy kde se vyskytují neobutí lidé (plovárny, tělocvičny, koupelny, ...) je rozhodující jejich skladba. Na základě teorie sdílení tepla je pak možné stanovit optimální povrchové teploty pro různé druhy podlah (viz tab.1) Podlahy využívané obutými lidmi neovlivňují z hlediska materiálu podlahové krytiny lokální tepelnou pohodu člověka. V tomto případě se doporučuje optimální teplota podlahy pro dlouhodobě sedící osoby 25 °C a pro stojící a chodící osoby 23 °C. Obecně je u podlahového vytápění rozhodující, že průměrná teplota podlahy by neměla překročit 29 °C. Rovněž důležité je prostorové rozložení teplot, tedy jak v rovině vertikální tak horizontální. Vertikální rozložení teplot uvnitř vytápěného prostoru je způsobeno nerovnoměrným přívodem tepla a nerovnoměrným ochlazováním jednotlivých stěn místnosti. Vertikální nerovnoměrnost je tím vyšší, čím vyšší je povrchová teplota otopné plochy. S ohledem na skutečnost, že u podlahového vytápění je povrchová teplota otopné plochy ze všech druhů vytápění nejnižší, je vertikální rozložení teplot téměř ideální. Teplota v úrovni hlavy je max. o 2 až 3 °C vyšší než v oblasti kotníků a nad zónou pobytu směrem vzhůru již jen klesá. U ostatních druhů vytápění je vertikální průběh teplot dosti nerovnoměrný. Ideální vytápění by mělo zajistit takové rozložení teplot s výškou místnosti, aby v oblasti hlavy stojícího člověka byla teplota vzduchu min. o 2 °C nižší než je v oblasti kotníků. Takovémuto ideálnímu průběhu teplot se nejvíce blíží podlahové vytápění. Horizontální rozložení teplot ovlivňuje hlavně umístění otopné plochy ve směru od obvodové ochlazované konstrukce. U podlahového vytápění je horizontální průběh teplot téměř rovnoměrný, blížící se ideálnímu, až na úzkou oblast u ochlazované konstrukce. Tento nedostatek se dá kompenzovat okrajovou (intenzivní) zónou. Elektrické podlahové vytápění topnými kabely má již s ohledem na konstantní výkon kabelů svá specifika. Může být navrhováno jako : -

akumulační

-

poloakumulační

-

přímotopné

O akumulační schopnosti rozhoduje především plošná hmotnost betonové vrstvy nad topnými kabely a její tepelná vodivost. Mírou akumulace je časová konstanta τA, což je doba, za kterou se při nabíjení ohřeje akumulační vrstva o 1 K.

τ A

kde : sa

[m]

=

s a .c a . ρ a Λ 1 + Λ 2

[s]

tloušťka akumulační vrstvy



ca

[J/kg.K]

měrná tepelná kapacita akumulační vrstvy

ρa

[kg/m3]

hustota akumulační vrstvy

Λ1

[W/m2.K]

tepelná propustnost od roviny uložení kabelů směrem do vytápěné místnosti

Λ2

[W/m2.K]

tepelná propustnost od roviny uložení kabelů směrem dolů

Λ 1

=

1 1 α P

Λ 2

=

+

∑

si λ i

1 1 α n

+ ∑

sn λ n

Časová konstanta u plně akumulačních podlah má být nejméně 8 hodin a nejlépe 10 až 12 hodin. U budov s celodenním provozem se žádá ještě více, až 15 hodin. Poloakumulační soustavy mají τA od 4 do 8 hodin a soustavy s časovou konstantou kratší než 4 hodiny se již označují jako prakticky přímotopné. Elektrické podlahové vytápění lze realizovat jak u nových betonových podlah, tak např. u renovovaných dřevěných podlah. Požadovaný výkon otopné plochy se pokryje příslušnou délkou kabelu o konstantním výkonu (W/m). Na trhu se objevují i topné rohože, které usnadňují realizaci podlahových otopných soustav. Základem takové rohože je podkladové kovové pletivo nebo tkanina s pravidelnou čtvercovou strukturou. Na tomto podkladu je naformován meandr z topných kabelů s příslušnou roztečí. Rozteč spolu s měrným lineárním zatížením rozhoduje o velikosti měrného instalovaného příkonu na 1 m2 topné rohože.



Obr. 1 Řez podlahovou konstrukcí s topnými kabely Pro podlahové elektrické přímotopné, akumulační nebo smíšené vytápění platí, že je podlaha konstruována jako plovoucí. Směrem zdola tak následuje nad stavební konstrukcí vrstva tepelné izolace, izolace proti vlhkosti, betonová vrstva (4 až 7 cm), instalační pás, topný kabel, betonová vrstva a podlahová krytina. Po obvodu všech stěn je na celé výšce od stavební konstrukce podlahy až k podlahové krytině dilatační pás. U podlah s elektrickou topnou rohoží se rohož klade nad tepelnou izolaci s ochrannou reflexní fólií (obr. 2)



Obr. 2 Řez podlahou s přímotopným elektrickým vytápěním s topnou rohoží U přímotopného vytápění v nových stavbách se instalovaný výkon pohybuje od 80 do 120 W/m2 v závislosti na teplo-technických vlastnostech objektu a venkovní oblastní výpočtové teplotě. Tloušťka betonové mazaniny pro přímotopné podlahy vychází přibližně do 5 cm. K přesnému uložení topných kabelů v hloubce 3 až 5 cm pod povrchem podlahy slouží fixační pásy. Celková tlouš´tka podlahy včetně tepelné izolace se pohybuje v rozmezí 8 až 13 cm. U akumulačního a poloakumulačního vytápění musí být betonová vrstva dostatečně silná. Tloušťka betonové mazaniny pro poloakumulační podlahy vychází přibližně 8 cm a pro akumulační 10 cm a více. Instalovaný výkon se pohybuje v rozmezí 180 až 250 W/m2. K uložení kabelů v hloubce cca 6 cm se opět použije fixační pás. Celková tloušťka podlahy včetně tepelné izolace se pohybuje v rozmezí 18 až 24 cm. Možnou variantou je i doplňkové vytápění v extrémně nízké vrstvě. V případě, že je podlaha již hotová lze využít samolepící elektrické topné rohože přímo na beton, PVC, dlažbu či parkety. Na ni se rozvine prodyšný koberec nebo položí laminátová plovoucí podlaha (obr. 3) bez vrstvy mirelonu (funkci mirelonu přebírá izolační podložka, která je součástí topné rohože) či v koupelně přilepí nová dlažba. Toto řešení slouží však pouze jako doplněk stávajícího vytápění pro zlepšení lokální tepelné pohody nohou při kontaktu s podlahou. Tepelný výkon podlahy nepokrývá tepelnou ztrátu místnosti.

Obr. 3 Doplňkové vytápění v extrémně nízké vrstvě 1.1.1 Přímotopné podlahové vytápění Elektrické přímotopné podlahové vytápění lze instalovat do nových i renovovaných betonových podlah, stejně jako do všech typů dřevěných podlah a to jako celkové či pouze doplňkové (obr.4).



Abychom minimalizovali prostup tepla směrem dolů od roviny topných kabelů a zajistili co nejúspornější provoz, je potřebné tepelně izolovat podlahu pod topnými kabely podle stejných zásad jako u podlahového teplovodního vytápění. Výběr podlahové krytiny není téměř omezen, přesto by tepelný odpor podlahové krytiny neměl překročit hodnotu 0,15 m2.K/W. Při montáži topných kabelů by poloměr ohybu neměl být menší než šestinásobek vlastního průměru kabelu. Hloubka uložení se pohybuje od 3 do 5 cm a vzdálenost mezi jednotlivými smyčkami by měla být stejná jako je šířka smyček (od 10 do 20 cm). Vzhledem k rovnoměrnému rozložení tepelného toku můžeme říci, že čím větší je vzdálenost mezi smyčkami, tím hlouběji by měl být kabel uložen. Pro přesnější a snazší montáž se používají instalační pásy, které umožňují instalaci smyček v pravidelných roztečích po 2,5 cm (např. 10, 12,5, 15 cm). Tepelný tok směrem dolu omezujeme tepelnou izolací tak, aby nepřesáhl 10 až 15 % z celkového tepelného toku. Výrobci doporučují tloušťku tepelné izolace u přímotopných podlah minimálně 5 až 10 cm v závislosti na vlastnostech izolace. Vzhledem k tepelným dilatacím podlahy se provádí jako plovoucí s maximální plochou dilatečního celku 30 m2. Poměr stran by měl být menší než 1:2. Mezi dilatačními celky jsou dilatační spáry o tloušťce 1 až 2 cm vyplněné stále pružným tmelem. Topné kabely nesmí být obklopeny tepelně-izolačním materiálem, neboť nedostatečný odvod tepla by způsobil jejich přehřátí. Otopnou podlahovou plochu uvádíme do provozu postupným zvyšováním teploty až po úplném vyzrání zalévací směsi (u betonové mazaniny po 30ti dnech). K řízení přímotopného podlahového vytápění se využívají elektronické termostaty s čidlem snímajícím teplotu podlahy, teplotu okolního vzduchu ve vytápěném prostoru nebo jejich vzájemnou kombinací. Pro celkové vytápění je potřebné využít termostat s čidly, které snímají teplotu podlahy i prostoru současně. Pro doplňkové vytápění postačí termostat s podlahovým čidlem. Termostaty se montují na zeď či na lištu do rozvaděče.

a)



b)

c)

Obr. 4 Skladba přímotopného elektrického vytápění Podlaha na rostlé půdě, b) Betonová podlaha v koupelně, c) Dřevěná podlaha

U přímotopného podlahového vytápění se používají topné kabely s maximálním tepelným výkonem 18 W/m. V mnohých případech však nemůžeme pro požadovaný tepelný výkon využít celou podlahovou plochu a tak se velikost otopné plochy zmenší (např. o půdorys vany, kuchyňské linky, postele s úložným prostorem apod.). Zde musíme zvýšit instalovaný výkon v otopné ploše v místnostech určených k dlouhodobému pobytu max. na 120 W/m2 a v koupelnách max. na 140 W/m2, abychom pokryly tepelnou ztrátu místnosti. V objektech s nízkými tepelnými ztrátami si můžeme dovolit vzhledem k větší pružnosti reagování otopné plochy předimenzovat výkon až o 20 %. Vždy však musíme dbát požadavku nepřekročení maximální přípustné povrchové teploty podlahy. Příklad: Mějme kuchyň o ploše 20 m2 s tepelnou ztrátou 1300 W. Využitelná plocha pro otopnou plochu (bez kuchyňské linky) je 16 m2. Potřebný měrný tepelný výkon je dán podílem tepelné ztráty a velikosti otopné plochy a činí 81 W/m2. Z podkladů výrobce topných kabelů tak vybereme kabel typ 18 o tepelném výkonu 1485 W, při napětí 220 V, dodávaný v délce 90 m. navýšení výkonu tak činí 14 %. Otopná plocha bude reagovat rychleji a pokryjeme tepelný tok jdoucí dolu (10 až 15 %).



1.1.2 Akumulační a poloakumulační podlahové vytápění Akumulační elektrické podlahové vytápění je určeno především pro podlahy přízemních místností tam, kde je možno využít sníženého cenového tarifu při odběru elektřiny. Důležitým předpokladem pro návrh je zjištění, po jakou dobu budeme moci odebírat elektřinu v nižším tarifu. Zpravidla jde o osm hodin a to v celku nebo rozdělený do dvou max. tří časových úseků. Teplo dodané topnými kabely v betonové vrstvě je akumulováno v době nízkého tarifu do betonu a po zbývající část dne postupně uvolňováno do vytápěného prostoru. Povrchová teplota akumulační podlahy by v průběhu denního provozu neměla překročit střední přípustnou povrchovou teplotu o více než 6,5 K. Typický průběh povrchové teploty během dne akumulační podlahy s dvoufázovou akumulací (8 a 2 hod.) je na obr. 5.

Obr. 5 Denní průběh povrchové teploty akumulační podlahy Akumulační a poloakumulační otopná plocha je řízena ekvitermními regulátory (termostaty) či regulátory nové generace s adaptivní funkcí. Speciální regulátory jsou vyvinuty pro řízení v období nízkých a vysokých tarifů. Základní verze pracují s venkovním a podlahovým čidlem a mohou být rozšířeny o spolupráci vnitřního termostatu podle údajů v referenční místnosti. Podlahové čidlo se stará o nepřekročení maximální nastavené teploty v podlaze (většinou cca 60°C). Při regulaci akumulačního a poloakumulačního elektrického vytápění se využívají i regulátory pracující na principu fuzzy logiky, které umožňují řízení teploty na základě nepřetržitého porovnávání venkovní teploty a zbytkového tepla v podlaze (podlahové čidlo neslouží pouze k omezení max. teploty). Konkrétně to znamená, že si regulátor při náhlém poklesu venkovní teploty zjistí množství zbytkového tepla v podlaze a sám vyhodnotí, zda je zapotřebí sepnout (vytápět) či nikoli. Pokud není teplotní ekvivalent v podlaze dostatečně vysoký, regulátor určí, kolik hodin je potřeba přitápět. Tento hodnotící proces probíhá v regulátoru nepřetržitě.



Pro akumulační vytápění jsou určeny dvoužilové topné kabely většinou o výkonu 18 W/m. I u akumulačního elektrického podlahového vytápění je třeba počítat s hygienicky přípustnou nepřekročitelnou povrchovou teplotou otopné plochy, jako je tomu u teplovodního podlahového vytápění. Pro místnosti s trvalým pobytem a celkovou tloušťkou betonu 12 cm (6 cm nad kabely) vychází maximální měrný tepelný výkon na 200 W/m2 a pro koupelny 240 W/m2. U velkých zasklených ploch je vhodné provádět ještě tzv. okrajovou intenzivní zónu v podobě samostatné přímotopné otopné plochy, která má jak prostorové, tak podlahové čidlo teploty k zabránění přehřátí. V intenzivní okrajové zóně se kabely kladou do hloubky 3 až 5 cm, aby mohly rychle reagovat na změněné podmínky. Změny oproti přímotopnému vytápění spočívají v navýšení betonové vrstvy nad topnými kabely (cca 5 až 8 cm) a ve zlepšení tepelné izolace pod topnými kabely. Tloušťka tepelné izolace se pohybuje v rozmezí 7 až 15 cm v závislosti na použité izolaci a na prostoru pod vytápěnou podlahou. Topné kabely jsou opět fixovány instalačními pásy pro zajištění rovnoměrné pokládky. Při instalaci se snažíme vyhýbat zastavěným plochám nábytkem plně dosedajícím na podlahu (kuchyňská linka, obývací stěna, postel s úložným prostorem apod.) a otopnou podlahovou plochu uvádíme do provozu postupným zvyšováním teploty až po úplném vyzrání betonové mazaniny, tj.cca po 30ti dnech. U nás je obvyklé počítat s noční dodávkou elektrického proudu se sníženým tarifem mezi 24.00 až 6.00 h a denní mezi 13.00 až 15.00. Toto časové rozvržení nemusí všude odpovídat, ale důležité je, že máme k dispozici 8 hod. odběru se sníženým tarifem. Při výpočtu instalovaného výkonu uvažujeme ještě jakýsi bezpečnostní součinitel f, který zohledňuje rychlejší reakci na náhlou změnu klimatických podmínek a tepelný tok směrem dolu. Celkový instalovaný výkon Q určíme:

Q=

kde

Qc ⋅ τ ⋅ f τn

Qc

celková tepelná ztráta [W]

τ

celková doba provozu [h]

τn

doba nízkého tarifu [h]

f

bezpečnostní součinitel = 1,2

[W],

Příklad: Obývací pokoj s francouzským oknem má plochu 35 m2. Tepelná ztráta činí 2480 W. Maximální přípustný instalovaný měrný tepelný výkon pro naši akumulační podlahu, vzhledem k povrchové teplotě podlahy, je 200 W/m2. Pokud budeme celou plochu obýváku vytápět akumulačním způsobem dostaneme:



Q=

Qc ⋅ τ ⋅ f 2480 ⋅ 24 ⋅ 1,2 = = 8928 W τn 8

Tento výkon je nutno instalovat do podlahy v případě, že využijeme pouze výhodnější sazbu pro akumulační vytápění. Avšak maximální možný instalovaný výkon vzhledem k povrchové teplotě podlahy a možnostem kabelů je

Qmax = q max ⋅ S = 200 ⋅ 35 = 7000 W Když porovnáme potřebný výkon a maximální přípustný zjistíme, že nepokryjeme tepelnou ztrátu místnosti. Bude tak, i vzhledem k francouzskému oknu a jeho vlivu na tepelnou pohodu prostředí, vhodné použít přímotopnou okrajovou intenzivní zónu řízenou bez ohledu na nižší tarif odběru elektrické energie. Pro akumulační vytápění využijeme plochu pouze 30 m2 a instalovaný tepelný výkon této plochy bude:

Q30 = q max ⋅ S = 200 ⋅ 30 = 6000

W

Rozdíl požadovaného a celkového výkonu akumulační otopné plochy, který bude pokryt přímotopnou intenzivní okrajovou zónou o velikosti 5 m2 činí 2928 W (8928 – 6000). S ohledem na možnost využívání, resp. nabíjení přímotopné otopné plochy 24 h. denně a akumulační pouze 8 h. denně (tj. 1/3) vydělíme výkon 2928 W číslem 3 a dostaneme 976 W. Tento výkon bude instalován do 5 m2 a tak získáme měrný tepelný tok 195 W/m2. Hodnota je přípustná a zároveň tímto řešením pokryjeme celkovou tepelnou ztrátu místnosti. Elektrické topné rohože a kabely mají i jiné využití jako např. ohřev nádob, čističek vod, anténních parabol, potrubí okapových žlabů a svodů, venkovních ploch proti sněhu a náledí, temperování kostelních lavic atd.

1.2

Stěnové velkoplošné vytápění

U stěnového vytápění jde o uložení topného kabelu na stěnu pod omítku. Na rozdíl od podlahového vytápění má stěnové vytápění svá specifika, ale i mnoho společného. Povrchová teplota může být podstatně vyšší než je u podlahy a otopná plocha se neprovádí jako akumulační. U stěnové otopné plochy je na stěnu nejdříve upevněna tepelná izolace. Dostatečnou tloušťku tepelné izolace vyžadují především zdi obvodového pláště objektu. Na tepelnou izolaci jsou upevněny topné kabely či rohože, které jsou zakryty omítkou. Otopná plocha, a zejména ta, která tvoří pouze část stěny, by měla být oddělena od zbytku stěny stále pružnou dilatační spárou. Pouze tak zaručíme, že nedojde k pozdějšímu popraskání omítky stěny.



Stěnové vytápění topnými kabely a rohožemi není příliš obvyklé a přednost se dává použití sálavých panelů které se umísťují na stěnu v sadě alespoň tří, aby se optimalizovala regulace výkonu ve stupních vypínáním jednotlivých panelů prostorovým termostatem.

2. Sálavé panely Elektrické sálavé panely mají podobu plochých desek vyrobených z ocelového nebo hliníkového plechu. Zadní strana je tepelně izolována a přední deska je rovnoměrně zahřívána odporově topnou fólií. Na vnitřní účinné straně s topnou fólií je povrch plechu upraven izolačním elektrickým nátěrem. Elektrické sálavé panely se používají jako stropní či jako nástěnné. U stropních panelů, které jsou součástí stropní konstrukce se na zadní straně panelu sdílí cca 10 % tepla, které pro vytápění místnosti nevyužijeme. U nástěnných panelů je to cca 15 %, avšak těchto 15 % rovněž využijeme v podobě konvekční složky. Výkon účinné přední strany sálavého panelu je dán:

Q = α ⋅ S p ⋅ (t p − t i ) = q ⋅ S p kde

2.1

[W],

α

součinitel přestupu tepla [W/m2K]

Sp

účinná plocha panelu [m2]

tp

povrchová teplota panelu [°C]

ti

teplota okolního vzduchu [°C]

q

měrný tepelný výkon účinné přední strany [W/m2]

Stropní sálavé panely

Pro návrh stropních sálavých panelů je rozhodující součinitel přestupu tepla u panelu a povrchová teplota panelu. Za předpokladu, že plocha stropních panelů je menší než plocha nevytápěných osálaných stěn je součinitel přestupu tepla sáláním dán vztahem:

(273 + t ) − (273 + t ) ⋅e⋅ 10 ⋅ (t − t ) 4

α sp = C č

p

o

8

p

4

= C p ⋅ ξ po

o

Součinitel sálání elektrických panelů opatřených standardní povrchovou úpravou je Cp=5,4 W/m2K4.



Pro sdílení tepla je však potřebný celkový součinitel přestupu tepla, který je složen ze součinitele přestupu tepla sáláním αsp a konvekcí αkp podle následujícího vztahu.

α = α kp + α sp Součinitel přestupu tepla konvekcí lze určit podle Kollmarova kriteriální rovnice [3] pro úzké stropní plochy

α kp = 1,28 ⋅ (t p − t i )

0 , 25

Tab. 2 udává vypočtené součinitele přestupu tepla konvekcí a sáláním při teplotě vzduchu a okolních stěn 20°C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu. Výpočtovou teplotu již nesnižujeme jako dříve na 18°C, ale tepelné ztráty pro sálavé vytápění počítáme bez přirážky na vyrovnání vlivu chladných stěn. Stejným způsobem počítáme tepelné ztráty i pro místnosti s podlahovým vytápěním. Tab.2 Součinitele přestupu tepla konvekcí a sáláním u stropních panelů při teplotě vzduchu a okolních stěn 20°C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu tp [°C]

50

55

60

65

70

75

80

85

90

αsp [W/m2K]

6,3

6,5

6,7

6,8

7,0

7,2

7,3

7,5

7,7

αkp [W/m2K]

3,0

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,6

3,7

α [W/m2K]

9,3

9,6

9,9

10,1

10,4

10,7

10,9

11,1

11,4

Při určování celkového výkonu sálavého panelu musíme mít na paměti, že bude větší než tepelný výkon dodávaný přímo do vytápěného prostoru a pokrývající tepelnou ztrátu o tepelný výkon sdílený zadní stranou. Tepelný tok sdílený na zadní izolované straně panelu je cca 10 až 15 % celkového tepelného výkonu. U stropního vytápění je důležité ohlídat povrchovou teplotu otopné plochy, neboť vysoká teplota by způsobila nadměrné osálání temene hlavy a tak výraznou tepelnou nepohodu. Přípustnou povrchovou teplotu stropní otopné plochy - panelu pro různé výšky stropu a velikosti otopné plochy udává obr. 6.

Určující rovnice, uplatněná rovněž na obr. 6, tepelně-fyziologicky určující povrchovou teplotu stropu nabývá tvar



2



ϕ

t p,max = (2 − ϕ ) ⋅ 18 +



[°C]

kde ϕ je poměr osálání [-].



Obr. 6 Přípustná povrchová teplota stropu při teplotě vzduchu 20 °C podle Kollmara. Podle předpisů se kontroluje operativní teplota a intenzita sálání v místě hlavy, která nemá překročit 200 W/m2.

2.2

Stěnové sálavé panely

Stěnové sálavé panely lze použít jako běžná otopná tělesa. Zavěšují se s odstupem od stěny, čímž se využije i teplo sdílené ze zadní strany panelu v podobě konvekce. Stěnové sálavé panely bychom však neměli instalovat proti oknu, neboť sáláním proti okenní ploše zvyšujeme tepelnou ztrátu a zároveň zmenšujeme množství tepla dodávané vytápěné místnosti. Pro přestup tepla u stěnových panelů platí rovněž, že celkový součinitel přestupu tepla je složen ze součinitele přestupu tepla sáláním a konvekcí. Součinitel přestupu tepla sáláním bude definován stejně jako u stropních panelů avšak součinitel přestupu tepla konvekcí bude jiný. Uvažujme pro přestup tepla konvekcí kriteriální rovnici podle [1] danou vztahem:

α kp = 1,6 ⋅ (t p − t i )

0,3

kde

tp

povrchová teplota panelu [°C]

ti

teplota okolního vzduchu [°C].

Podíváme –li se na tab.3 vidíme, že u stěnových panelů nejde o výrazně sálavé vytápění, protože přestup tepla sáláním je pouze o něco větší než přestup tepla konvekcí. Rovněž je možné uvažovat, že se zadní stranou panelu sdílí nejméně 15 % celkového tepelného toku. Tento tepelný tok připočítáváme k tepelnému toku



sdílenému přední stranou a tak stěnové panely využívají celý elektrický příkon pro vytápění místnosti. Tab. 3 Součinitele přestupu tepla konvekcí a sáláním u stěnových panelů při teplotě vzduchu a okolních stěn 20°C v závislosti na povrchové teplotě sálavého panelu tp [°C] αsp [W/m2K] 2

αkp [W/m K] 2

α [W/m K]

50

55

60

65

70

75

80

85

90

6,3

6,5

6,7

6,8

7,0

7,2

7,3

7,5

7,7

4,4

4,7

4,8

5,0

5,2

5,3

5,5

5,6

5,7

10,7

11,2

11,5

11,8

12,2

12,5

12,8

13,1

13,4

Literatura: [1] Bašta, J.: Otopné plochy. Praha 2001: Ediční středisko ČVUT - kniha. 328 s. ISBN 80-01-02365-6. [2] Bašta, J: Kombinované otopné soustavy aneb soustavy s otopnými tělesy a podlahovou otopnou plochou. VVI, 2000, roč. 9, č. 2, s. 63 - 66. [3] Kollmar, A.: Die Wärmeabgabe der Rohrdeckenheizung. Ges.-Ing. 80, 1959, 4.1, s. 1-11. [4] Cihelka, J.: Praktický výpočet stropního sálavého vytápění. Zdravotní technika a vzduchotechnika 4, 1961, č. 2, s. 70-78.



Téma: Zemní plyn ve vytápění Problémová místa při návrhu kombinovaných solárního zařízení s plynovým kotlem Ing. Vít Gabriel Úvod Alternativní zdroje energie prožívají na přelomu tisíciletí renesanci. V Evropě má využití sluneční energie pro vytápění poměrně bohatou historii, zejména díky vhodné dlouhodobé politice zemí EU, podporující využívání obnovitelných zdrojů energie. Švýcarsko, Rakousko či Německo, to jsou země, kde již řadu let existují různé podpůrné programy jejichž snahou je na komerční bázi zvýšit motivaci potenciálních zájemců o obnovitelné zdroje energie. Cíl je jednoznačný: snížení emisí tzv. skleníkových plynů na kterých se významně podíly oxid uhličitý (CO2), vznikající spalováním fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn). Také v České Republice existuje dotační program pod záštitou Státního fondu životního prostředí (SFŽP, www.sfzp.cz) a České energetické agentury (ČEA, www.cea.cz). Bohužel právě mechanizmus získání konkrétní dotace pro malé privátní investory je komplikovanější než je tomu běžné u našich západních sousedů a nejistota při získávání dotací se dozajista podílí na menším zájmu veřejnosti o tyto prospěšné technologie. Definice solárního zařízení V tomto příspěvku se budeme věnovat menším a středním kombinovaným systémům (solární kolektory + plynový kotel) pro rodinné domy a střední firemní objekty. Tyto systémy využívají zpravidla pouze denní akumulace solární energie a využívají ji k ohřevu TUV, k podpoře vytápění v přechodovém období a eventuelně pro ohřev bazénové vody. Zcela samostatnou kapitolou jsou solární systémy využívající sezónní akumulaci tepla pro vytápění v zimních měsících. Tato zařízení jsou dnes spíše otázkou experimentálních pilotních projektů a vyžadují zcela individuální přístup. Předmětem zájmu tedy budou zařízení o celkové kolektorové ploše do 20 m2 s maximálně dvěma kolektorovými poli. Důležitým faktem u těchto zařízení je doplňkový zdroj tepla, který by měl být dimenzován, bez ohledu na navrženou absorpční plochu kolektorů, na celkovou tepelnou potřebu tepla vyplývající s požadavků pokrytí tepelné ztráty objektu, přípravu TUV a dalších technologií jako např. vzduchotechnika, ohřev bazénu apod. Samozřejmě je zde na místě uvažovat s nesoučasností jednotlivých požadavku dle obecně platných zvyklostí.

Doplňkový zdroj tepla Jako pomocný zdroj tepla se v kombinaci se solárními kolektory objevují prakticky všechny známe a dostupné zdroje tepla: plynové či olejové kotle, kotle na tuhá paliva, elektrické kotle a ve zcela ojedinělých případech tepelná čerpadla. Pro úplnost uvádím, že monovalentní solární zařízení s celoročním provozem je v našich zeměpisných podmínkách zcela nereálné. Nejčastěji se ve spojení se solárními



kolektory objevují plynové kotle, převážně v nástěnném provedení. Zde bohužel dochází často k nesprávné volbě typu plynového kotle, která sice přímo neovlivní funkčnost celého systému, ale může významně znehodnotit výslednou očekávanou úsporu paliva. Je zřejmé, že velmi výhodné jsou kondenzační kotle. Kondenzační kotle dosahují celkových ročních úspor paliva při vytápění a ohřevu TUV cca. 15 %. Uvážíme-li rozdíl mezi nástěnnými kondenzačními a nástěnnými nízkoteplotními (průtokovými) kotli cca. 20.000,- Kč, pak použití kondenzačního kotle jako doplňkového zdroje solárních bivalentních zařízení znamená jen minimální procentuální navýšení investice.

Solární kolektory Solární kolektory převádějí energie slunečního záření do teplosměnné látky. Pro účely vytápění se obvykle používají teplovodní kolektory deskové nebo trubicové. Kolektory se spojují do více kolektorových řad, které tvoří kolektorové pole. Rozhodujícím konstrukčním prvkem kolektorů je absorbér. Ten je tvořen z vhodně povrchově upravené absorpční plochy a registru měděných trubek. Kvalita povrchové vrstvy absorbéru rozhoduje o tom, zda bude pohlceno i rozptýlené (difúzní) sluneční záření, které převládá v zimních měsících, tedy v době, kdy jsou požadavky na výkon největší. Pro snížení tepelných ztrát konvekcí jsou některé kolektory vakuovány nebo plněny vzácnými plyny. Často v praxi dochází, z důvodů finančních úspor, k volbě různých výrobců jednotlivých komponentů zařízení (kolektory, regulační systém, zásobníky). Málokdy přitom bývá zohledněno umístění a parametry čidel použitého regulačního systému a na kolektorech či zásobnících připravených jímek. Velmi častým jevem bývá poddimenzování plochy kolektorového pole nesprávným přiřazením sice stejného počtu kolektoru jiného výrobce, ale s menší čistou absorpční plochou. Naopak předimenzování absorpční plochy vůči akumulačním nádobám ve snaze dosáhnout lepších zisků v zimním období může vést k neúnosným tepelným ziskům v letním období. Pokud není solární soustava vybavena automaticky řízeným vychlazovacím okruhem, pak dochází často k přehřátí celé soustavy, například v nepřítomnosti uživatelů během víkendů. Pro takové případy bývají řídící regulátory vybaveny bezpečnostní funkcí, která blokuje solární oběhové čerpadlo při teplotách nad 120 °C. Tím je sice ochráněna instalace v kotelně, ale tepelné zatížení neprotékaných kolektorů narůstá. Kvalitní solární kolektory bývají těmto extrémním vlivům dlouhodobě odolné, nicméně takováto tepelná zátěž bývá příčinou rychlé degradace solární látky – dnes nejčastěji směs vody a polypropylenglykolu. Solární zařízení pracující ve vyšším teplotním pásmu než je optimální lze poznat velmi rychle prostou vizuální a čichovou kontrolou odebraného vzorku solární látky. Jinak bezbarvá a nearomatická solární látka získává s rostoucí tepelnou degradací hnědé zabarvení a zápach spáleniny. Taková solární látka už nezaručuje odolnost proti mrazu ale ani odolnost proti varu. Fatální chybou bývá nevhodná volba materiálu potrubí solárního okruhu. Vhodné a prakticky všemi výrobci doporučované jsou rozvody z mědi se spojováním tvarovek tvrdou pájkou. Měkké pájení, hojně používané v teplovodních otopných soustavách, nezaručuje u solárních okruhů dlouhodobou těsnost.

Regulační systém



Komfortní a úsporný provoz bivalentního solárního zařízení jednoznačně určuje použitá regulační technika. Používají se dva systémy řízení: autonomní řízení solárního okruhu zcela nezávislé na regulačním přístroji kotle a řízení solárního okruhu s vazbou na plynový kotel a akční prvky jednotlivých otopných okruhů. Druhá možnost je podstatně energeticky výhodnější, neboť zpravidla umožňuje využít tzv. „optimalizační funkce pro zvýšení využití podílu solárního zisku“. Jedná se v podstatě o cílené potlačení startů plynového kotle, s ponecháním možnosti dosažení žádané teploty v zásobníku TUV nebo akumulačním zásobníku solárními kolektory, při současném splnění míry komfortu nastavitelné uživatelem. Samozřejmostí bývá řízení oběhového čerpadla v solárním okruhu s proměnnými otáčkami. Porovnává teplota na výstupu z kolektorového pole a ve spodní části solárního zásobníku. Je-li rozdíl teplot např. 4 K, oběhové solární čerpadlo běží na minimální otáčky. Klesne-li rozdíl teplot pod tuto hodnotu, čerpadlo se zastaví. V rozmezí 4 až 8 K čerpadlo moduluje z min. otáček na maximální a při rozdílu teplot nad 8 K běží na maximum. Další cenná procenta lze získat řízením obtoku akumulačního zásobníku v případě kombinovaného solárního zařízení s podporou vytápění. Principem je opět porovnávání teplotní diference mezi vratnou vodu otopné soustavy a výstupní otopnou vodu z akumulačního zásobníku.

Solární kompletní stanice Moderní solární kolektory jsou konstruovány jako maloobjemové tak, aby odezva na osvit kolektoru byla co nejrychlejší. Z toho vyplývají malé dimenze sběrného potrubí, které znemožňují díky vyššímu odporu využití přirozeného samotížného oběhu v solárním okruhu. Proto je nutné průtok kolektorovým polem, při různých provozních podmínkách (různé intenzitě záření), zajistit přesně řízeným oběhovým čerpadlem, nejlépe s proměnným řízením otáček. Solární kompletní stanice pečují o dopravu tepla absorbovaného kolektorem do kotelny (zásobníku). Jsou vybaveny odpovídajícím oběhovým čerpadlem a zabezpečovacími komponenty jako je pojistný ventil, škrtící ventil, vypouštěcí /napouštěcí kohout a šroubením pro připojení expanzní nádoby. Všechny potřebné komponenty bývají účelně integrovány pod skříň z tvrzeného tepelně-izolačního polystyrenu – potom hovoříme o tzv. kompletních solárních stanicí. Kompletní stanice mohou být také vybaveny integrovanou regulací solárního okruhu. K dispozici bývají digitální regulační přístroje pro řízení až dvou spotřebičů (např. zásobník TUV a akumulační zásobník pro podporu vytápění, nebo zásobník TUV a bazénový výměník).

Solární zásobníky V současném sortimentu je celá řada solárních zásobníků, od těch nejjednodušších tzv. bivalentních s dvojicí trubkových výměníků až po špičkové solární zásobníky umožňující stratifikační, neboli vrstvené nabíjení. U těchto záobníků je zaručeno, že i při krátkodobém oslunění kolektorů je k dispozici v horní části zásobníku vždy nejteplejší voda k odběru. Konstrukčně zajímavé a funkčně velmi výhodné jsou kombinované zásobníky, které jsou řešeny jako nádoba v nádobě. Tak lze v jednom zásobníku ohřívat jak otopnou vodu pro vytápění (vnější zásobník), tak i teplou užitkovou vodu (vnitřní zásobník). Samozřejmostí bývá možnost vložení elektrické topné patrony pro letní provoz s odstaveným plynovým kotlem v případě, že je v místě výhodný tarif. Zásobníky umožňuji připojení dalších tepelných zdrojů, např.



kotle na tuhá paliva, krbové vložky, tepelného čerpadla apod. realizovat multivalentní solární zařízení.

Tak lze v podstatě

Závěr Kombinovaná solární zařízení jsou poměrně složité funkční celky, u kterých je kladen velký důraz na optimalizaci a návaznost jednotlivých komponentů. Pouze při splnění tohoto požadavku lze dosáhnout spolehlivého a hlavně úsporného provozu. Výhodou pro projektanty, ale i pro montážní firmy představují výrobci nabízející ve svých výrobních programech všechny hlavní komponenty solárních kombinovaných zařízení – kolektory, zásobníky, regulace, plynové kotle. Klíčovým argumentem u těchto zařízení „z jedné ruky“ je uplatňování záruk u jediného výrobce.



Plynové vytápění průmyslových hal Ing.Miroslav Kotrbatý KOTRBATÝ V. M. Z., s. r. o. Plynná paliva přinesla do zásobování průmyslových závodů teplem zcela novou koncepci ve vytápění velkoprostorových objektů jako jsou průmyslové haly a skladové objekty.Došlo k decentralizaci vytápění,odpadají centrální zdroje tepla a přechází se na přímotopná plynová zařízení.Nejprogresivnějšími jsou infračervené plynové zářiče.Podle způsobu spalování plynu a s tím související jak konstrukci samotného zářiče,tak i povrchové teploty činné otopné plochy,se zářiče dělí na tmavé a světlé.Dalším zařízením využívajícím plyn jako palivo,jsou nástěnné přímotopné teplovzdušné jednotky.Axiální ventilátory v těchto jednotkách je předurčují k použití pro vytápění s cirkulací vzduchu ve vytápěném prostoru.S ventilátory radiálními je možné je zařazovat do kompaktních zařízeních vybavených dalšími zařízeními,jako jsou filtry,směšovací komory,různé klapky a vzduchovody.

Zářiče tmavé spalují plynnou hořlavou směs pomocí atmosférického hořáku.Spaliny jsou přiváděny do otopné trubice. Délka zářiče Povrchová teplota této trubice se na vstupu spalin má hodnotu kolem 500ºC.Na výstupu by se pak měla pohybovat v rozmezí 180 ÷ 200ºC.Toto rozmezí mezi teplotou povrchu otopné trubice na vstupu spalin a na jejich výstupu ze zářiče je dáno délkou otopné trubice.Při zkrácení otopné trubice (snížení ceny) dochází k odvodu spalin o teplotách 250ºC i vyšších.Takový přístup výrobce vede k nehospodárnému provozu jinak výhodného systému vytápění – není plně využito tepelné kapacity přivedeného plynu. Reflexní zákryt Druhým ne méně ovlivňujícím konstrukčním prvkem je reflexní zákryt zářiče.Při mělkém zákrytu a bez čelních krytů tohoto zákrytu se podstatně zvyšuje konvekční složka,která se musí v daném případě připočítat do ztrát,neboť při zavěšování zářičů pod střešní plášť,tato část přivedeného tepla přijde do přímého kontaktu s chladnou plochou střechy nebo světlíku = zvýšené tepelné ztráty.Zářiče s mělkým zákrytem by se neměly zavěšovat v šikmé poloze,neboť jejich konvekční složka pak dosahuje více jak 50%.Zářič se dostává do kategorie konvekčního tělesa a jeho přednosti se tím potírají.Zajímavou roli hraje i materiál použitý na konstrukci zákrytu.Reflexní součinitel hliníkového zákrytu je vyšší proti nerezovému plech,avšak zde je zapotřebí vzít v úvahu jednak životnost zařízení a hlavně pak využití reflexních vlastností zákrytu – při větších průměrech otopných trubic se reflexní složka využívá v malém procentu.



Velikost zářičů Dalším ovlivňujícím aspektem, který má vliv na hospodárnost vytápění je velikost jednotlivých zářičů.Maximální výkon by měl dosahovat hodnoty do 50kW.Jsou to jednotková zařízení, která mají tu výhodu, kdy v případě,že se pod nimi právě nepracuje se dají odstavit z provozu – obsluhují určitou vymezenou část vytápěné plochy. Zvětšování jejich délky a tím jednotkového výkonu tato možnost odpadá – část plochy se v provozních pauzách vytápí zbytečně ( př.:ve druhé směně menší obslužnost). Rozsah použití Tmavé zářiče díky svoji konstrukci a provozním vlastnostem jsou velmi výhodné navrhovat pro celoplošné vytápění do výšek maximálně 6 ÷ 8 m.Jelikož jejich doba náběhu do plného výkonu se pohybuje do 20 min, je nevhodné použití v blízkosti vrat se záměrem plnění funkce „vratové clony“. Stejně tak je naprosto nepřijatelné jejich použití pro vytápění osamělých pracovišť.

Zářiče světlé mají činnou otopnou plochu tvořenou keramickými destičkami.Hořlavá směs prolíná otvory těchto destiček a na povrchu pak hoří.Teplota povrchu se pohybuje v rozmezí 850 ÷ 950ºC. Velikost zářičů Výkony zářičů světlých se pohybují v rozmezí 7 ÷ 45 kW.Jsou to jednotková zařízení,která obsluhují vždy jen určitou omezenou plochu. Mozaiková regulace Jednotkové zářiče mají tu výhodu,že jednotlivé zářiče je možné ručně odstavit i v automatického provozu regulované skupiny při použití tzv. „mozaikové regulace“každý zářič je kabelově,nebo bezdrátově připojen na řídící skříňku s regulátorem a týdenním programem.Tento způsob umožňuje maximální úspory plynu. Reflexní zákryty Konstrukce reflexních zákrytů hraje velice důležitou roli.Proti zářičům tmavým má zákryt a hlavně jeho tvar a materiál podstatný vliv na usměrnění sálavé složky na požadovanou vytápěnou plochu.Důležité hlavně při zavěšování zářičů do šikmé polohy. Rozsah použití Světlé zářiče mají velice široký rozsah použití.Hodí se jak pro celoplošné vytápění (výšky zavěšení zářičů h = 4,5 ÷ 20 m),tak také pro vytápění osamělých pracovišť a



ploch v blízkosti vrat.Tuto funkci mu umožňuje velice rychlý náběh do maximálního výkonu – 2 ÷ 3 min.

Kombinace s větráním Dosud neřešeným problémem je kombinace infravytápění a větrání objektu. V rozlehlých halách s infravytápěním bez přívodu čerstvého vzduchu dochází z hygienického hlediska k poměrně nepříznivým podmínkám. Kombinace s přímotopnými nástěnnými teplovzdušnými jednotkami Tento způsob přívodu a ohřevu větracího vzduchu přináší během topné sezony proměnné teploty přiváděného vzduchu. Ohřívače v jednotkách jsou schopny ohřát vzduch s konstantním teplotním rozdílem. Jde z pravidla o Δt = 30 K.Znamená to tedy,že při venkovní teplotě nasávaného vzduchu te = +12ºC bude výstupní teplota vzduchu tv = 42ºC. Při teplotě vzduchu te = -- 15ºC pak pouze tv = + 15ºC. Tyto proměnné hodnoty podstatně ovlivňují teplotní podmínky v oblasti pobytu člověka, neboť způsob přívodu vzduchu – nasměrováno konstantně nastavenými žaluziemi. V přechodném období přetápěno, v zimních špičkách chladný proud – ze zkušenosti: pracovníci odstavují teplovzdušné jednotky z provozu. Druhým energeticky nevýhodným prvkem je ta skutečnost,že vysoké teploty vypouštěného vzduchu úplně stírají princip ekonomického infravytápění. Zvyšuje se teplota vzduchu v celém prostoru a hlavně pak pod střešním pláštěm = zvýšené tepelné ztráty. Tento princip kombinace infravytápění s větráním je z hygienického i energetického hlediska nevhodný. Kombinace s bezpotrubním rozvodem vzduchu Novinkou, která řeší problém kombinace inravytápění a větrání s výměnou vzduchu v rozmezí n = 0,5 ÷ 1,5 x / hod je systém s tzv.bezpotrubním rozvodem nebo též soustředěným přívodem vzduchu. Vzduch se přivádí do větraného prostoru specielně konstruovanými vyústkami s malým součinitelem výřivosti ve výši cca 0,7 H výšky haly – pracovní zónou proudí zpětný proud. Vzduch je vypouštěn vodorovně,takže přívodní proud „vyplachuje“ horní část haly, čímž zároveň vrací zpět teplejší polštář vzduchu z podstřešního prostoru zpět do pracovní zóny. Situování přívodního proudu vzduchu a rozmístění infrazářičů musí být řešeno tak, aby byla minimálně ovlivněna konvekční složka infrazářičů.Dosah proudu větracího vzduchu při příčném profilu haly 18 x 7,8 m a vyústce se součinitelem výřivosti a = 0,7 je 56m .Této hodnoty je dosaženo při maximální rychlosti ve zpětném proudu ( kritický průřez ) vmax = 0,3 m/sec, na konci haly pak v max = 0,15 m/sec.Výška zavěšení zářičů h1 = 7,2 m,výška vyústky nad podlahou h2 = 5,5 m,Tmavé zářiče situovány ve vzdálenosti 4,5 m od vnějších stěn.Objem haly : 60 x 18 x 7,8 m = 8 424 m3. Výměna vzduchu větráním n = 1x / hod. Volí se jednotka M = 8 500 m3/hod. Teplota vypouštěného vzduchu tv = +16ºC ( konstantní během celé otopné sezony), což odpovídá teplotě vzduchu při infravytápění ( tg = 18ºC ; ts = 20ºC). Výstupní rychlost proudu vzduchu z vyústky v = 10 m/sec. Pro zajištění těchto podmínek se použije plynová teplovzdušná jednotka o výkonu M = 8 500 m3/hod a Q = 85 kW s pulzní regulací na konstantní teplotu tv = 16ºC ± 0,5 K. Tímto řešením se dosáhne požadovaného hygienického větrání během celé otopné sezony s minimální energetickou náročností.



Kombinace infravytápění se zdrojovým větráním Pro větší výměny vzduchu ( 3 ÷ 8 x/hod)je vhodná kombinace infravytápění se zdrojovým větráním. Venkovní větrací vzduch se přivádí do vytápěného prostoru malou rychlostí ( 0,1 ÷ 0,5 m/sec) pomocí velkoplošných vyústek umístěných při podlaze.Jeho teplota je o 1 ÷ 3K nižší, než je teplota vzduchu ve vytápěném prostoru. Tento vzduch „propláchne“ prostor při podlaze, ohřeje se od ní a strojního zařízení a pak teprve stoupá vzhůru ke střešnímu plášti, kde se buď odvádí přímo pomocí ventilátorů nebo přes rekuperační výměníky. Velkou energetickou úsporou je, že se množství vzduchu (výměna) přiváděného pomocí tohoto zařízení počítá pouze do výše 3,5 m nad podlahu. U tradičních způsobů se počítá celý objem větraného prostoru. Snížení spotřeby plynu pro větrání se tak pohybuje v hodnotách 40 ÷ 60 %. Nástěnné přímotopné plynové jednotky Nástěnné přímotopné plynové jednotky mají proti obdobnému zařízení vytápěné vodou výhodu, že vždy pracují na plný výkon a změna dodávky tepla do vytápěného prostoru se uskutečňuje systémem „otevřeno – zavřeno“. Tento princip zajišťuje trvale konstantní charakter vypouštěného proudu vzduchu. Nastavení nejvhodnější polohy žaluzií vyústek je trvalé pro celou otopnou sezonu. Určitou energetickou nevýhodou je teplota vypouštěného cirkulujícího vzduchu. Jelikož ohřívač vzduchu v jednotce zajišťuje ohřátí o 30K, pak jeho výstupní teplota je: 18ºC + 30 K = 48ºC. Proud vzduchu se obrací ke střešnímu plášti, kde pak vytváří teplý polštář, čímž se zvyšují tepelné ztráty – nevýhoda proti infrazářičům = vyšší spotřeba plynu o cca 10 ÷ 15 % . U vyšších hal větší. Proto se doporučují používat přímotopné plynové jednotky do hal o max výšce 8 ÷ 10 m. Transformace plyn – voda Transformace plyn – voda ( výtopna ) je vhodná pouze v případech , kde nelze do vytápěného prostoru umístit zařízení pro přímé spalování.I zde je pak maximálně výhodné použít pro vytápění sálavou soustavu – zavěšené sálavé panely.Je naprosto nevhodné navrhovat nástěnné teplovzdušné soupravy,které patří k nejméně hospodárným zařízením.Rozdíl ve spotřebě tepla činí cca 30 ÷ 40 %.



Kogenerační jednotka pro vytápění a výrobu elektřiny pro budovu Ing. Zdeněk Lerl DLOUHÝ I.T.A. s.r.o.

Úvod Neustálé diskuse o výhodách a nevýhodách decentralizované výroby elektrické energie v kombinaci s využitím tepla vznikajícím při tomto procesu soustřeďují často pozornost k dílčím pohledům na daný komplexní problém. Pokusil jsem se v tomto příspěvku postupovat u jednoho konkrétního technického řešení komplexně. Tímto příkladem je spalovací mikroturbína s generátorem k výrobě elektrické energie a se spalinovým kotlem – výměníkem tepla, který využívá teplo spalin vystupujících ze spalovací mikroturbíny k ohřevu teplonosné látky. Kogenerační zařízení na bázi mikroturbíny je možné zařadit ve smyslu zákona č. 86/2002 Sb,o ochraně ovzduší, § 4 „Kategorie a zařazování zdrojů znečišťování ovzduší“ mezi malé spalovací zdroje s jmenovitým tepelným výkonem nižším než 0,2 MW. Jako palivo lze použít plynná paliva nebo extra lehký topný olej. Příspěvek se zabývá rozborem provozních vlastností z energetického, ekologického a ekonomického hlediska.

takového

zařízení

Z energetického hlediska se porovnává využití paliva k získání tepla a elektrické energie v kogeneračním zařízení s mikroturbínou s využitím paliva k témuž účelu u jiných technologických postupů. U ekologického hlediska jsou porovnány emise u posuzovaného zařízení s emisemi jiných technologických postupů využívajících totéž palivo ve smyslu Nařízení vlády č. 352/2002 Sb. a jeho příloh. Z ekonomického hlediska je posuzována návratnost investice při porovnání provozních nákladů a výnosů u výše popisovaných zařízení. Posuzování konkurenceschopnosti výše popsaných zařízení, oproti jiným možnostem zajištění tepla a elektrické energie ze všech tří hledisek, to jest z hlediska energetického, ekologického i ekonomického je základem komplexního pohledu. Shrnutí výsledků těchto hodnocení umožňuje čtenáři vytvořit si vlastní úsudek. Pro zjednodušení nejsou do posuzování zařazena zařízení, která nepoužívají jako palivo zemní plyn.

Technický popis



Technický popis principu společné výroby elektrické energie a tepla ze zemního plynu uváděný pod názvem kogenerační zařízení. Nejprve několik všeobecně známých základních pojmů. Kogenerací je označována společná výroba tepla a el. energie, čehož se dosahuje užitím jednoho ze čtyř druhů zařízení. Tato zařízení se liší způsobem i stupněm přeměny primárního paliva na elektrickou energii a teplo. Jde se o kogeneraci parní, plynovou, paroplynovou a kogeneraci pomocí palivových článků. Plynová kogenerace Plynová kogenerace je označení pro společnou výrobu el. energie a tepla přímým spalováním plynu ve spalovací turbíně (otevřený Braytonův cyklus) nebo ve spalovacím motoru (otevřený Ottův cyklus), které pohánějí generátor při současném využitím odpadního tepla spalin a tepla z chlazení. Stupeň využití energie obsažené v primárním palivu na el. energii je cca 24 - 42%, účinnost výroby tepla je cca 35 57%, celková účinnost využití energie v palivu činí cca 72 -90%. Podmínkou je však požadavek používat ušlechtilá plynná nebo kapalná paliva. Zařízení lze provozovat i s jinými méně kvalitními palivy než je zemní plyn t.j. i s odpadními hořlavými plyny jako např. s bioplynem, dřevoplynem a skládkovým plynem. Nižší výhřevnost těchto plynů se však projeví v nižší účinnosti výroby elektrické energie. Parní kogenerace Za parní kogenerační zařízení je možno považovat klasickou teplárnu. Teplárenská zařízení spočívající v instalaci parního kotle, parní turbíny s protitlakým odběrem páry využívané jako zdroj tepla pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody jsou v naší zemi tradičním řešení uspokojování energetických potřeb městských sídlišť a průmyslových areálů. Paroplynová kogenerace Paroplynová kogenerace je označení pro společnou výrobu el. energie a tepla, kde se kombinuje zařízení na plynovou a parní kogeneraci. Odpadním teplem ze spalin spalovací turbíny nebo spalovacího motoru je vyráběna pára, která pohání soustrojí s parní turbínou, nebo je část takto vyrobené páry vstřikována do spalovací komory spalovací turbíny (tzv. Chengův cyklus). Elektrická účinnost paroplynového zařízení závisí na provozních parametrech spalovací turbíny, spalovacího motoru a parní turbíny, obvykle se pohybuje v rozmezí 38 - 46%, tepelná účinnost se pohybuje obvykle v rozmezí 25 - 40%. Palivové články Palivové články jsou technologií, ve která probíhá v současné době velmi bouřlivý vývoj. Jde o inverzní proces k elektrolýze vody elektrickým proudem, kde se po připojení stejnosměrného elektrického proudu k elektrodám ponořeným do elektrolytu na anodě vyvíjí kyslík O2 a na katodě vodík H2. U palivového článku je kyslík (vzduch) přiváděn k anodě a palivo vodík( případně metan) přiváděn ke katodě a na odporu



vloženém do propojení anody a katody vzniká elektrické napětí a proud. Při ději vzniká teplo, které je odváděno ve výměnících tepla například chladicí vodou. Jde o technologii budoucnosti, avšak současné investiční náklady omezují její použití v běžné topenářské praxi. Probíhající výzkumné práce ve vyspělých průmyslových zemích však poskytují optimistický předpoklad neustálého poklesu měrných nákladů na tato zařízení a tudíž i růst jejich uplatnění.

Podrobnější pohled na vlastnosti plynové mikroturbíny Plynová mikroturbína - soustrojí s kompresorem, plynovou turbínou a generátorem elektrické energie o výkonu do 100 kWe je v současné době na tuzemském trhu k dispozici. Tato zařízení s kompresorem, turbínou i generátorem na společném hřídeli s ohledem na výkon a geometrické rozměry musí pracovat ve vysokých otáčkách 70 000 až 100 000 1/min. Výstup z vysokofrekvenčního generátoru ( na př. 500 V, 1600 až 2333 Hz) je pomocí výkonových tyristorů transformován na požadované parametry sítě 400 V, 50 Hz. V České republice je zatím instalováno jen několik těchto zařízení. Provozní zkušenosti jsou převážně velmi dobré. Spalovací vzduch je stlačován kompresorem (na stejné hřídeli s turbínou), a veden do spalovací komory, kam je též přiváděn zemní plyn odpovídajícího tlaku. Není-li vstupní tlak plynu dostatečný, je stlačován kompresorem, který je součástí vybavení plynové trasy. Spaliny ze spalovací komory jsou přiváděny na lopatky spalovací turbíny pohánějící generátor elektrické energie. Z turbíny vystupují spaliny ochlazené, ale stále ještě s vysokou teplotou. Tepelná energie spalin vystupujících z turbíny je využívána jednak k ohřevu spalovacího vzduchu v rekuperačním výměníku a jednak ve spalinovém kotli - výměníku , který je zdrojem tepla pro ohřev topné vody používané v soustavě ústředního vytápění nebo k ohřevu teplé užitkové vody. Vychlazené spaliny se odvádějí komínem do okolního prostředí. Spalinový kotel má instalovaný obtok spalin, kterým je možno vypouštět spaliny do ovzduší bez využití jejich citelného tepla. Tohoto obtoku se obvykle užívá při najíždění turbíny nebo při přechodném nižším odběru tepla. Soustrojí u těchto malých zařízení bývá chlazeno vynuceným průtokem vzduchu ventilátorem. Chladicí vzduch je paralelně přiváděn se spalovacím vzduchem do jednotky. Teplo získané chlazením soustrojí se využívá pouze k temperování strojovny nebo je návazným vzduchotechnickým zařízením odváděno mimo objekt strojovny.

Energetické posouzení kogeneračních zařízení Zásadním faktorem určujícím kvalitativní stupeň přeměny primárního paliva v kogeneračním zařízení na elektrickou a tepelnou energii je elektrická resp. tepelná účinnost definovaná jako poměr elektrického resp. tepelného výkonu dodávaného zařízením k příkonu přiváděném v palivu. U plynových kogeneračních zařízení je energie paliva převáděna na elektrickou a tepelnou energii v soustrojí spalovací motor nebo ve spalovací turbína a generátor. V palivových článcích je energie obsažená v palivu převáděna na elektrickou energii a teplo přímo. U parní kogenerace je pro výrobu elektrické energie využita vodní pára, vytvořená v parním kotli spalováním paliva.U paroplynových kogeneračních zařízeních je využita energie spalin ve spalovací turbíně nebo ve



spalovacím motoru a také i energie vodní páry vytvořené ve spalinovém kotli – výměníku spalinami vystupujícími ze spalinové turbíny. Celková účinnost kogeneračního zařízení je dána součtem účinnosti elektrické a tepelné, i když jde o obtížně srovnatelné druhy energie. Účinnost produkce elektrické energie

ηe = Pe / Pp

Účinnost produkce tepla

ηt = Pt / Pp

Účinnost využití paliva celková

ηc = ηe + ηt

Zvolení určitého kogeneračního zařízení je ovlivněno kromě účinností využití paliva i jeho investičními a provozními náklady a cenovými poměry na trhu s energiemi. Vlivy na elektrickou účinnost mikroturbíny Na elektrickou účinnost jednotky má největší vliv teplota spalin za spalovací komorou na vstupu do turbíny. Teplota spalin je omezená, protože nemůže být překročena teplotní odolnost použitého materiálu lopatek. Palivo ve spalovací komoře je spalováno při vysokém přebytku vzduchu. Spaliny, které odcházejí ze spalovacích turbín větších než 0,5 MW mají proto obsah kyslíku cca 12 až 15 %, čemuž odpovídá přebytek vzduchu λ = Vvs / Vvsmin = 2,5 až 3,5 a teplota spalin přiváděných na lopatky turbíny 1 000 až 1 400 °C. U mikroturbíny, u které se pracuje s teplotami spalin na vstupu do turbíny nižšími t.j. kolem 800 °C jsou přebytky vzduchu ještě vyšší λ = 4,5 až 7,5. Elektrická účinnost se též zvyšuje s velikostí kompresního poměru tlaků turbíny. Velikost kompresního poměru ovlivňuje hodnota tlaku zemního plynu a tlaku spalovacího vzduchu. Elektrická účinnost spalovací turbíny je určena pro její nominální výkon a při snižování výkonu se elektrická účinnost snižuje a při zvyšování výkonu účinnost roste. Nominální výkon spalovací turbíny se určuje pro následující podmínky: - tlak vzduchu pv = 101 300 Pa, - teplota přiváděného vzduchu t v = + 15°C. Při snižující se teplotě přiváděného vzduchu se elektrický výkon zařízení zvyšuje a naopak. Při teplotě nasávaného vzduchu tv = -20°C vzroste výkon zařízení na cca 120% nominálního a při teplotě tv = +30°C poklesne výkon na cca 85% nominálního.

Výkon i účinnost zařízení ovlivňuje i technické řešení jeho napojení na přívod vzduchu a odvod spalin. Např. při zvýšení tlakové ztráty v sání spalovacího vzduchu o 3 kPa



dochází k poklesu výkonu o cca 8% a účinnosti cca o 5%. Při zvýšení o stejnou ztrátu na výtlaku spalin dochází k poklesu výkonu o cca 6% a účinnosti o 4%. Využitelnost parametrů spalin vystupujících z mikroturbíny na výrobu tepla pro vytápění nebo ohřev TUV. Mikroturbína je kogenerační zdroj s malými výkony do 100 kWe. Jako příklad jsou uvedeny provozní podmínky mikroturbíny schematicky znázorněné na obr.1. Zemní plyn - příkon Q = 11,6 Nm3/h t.j.108 kW při výhřevnosti zemního plynu 33,5 MJ/Nm3, - minimální vstupní absolutní tlak zemního plynu do zařízení je pmin. = 170 kPa. Tento tlak se před vstupem do spalovací komory zvýší na absolutní tlak pzp = 500 kPa. Zvýšení tlaku plynu zajistí kompresor zabudovaný do plynové trasy. Spalovací vzduch - průtok spalovacího vzduchu je nastaven na Msv = 936 kg/h. Spalovací vzduch je spolu s chladicím vzduchem přiváděn ze společného tlumiče zvuku a filtru. Potřebný tlak spalovacího vzduchu zajišťuje kompresor osazený na společné hřídeli s turbinou a generátorem, - výpočtová teplota nasávaného vzduchu tv1 = 15 °C, (při vyšší teplotě přiváděného vzduchu klesá elektrický výkon a účinnost zařízení), - teplota spalovacího vzduchu na vstupu do spalovací komory po stlačení v kompresoru a ohřátí v rekuperačním výměníku spaliny - vzduch dosáhne tv2 = 514 °C, Chladicí vzduch - průtok paralelně přiváděného chladicího vzduchu je předpokládán Mchv = 1 700 kg/h, - výpočtová teplota tv = 15 °C, (minimální – 20 °C, maximální 50 °C), ohřátý chladicí vzduch je odváděn do prostoru mimo jednotku. Spaliny -

růtok odváděných spalin Msp = 944 kg/h teplota spalin na vstupu do mikroturbíny tsp1 = 811 °C teplota vychlazených spalin tsp2 = 110 °C



Výstupy - Elektrický výkon na výstupu z jednotky se předpokládá Pe = 28 kWe, při parametrech 400 V, 50 Hz. Účinnost produkce elektrické energie ηe = 28/108 = 0,26 (26 %). Výstup z generátoru je vyšší o vnitřní spotřebu jednotky na zvýšení tlaku plynu, ventilátor chladicího vzduchu, transformaci elektrického proudu a řídící procesy. - Tepelný výkon na výstupu z jednotky se předpokládá Pt = 55 kWt při parametrech topné vody 80/60 °C a průtoku 2,35 m3/h. Účinnost produkce tepla ηt = 55 / 108 = 0,51 (51 %). - Komínová ztráta odvodem vychlazených spalin na 110 °C a průtoku 944 kg/h činí při činí Pk = 13 kW. Tato ztráta vztažená k energií obsažené v přiváděném palivu - zemním plynu činí zk = 12 %. - Odvod tepla chladicím vzduchem činí Pch = 10 kW. Tato ztráta vztažená k energií obsažené v přiváděném palivu - zemnímu plynu zch = 9,2 % , Zbývající 2 kW ( ztráta 1,8 %) je vlastní spotřeba elektrické energie zařízení.


ηc = ηe + ηt = 26 + 51 = 77 %

Vlivy na energetickou účinnost teplárenského provozu jako porovnávaného zařízení Na elektrickou účinnost teplárenského zařízení mají největší vliv parametry páry připravené v parním kotli a přivedené na vstup do parní turbíny. Teplota a tlak páry určují účinnost cyklu a následně účinnost výroby elektrické energie v parní turbíně podle vztahu: ηe = (h1 – h2) / (h1 – h4)

=

0,20 až 0,30 ( - ) = 20 až 30 % u turbíny s protitlakem

=

,30 až 0,40 ( - ) = 30 až 40 % u turbíny kondenzační

kde:

h1 = entalpie páry na vstupu do turbíny h2 = entalpie páry na výstupu z turbíny h4 = entalpie napájecí vody na vstupu do kotle



Vysokých účinností je možno dosahovat pouze u velkých zařízení, kde lze plně využít soudobých technických možností při konstrukci vysokotlakých parních kotlů a parních turbin s více stupni. Účinnost využití paliva v parním kotli závisí na minimalizaci ztrát, ze kterých je nejdůležitější komínová ztráta, závislá na vychlazení spalin. Účinnost využití tepla pro teplárenský proces souvisí se zajištěním plynulosti uplatnění tohoto tepla a omezení kolísání tohoto odběru. ηc = ηe + ηt = 23 + 54 = 77 %


Přiřadíme-li ke komínové ztrátě a vlastní ztrátě tepla celého zařízení v odhadové hodnotě 15 až 20 % i ztrátu tepla ve vnějších rozvodech tepla mimo objekty pak a předpokládáme-li že parní kotel používá zemní plyn pak lze s dostatečnou přesností předpokládat shodné využití paliva z energetického hlediska u obou zařízení. Vazba na životní prostředí Spalovací turbína Pro provoz spalovacích turbín z hlediska ochrany životního prostředí platí v ČR zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. Dále platí NV č. 352/2002 Sb. ze dne 3. července 2002, kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší , příloha č. 4, podskupina 1.1.8, Plynové turbíny: Objemový tok Emisní limit (mg/m3), vztaženo na normální stavové Referenční podmínky a suchý plyn spalin (m3/h) obsah O2 (%) TZL SO2 NOx CO < 60 000 > 60 000

100* 50**

1 700

350

100

15

1 700

300

100

15

* při spalování uhelných suspensí a energetických plynů z neveřejných distribučních sítí, nesmí být překročen stupeň tmavosti dýmu podle Bacharachovy stupnice, ** při spalování uhelných suspensí a energetických plynů z neveřejných distribučních sítí, nesmí být překročen stupeň tmavosti dýmu podle Bacharachovy stupnice, Oba případy uvedené pod poznámkami * a** nepřipadají u mikroturbín v úvahu.



Pro technické a nákladové nároky se s kombinací oběhu spalovací a parní turbíny, tzv. paroplynovým cyklem se u mikroturbín neuvažuje. Ve výjimečném případě stálého odběru páry pro využití tepla ze spalinového kotle by bylo možno u takto malých zařízení řešit paroplynovou variantu Chengovým cyklem. Pára z parního spalinového kotle - výměníku je částečně přiváděna do spalovací komory spalovací turbíny a tím se zvyšuje hmotnostní tok plynů na lopatky turbíny. Přiváděná pára zvyšuje nejen výkon spalovací turbíny, která v tomto režimu pracuje částečně jako parní turbína, ale zvyšuje i účinnost turbíny a snižuje obsah škodlivin (NOx) ve spalinách. Vstřikovaná pára do spalovací komory nemusí být přehřátá. Nevýhodou tohoto řešení jsou vyšší provozní náklady o stálou dodávku upravené přídavné vody odpovídající množství vstřikované páry. Toto množství vody se totiž jako pára po průchodu turbínou a spalinovým kotlem odvádí spolu se spalinami do atmosféry. Poměr množství vstřikované páry k průtoku spalin se u dosud provozovaných mnohonásobně větších zařízení pohybuje v rozmezí cca 5 - 20%. Užitím Chengova cyklu lze dosáhnout zvýšení elektrického výkonu turbíny maximálně o 40% a zvýšení její účinnosti nejvýše o 8%. Kotel na zemní plyn jako zdroj pro teplárenský provoz Jako porovnatelné zařízení z hlediska ekologické zátěže prostředí jsou použity účinky vznikající jednak při výrobě elektrické energie teplárenským způsobem a jednak při výrobě tepla v plynovém kotli se srovnatelném tepelném výkonu s plynovou turbínou. Pro provoz spalovacích turbín z hlediska ochrany životního prostředí platí v ČR zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. Dále platí NV č. 352/2002 Sb. ze dne 3. července 2002, kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší příloha č. 4, podskupina 1.1.4, Spalovací zařízení spalující plynná paliva: Jmenovitý Emisní limit (mg/m3), vztaženo na normální stavové Referenční tepelný výkon podmínky a suchý plyn obsah O2 (MW) (%) TZL SO2 NOx CO 0,2 < Q < 50

50

1)

35

2)

200

900 3)

100

3

300 4)

1) Pro plynná paliva z neveřejných distribučních sítí 2) Pro plynná paliva z veřejných distribučních sítí 3) Pro plynná paliva mimo paliva z veřejných distribučních sítí a koksárenský plyn 4) Při spalování propanu či butanu nebo jejich směsí Z uvedených limitů je patrné, že provoz mikroturbíny na zemní plyn může svými emisemi více zatěžovat ovzduší než srovnatelný výkon teplárenského provozu.



Ekonomické posouzení produktů mikroturbíny Posouzení konkurenceschopnosti realizovaného zdroje elektrické energie a tepla je založeno na porovnání ekonomických ukazatelů u mikroturbíny a u teplovodního kotle se stejným příkonem zemního plynu. Výnosy: Elektrická energie Pro zjednodušení je zvolena sazba se započtením měsíční sazby za sjednané maximum a s předpokladem, že nedojde k překročení sjednaného ¼ hodinového měsíčního maxima, pak průměrná cena elektrické energie podle cenového rozhodnutí Energetického regulačního úřadu z 27. listopadu 2002 vychází Ce = cca 1,50 Kč / kWhe. Pro daný příklad jsou výnosy využití vyrobené elektrické energie Ve = 28 x 1,50 = 42,00 Kč / h, roční 252 tis. Kč. Teplo Současná průměrná cena tepla je stanovena na Ct = 320 Kč / GJ ( 1,15 Kč / kWh) Pro daný příklad je hodinový výnos z využití tepla Vt = 55 x 1,15 = 63,25 Kč / h, roční 379,5 Kč. Náklady lze rozdělit na: Investiční Ni = 1 500 000,- Kč, z čehož náklad na vlastní mikroturbínu činí 1 100 000,- Kč Ostatní náklady ( stavební část, vzduchotechnika, odvody spalin a napojení na sítě ) 400 000.- Kč. Provozní -

-

-

náklady za palivo stanovené podle “Cenového rozhodnutí“ Energetického regulačního úřadu z 21. února 2003 o cenách zemního plynu vychází cena plynu složená z měsíčního platu a předpokládané spotřeby. Cena zemního plynu Czp = 0,70 Kč / kWh je vztažená ke spalnému teplu 37,8 MJ / mN3 = 10,51 kWh / mN3. Hodinový náklad na palivo činí 11,6 x 10,51 x 0,70 = 85,34 Kč / h, roční 512,0 tis. Kč provozní režie obsahující: náklady za vodu a ostatní energie, opravy a údržbu, mzdy a odvody z mezd. V daném případě 8 % z investičních nákladů na vlastní turbínu a 1,5 % ostatních investičních nákladů. Npr = 1 100 000 x 0.08 + 400 000 x 0,015 = 88 000 + 6 000 = 94 000,- Kč/r správní režie 30 300,- Kč/r (5% z nákladů). odpisy investice při životnosti 15 let činí Nod = 1 500 000 / 15 = 100 000,Kč/r finanční náklady tvoří splácení úvěru s 6 % úvěrem



-

roční inflace se předpokládá 2 %.

Zařízení

Kč

Kč Provozní

NPV

Čistá

IRR

(%)

PI

(%)

Investiční

náklady Np

hodnota

Vnitřní

Ukazatel

doba

náklady Ni

mimo plyn

úspor Kč

výnosová

ziskovosti

návratnosti

míra

Reálná

(r)

MT

1 500 000

224 300

- 2 666 000

není

- 178

MT A *

1 500 000

224 300

151 000

Teplárna

800 000

91 500

- 550 000

Teplárna B

800 000

91 500

289 000

10,9

36

757 000

23,7

151

7,4 není

10 - 69

není 13,2 není 9,1

** Kotel

500 000

*

66 833

4,9

Výnos u el. energie místo 1,50 Kč/kWh 3 Kč/kWh,

** Výnos u el. energie místo 1,50 Kč/kWh 3 Kč/kWh, Příslušná část teplárny s kotlem na zemní plyn Část teplárenské soustavy se shodným příkonem zemního plynu 11,6 Nm3/h (108 kW) Má přepočtený elektrický výkon 25 kWe a tepelný výkon 58 kWt. Kotel na zemní plyn a nákup elektrické energie ze sítě Kotel na zemní plyn je zařízení na výrobu tepla se zaručenou účinností ηt = 0,93. Při stejném příkonu zemního plynu 11,6 Nm3/h (108 kW) s předešlým případem je tepelný výkon kotle Pt = 108 x 0,93 = 100 kWt. Definice základních pojmů ekonomického hodnocení Kritérium aktualizovaného zisku (Net Present Value - NPV) je definováno vztahem Tp

NPV =

Σ CFt x (1+r)-t

(Kč)

t=0



kde: - CFt je tok hotovosti (Cash Flow) - r je reálný diskont - Tp je doba posuzování a současně životnosti zařízení 15 let Kritérium vnitřní úrokové míry (vnitřní výnosnost, Internal Rate of Return, IRR). Vnitřní úroková míra je definována jako taková úroková míra, při níž posuzovaná varianta není ani zisková, ani ztrátová a stanoví se z výrazu: Tp

Σ CFt x (1+IRR)-t

=0

t=0

Čistá doba návratnosti Td, je doba za kterou je kumulovaný diskontovaný tok hotovosti roven nule. Td

Σ CFt x (1+IRR)-Td

=0

t=0

Závěr Z předložených údajů a jejich zpracování vyplývá, že současné ceny zemního plynu a elektrické energie znemožňují bez výrazných dotací nebo změn cenových relací u výnosů realizaci kogeneračních zdrojů o nízkých výkonech typu spalovacích mikroturbín.

Literatura: ČEA : Příručka pro regionální využití kogeneračních zdrojů (2000)



Téma: Den pro solární energii SOLÁRNÍ AKTIVITY OBCE HOSTĚTÍN A AKCE SLUNCE PRO BÍLÉ KARPATY YVONNA GAILLY Ekologický institut Veronica (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Historie svépomocných systémů Historie svépomocně instalovaných solárních systémů v České republice není jistě kratší než kdekoli jinde v mírném pásu Evropy. Kutilové, zahrádkáři i majitelé zlatých českých ručiček hledali a nacházeli řešení, jak teplo ze Slunce využít pro ohřátí vody. Známe na černo natřené sudy, stočené hadice a podobná chytrá řešení. Pomocnou ruku těm, kteří zatím jen radiátory schovávali na půdě a pro zakoupení komerčního solárního systému neměli dost peněz nebo chuti, jsme se pokusili nabídnout už koncem devadesátých let. Velkou inspirací nám tehdy byla slavná historie svépomocných solárních systémů v Rakousku. Jejich šíření a účast desetitisícovek domácností v programu svépomocných instalací byly bezesporu jednou z nejvýznamnějších příčin nejen toho, že Rakousko je dnes se 0,3 m2 kolektorové plochy na osobu evropskou velmocí, ale i obrovského boomu komerčně instalovaných solárních systémů v této zemi. Zkušenosti s prvním českým programem svépomocných instalací jsme sbírali v programu Slunce pro Bílé Karpaty. Program představil stavebnicový solární systém, kterému musel pomáhat na svět i budoucí uživatel. Při montáži se seznamoval s jeho funkcí a přirozeně tak pronikal do podstaty užívání obnovitelného zdroje - Slunce. Tak byli osloveni především lidé, kteří již tradičně investiční náklady částečně nahrazují vložením vlastní práce a manuální zručností. První modelová zařízení s unikátně vytvářeným kolektorem o ploše 6 m2 a zásobníkem o objemu 700 l byla na třech obytných budovách v obci Hostětín instalována již v červenci 1997.



Měření účinnosti kolektoru - Bolečkovi, Hostětín 30 V následujících letech pak probíhalo sledování jejich energetické účinnosti. Z něho vyplynulo, že reálná je roční úspora 2 000 kWh. Měření se týkalo pouze využité energie, a to v místě odběru teplé vody. Pokud tedy solární systém nahradil ohřev elektřinou, což je v této oblasti nejčastější případ, odpovídá to v podmínkách ČR úspoře min. 1 500 kg CO2 za rok. V letech 1998 - 2001 vzniklo v rámci tohoto programu na 40 systémů!

Zkušenosti z Rakouska Dalším krokem, který již byl součástí česko-rakouského projektu Solární síť, bylo, že jsme při zdokonalování svépomocných systémů přenesli zkušenosti z Rakouska - od sdružení AEE - ARGE Erneuerbare Energie. To nejen pomáhá nejen s jejich výrobou, ale i s nákupem dalších komponent pro solární systémy. Kolektory využívají technologii TiNOX. V minulých letech byla plocha absorbéru sestavována z proužků, od loňského roku se využívají továrně připravované plechy s ultrazvukově přivařenými měděnými trubkami. Standardem svépomocných instalací je důsledné využívání dřeva pro veškeré oporné konstrukce a integrace kolektorů místo krytiny při instalaci na šikmou střechu. Dalším principem, který koresponduje se současným trendem v solární termice je využívání co největších kolektorových modulů pro jednotlivé instalace. Běžné kolektorové plochy pro rodinné domy - o velikosti 6 až 8 m2 jsou zásadně připravovány v jediném modulu. Ten se podle možností vytváří buď předem v dílně nebo přímo na místě instalace. Dokončení systému většina lidí ponechává profesionálnímu instalatérovi. Organizace AEE většinou dokáže doporučit firmu, která má se svépomocnými instalacemi zkušenosti. Poznatky o takovýchto montážích jsme získávali během dvou cest do rakouského Villachu, kde je dílna sdružení AEE, v níž se svépomocné kolektory připravují. V Rakousku jsme se rovněž účastnili konkrétních instalací.



Společná práce na přípravě kolektoru v dílně ve Villachu

Pilotní instalace u nás Další fází v přenosu zkušeností byla instalace velké kolektorové plochy na moštárně v Hostětíně. Ta proběhla pod vedením rakouských instruktorů v létě 2001. Jedná se o plochu 36 m2, která je tvořena čtyřmi propojenými moduly uloženými v jediném dřevěném rámu. Vnější členění plochy je dáno pouze velikostí tabulí solárního skla se strukurovaným povrchem. Instruktážní instalace včetně letování absorbéru a závěrečných klempířských prací trvala tři dny. Systém, který byl postupně dokončován, je doplněn velkým vnějším stratifikačním solárním zásobníkem s obsahem 9 m3, který je izolován dvěma vrstvami slaměných balíků. Systém je určen k ohřevu vody pro moštárnu, k zimnímu temperování budovy a je využíván i pro dodávku technologického tepla. Letní přebytky chceme dodávat do obecní sítě, která byla vybudována pro biomasovou výtopnu a je používána i pro ohřev pitné vody. Prověřili jsme, že systém dobře snáší i odstavení (tzv. Stillstand), který nastává při letním přehřátí tehdy, jestliže je čerpadlo zastaveno řídící elektronikou při dosažení maximální povolené teploty v zásobníku.Vbrzku bude systém doplněn o vizualizační a monitorovací zařízení, pomocí něhož bude možno okamžité chování systému, stejně jako záznam o dosahovaných hodnotách a dodaném teple pozorovat na internetu.

Instalace kolektoru na moštárně v Hostětíně



Naší snahou ovšem je umožnit svépomocné montáže především individuálním zájemcům. Podobně, jako je tomu v Rakousku, vidíme jejich současný význam zejména pro uspokojení "kutilské" části populace - lidí, kteří své potřeby raději řeší vlastním přičiněním a investicí vlastní práce a umu než předáním objednávky profesionální firmě. Svépomocné systémy jsou vhodné i pro řešení individuálních požadavků a atypických rozměrů. V současné době nejsou ještě pro přenesení rakouského modelu k nám splněny mnohé podmínky. Zejména chybí organizační a dílenské zázemí, je potřeba vyřešit i obchodní překážky, z nichž ale některé jsou dány našim současným postavením mimo Evropskou unii. Výhodou na druhé straně je velké množství dosud získaných zkušeností a dovedností, velká profesionalita našich rakouských kolegů a jejich významné postavení v solární komunitě. Povzbuzením nám je samozřejmě i velký zájem lidí o svépomocné instalace.

Montážní příručka

Veškeré poznatky související se svépomocnými instalacemi dokumentujeme a vyhodnocujeme. Podrobný návod k instalacím společně s vysvětlením základních principů, odůvodněním jednotlivých využívaných součástí, upozorněním na problematická místa a nejčastější chyby byl zkušenými pracovníky organizace AEE sepsán a publikován v několika vydáních knížky "Solaranlagen Selstbau". Její český překlad jsme letos připravili v rámci projektu Sluneční síť. V současné době se vydání příručky připravuje ve spolupráci s nakladatelstvím GRADA, které ji zařadilo do edičního plánu. Montážní příručka by pod názvem "Solární systémy - návrhy a stavba svépomocí" měla vyjít v ediční řadě Hobby na počátku příštího roku. Další informace, zejména obrazovou dokumentaci z montáží svépomocných systémů, si lze prohlédnout na www.veronica.cz.



NĚMECKÁ SOLÁRNÍ BUNDESLIGA, MOTIVACE A VÝSLEDKY ANDREAS WITT časopis Solarthemen

Idea soutěže Na začátku německé solární bundesligy byl v únoru 2001 rozhovor s lidmi, kteří se ve svých městech či obcích zasazují o využívání solární energie. Právě tito angažovaní občané dosáhli již nepřehlédnutelných výsledků, a proto chtěli také vědět, jak jsou na tom ve srovnání s ostatními sídly. Od nich pak k nám, do redakce časopisu Solarthemen, vzešel podnět, abychom vytvořili možnost onoho srovnání na území celého Německa. Zmíněný rozhovor uvedl solární bundesligu do života. A tak jsme hledali odpovědi na základní otázku: Jak budeme hodnotit vybavenost sídel solární technikou v číslech? Odpověď byla jednoduchá - stejně jako při sportu. Obdobným systémem jsme pojali i vztah mezi plochou solárních kolektorů a výkonem fotovoltaických článků. Výsledek - systém hodnocení solární bundesligy: -

-

za každý čtvereční metr instalovaného povrchu slunečního kolektoru připadající na jednoho občana daného sídla dostane obec či město rovných 100 bodů, vyjímku tvoří sluneční kolektory sloužící pro ohřátí vody v bazénech (za čtvereční metr kolektoru připadajícího na jednoho občana sídlo dostane pouze 70 bodů), za každé tři watty instalovaného výkonu fotovoltaických článků připadající na jednoho obyvatele obec či město získá jeden bod.

Na základě součtu obou bodových hodnot pak vytváříme žebříček solární bundesligy. Předem bylo zřejmé, že tyto výsledky by neměly být statické. Proto jsme tabulku této bundesligy umístili na internet (www.solarbundesliga.de), tam může kdokoliv a kdykoliv zjišťovat, jak si stojí jeho obec a může také doplnit případné chybějící instalace. Každé nové zařízení a také zlepšená evidence již existujících zařízení vedou ke zlepšení pořadí dané obce. Údaje do soutěže hlásí každý, kdo může poskytnout hodnověrná data - jak solární iniciativy, obecní či městští energetici, energetické společnosti, občanská sdružení, instalatéři. Vědomě jsme se tak vyhnuli překážkám, které by nastaly v případě, že by data mohly do soutěže hlásit jen obce. Pro všechny přihlašovatele však platí stejné pravidlo: jen ověřená data mohou být zařazena do hodnocení - žádné přeceněné či nejisté hodnoty. Příklad: Radnice může mít k dispozici podrobná čísla z obecního programu podporujícího instalace solární techniky, ale neprovede žádná šetření po instalacích. V obci však mohly vzniknout jiné v programu nepodpořené či z jiných zdrojů přifinancované solární instalace. V soutěži se v takovém případě přihlíží pouze k datům z podpůrného programu radnice. Na druhé straně právě v této "šedé zóně" se



často jedná o iniciativu osvícených. Solární bundesliga znamená především pobídku právě pro tyto lokální aktéry, kteří dodávají mnohdy přesnější čísla po sčítání instalací na střechách nebo při průzkumech instalatérů. Jednou do roka, na základě těchto dat, pak vyhlásíme vítězné solární sídlo.Je to samozřejmě tak, že využití solární energie je i v těchto vyspělých sídlech závislé na podmínkách vytvořených v Německu. Díky nim lze v mnoha obcích pozorovat jasný přírůstek fotovoltaických zařízení. Ten by byl ovšem nemyslitelný, kdyby v Německu neplatil zákon o obnovitelných zdrojích energie (EEG - Erneuerbare-Energien-Gesetz), který zajišťuje vynikající podpůrné nástroje pro rozvoj využití nejen energie sluneční. Každý provozovatel má dlouhodobě garantované pevné výkupní ceny za elektřinu z fotovoltaických článků dodanou do veřejné elektrické sítě. Tak se dají fotovoltaická zařízení i hospodárně provozovat. Jsou ovšem stále ještě obce, ve kterých občané možnosti sluneční energie využívají jen chabě. V jiných sídlech naproti tomu roste počet těch, kteří se stávají producenty solární elektřiny. Tyto odlišnosti solární bundesliga pozorně sleduje a také jaksepatří odměňuje v samostatné podkategorii největší meziroční přírůstek.

Solární bundesliga - současný stav V březnu 2001 jsme v časopise Solarthemen uveřejnili první předběžnou tabulku. V tu dobu soutěžilo pouze šest obcí. V listopadu 2003 je to již více než 560 sídel a 240 obecních či městských částí, které hodnotíme v samostatné kategorii. Aktuálním lídrem soutěže je bavorská obec Rettenbach am Auerberg s 0,45 instalovanými m2 slunečných kolektorů a cca 430 watty výkonu fotovoltaických zařízení na jednoho obyvatele (stav ze září 2003). Jako sídlo se 730 obyvateli má nesporně Rettenbach lehčí pozici v soutěži oproti větším obcí a městům. Zejména kvůli tomu jsme se rozhodli vytvořit i podkategorie dle počtu obyvatel v sídlech. Například u velkoměst (nad 100 000 obyvatel) svádí napínavou bitvu o vítězství Ulm a Freiburg - je to boj téměř hlava nehlava. V solární bundeslize sledujeme pokrok i pouze v jednotlivých disciplínách - jen plochu kolektorů či jen výkon fotovoltaiky. V prvně jmenovaném případě mj. nyní vede bavorská obec Schalkham s více než 1,2 m2 plochy slunečných kolektorů na hlavu. Od roku 2001 se o solární ligu nestará jen redakce časopisu Solarthemen, začala nám pomáhat společnost Deutsche Umwelthilfe, která se angažuje v ochraně životního prostředí v obcích. Ligový výbor diskutuje nad pravidly solární bundesligy a rozhoduje v eventuálních sporných otázkách. Také nás těší, že se soutěž těší podpoře spolkového ministerstva životního prostředí, právě tak i jednotlivých solárních firem, které se angažují jako sponzoři.

Solární bundesliga - hra s médii Soutěž je zároveň i jedna velká mediální událost. Tucty tiskových zpráv, především v regionálních novinách, ale i v celostátních denících jako "Die Zeit" či "Stern" to jen dokumentují. Malé vísky, které by v německých novinách získaly jen sotva nějakou publicitu, tak v médiích přímo excelují se svými solárními úspěchy. Využívají tak solární bundesligu k obecnímu marketingu, stávají se atraktivnější pro turisty, což



prospívá i místní ekonomice. Na druhé straně se díky soutěži mohou učit jiné obce, jak lépe a více využívat energii Slunce. Neboť poznají i za pomoci solární bundesligy, kde se nacházejí další obce s úspěšnými projekty a jaké jsou jejich strategie. Mnozí iniciátoři z úspěšných obcí cestují po celém Německu a referují o zkušenostech ze svých projektu. Vybraní jednotlivci je přijeli nabídnout i do ČR. Koncept solární bundesligy jsme orientovali nejen na, ale I NA média. V rámci soutěže vytváříme impulsy pro novináře s cílem publicity solárních technologií. Solární liga je prostředek, jak informovat o solární technice v celoplošných médiích, stejně tak i v lokálních novinách. Touto cestou může být solární bundesliga chápána i jako plošná kampaň. V podstatě se jedná o novou estrádu, která prezentuje významu a prospěch solární energie a současně v mnoha lidech probudí sportovního ducha. Cílem solární bundesligy je ukázat, kolik lidí již tímto způsobem využívá Slunce. Pro další zájemce de facto snižuje riziko investice do solárních technologiích. Existující zařízení totiž ukazují, že se další investice vyplatí. Pokud je to viditelné na konkrétních příkladech, jde to vždy lépe.

Solární bundesliga - přenos impulsů Se solární bundesligou nechceme jen stanovit vybavenost měst a obcí solární technikou. Chceme také nabídnout publicistický nástroj, jehož výhody mohou obce využít. Rovněž je zaměřen i na aktivní skupiny, spolky, podnikatele nebo jednotlivce. Známe také některé příklady, kdy soutěž dosáhla i konkrétních výsledků. Některé obce zavedly i místní dotace pro nové instalace solární techniky jen aby se dopracovaly lepšího pořadí v soutěži. Solární bundesliga vytváří impulsy, např. také pro školy. Skupiny dětí a mládeže zjišťují v místě bydliště počty nainstalovaných solárních zařízení. Díky získaným informacím se pak stávají "malými solárními experty". V Německu jsme pokročili ve využívání energie Slunce opět o něco dále. To je také dokumentováno v nárůstu počtu instalací. Avšak stále je nutné i u nás ještě mnoho konat. Kéž bych Vás přesvědčil, že je třeba jít dále a podporu solární energie chápat jako celoevropský úkol. Právě solární liga by mohla k tomu přispět a navíc, hravou metodou. Proč jen střílet góly (to je také důležité), když lze v lize chytat také Slunce?



SCHALKHAMSKÝ SOLÁRNÍ MODEL HANS NOPPENBERGER obec Schalkham (referát ze semináře "Den pro solární energii")

1. IDEA Po dobu mnoha set milionů let rostliny přetvářely na naší planetě prastarou atmosféru s vysokým obsahem CO2 na dnešní životu přívětivou "kyslíkovou atmosféru". Za pomoci rostlin vznikala také ropa, zemní plyn a uhlí, které jsou nyní uložené hluboko pod zemským povrchem. Lidstvo nyní spotřebovává uskladněné zásoby fosilních paliv jen během několika desetiletí a hrozí riziko, že bude znovu obnovena nepřátelská atmosféra s vysokým obsahem CO2. Za rok se v dnešní době spálí více fosilních paliv, než kdysi rostliny stihly vytvořit za milión let. A spotřeba těchto paliv stále roste. Našim dětem a následujícím generacím zůstane otrávená a vykořisťovaná Země. To je nezodpovědnost nejvyšších rozměrů a dluh, který vytváříme, je strašný. Východisko z budoucí bídy nabízí četné využívání sluneční energie. Ta je absolutně čistá, je jí dostatek a také její zdroj je trvalý. Technika k jejímu využití již dospěla ke slušným výsledkům. Ale protože ropa a zemní plyn jsou dnes ještě levné, zůstává sluneční energie nevyužita. Proto je třeba pák k jejímu většímu užití. Idea schalkhamského solárního modelu spočívá ve snaze konkrétními opatřeními zlevnit využívání energie Slunce tak, aby se stala ekonomicky rentabilní a mohla konkurovat fosilním palivům. Tím chceme zajistit alespoň částečnou jistotu pro naše potomky. Naše úvaha byla následující: a) Kdyby existovala výhodná nabídka velmi levných zařízení, bylo by mnoho zakázek. Proto se obec rozhodla nakoupit zařízení ve velkém a pak je bez zisku prodávat občanům. b) Zařízení musí být zabudováno svépomocí, abychom udrželi nízké náklady na projekt. Odborné práce provede obecní energetik. c) Obec přispěje na každé zařízení 2 000 DEM z koncesních poplatků (část daní z příjmů z podnikatelské činnosti připadající místní samosprávě dle sídla podnikatele).

2. CÍL



Naším cílem je mít v každé domácnosti obce jedno solární zařízení k přípravě TUV; dlouhodobě však chceme mít i solární zařízení pro topení spojené se zlepšením tepelné izolace budov, podporovat produkci bionafty a vstoupit do výroby elektřiny z alternativních zdrojů. To je náš vstupní plán na prahu „energetické proměny obce“.

3. REALIZACE přípravné práce: - Podzim 1993: obecní rada se usnesla, že všechny příjmy z koncesních poplatků využije na energeticky úsporná opatření, zde konkrétně na podporu solárních zařízení ve výši 2 000 DEM na projekt. Radnice oslovila všechny známé výrobce solárních kolektorů a přezkoumala jejich nabídky v poměru cena/výkon. - březen 1994: uzavřela smlouvu s dodavatelem - květen 1994: první pilotní projekt Obecní rada ustanovila místního odborníka jako energetického konzultanta s tím, že bude občanům k dispozici jako bezplatný poradce a dostane od obce odměnu 300 DEM za každé zabudované zařízení. organizační průběh: Má-li občan o solární zařízení zájem, přijde energetik k němu domů. Po podrobné poradě mu naplánuje zařízení a předloží závaznou cenovou nabídku. Pokud ji občan akceptuje, konzultant postoupí zakázku dodavateli. Jakmile je tolik zakázek, aby se naplnil kamión z továrny na solární zařízení, jsou kolektory přivezeny do obecního skladu. O jejich převzetí se stará energetik, který také organizuje jejich rozdělení občanům a plánuje termíny a spolupráci občanů na instalacích. Při práci pak dohlíží na její kvalitu a radí. Zajímavý je i systém financování a záručních lhůt. Souhrnná faktura dodavatele jde přímo radnici, ta vyhotoví inventuru materiálu a rozpočítá náklady na občana. Z této částky pak odečte paušální příspěvek a výslednou cenu doplatí občan. Odměnu energetika hradí občan sám. Dodavatelská firma poskytuje pětiletý záruční servis na materiál přímo občanovi.

financování: Příklad projektu se solárními kolektory o ploše 6 m2 a bojlerem o objemu 300 l



Nové okolnosti od ledna 1995 Od té doby, co solární systémy začala podporovat speciálním programem jak spolková (od 1.1.1995), tak zemská bavorská vláda (od 1.6.1995), rozhodla se obecní rada, že další instalace kolektorů přestane podporovat. Oba státní programy totiž nabízely prostředky na úrovni dřívější obecní podpory.

4.NOVÝ PŘEDMĚT PODPORY Obecní rada brzy našla jiný předmět podpory. Byla si vědoma, jak je důležité podporovat v nově postavených domech využívání energie Slunce a energetické úspory, zejména kvalitní tepelnou izolaci. V obci proto podporovala instalace solárních zařízení u každého nového nízkoenergetického domu. Pokud tyto systémy dodávaly více než 50 % energie k vytápění a doplňkovým zdrojem tepla nebyl kotel na plyn či topný olej, přispívala radnice částkou 10 000 DEM na projekt. Většinou byla o tuto dotaci snížena prodejní cena obecního pozemku.

5. DOSAVADNÍ ÚSPĚCHY SCHALKHAMSKÉHO MODELU V září 1994 byl Schalkhamský solární model oceněn Německou solární cenou, v říjnu ještě získal Evropskou solární cenu ve Vídni. Schalkham také v červnu 2002 získal titul „solárního mistra SRN v kategorii solární termie“. Od května 1994 do konce roku 2002 bylo v obci nainstalováno na 110 solárních systémů a přes 40 % domácností tu dnes využívá solární energii. Tak se ročně uspoří asi 60 000 litrů topného oleje. Ještě lépe úspěch schalkhamského modelu popisuje srovnání s plochami solárních systému v přepočtu na počet obyvatel.

6. SCHALKHAMSKÝ SOLÁRNÍ MODEL ROKU 1999



Solární model z roku 1993 se osvědčil a vedl k tomu, že v roce 1999 již třetina místních domácností využívala solární energii. Zbývající dvě třetiny ale zdánlivě ochotny k aktivitě nebyly. Proto se obecní rada v září 1999 iniciovala nový solární model: Při instalaci prvního solárního systému zaplatí majitel domu jen náklady spojené se samotnou instalací. Materiálové náklady pokryje obec a občan jí je bude splácet z peněz, které uspoří na vytápění při novém systému (splátky např. 200, 300 nebo 400 DEM ročně v závislosti na velikosti solárního systému). Tyto tzv. "bezúročné půjčky" radnice opět financovala z příjmů z koncesních poplatků.

7. PODPORA BIONAFTY

Vedle energie na vytápění (cca 50 % spotřeby energie) spotřebuje průměrná rodina asi 33 % energie v silničním provozu. Proto se obecní rada rozhodla podporovat přestavbu vozidel s dieselovými motory na pohon bionaftou. Každému poskytne příspěvek cca 1 000 DEM. Bionafta se vyrábí přímo v obci. Nyní jezdí v dlouhodobém zkušebním provozu tři auta. Budou-li kladné výsledky, mohou se schalkhamští těšit i na tento program.

8. STAVBA VZOROVÉHO DOMU S NULOVOU BILANCÍ ENERGIE NA VYTÁPĚNÍ

Jen pomalu se v praxi prosazují poznatky, že dobrá izolace uspoří nejvíce energii. Už není technický problém dům izolovat tak, že nepotřebuje žádné topení. Vyšší náklady na izolaci minimalizují platby za energii k vytápění v budoucnosti. Mnoho stavebníků projevilo o takovou technologii velký zájem, avšak chyběly vzorové domy. Proto obecní rada začala v září 1998 se stavbou domu s nulovou energetickou bilancí. Předtím však zjišťovala na veřejnosti, co by takový dům měl obnášet a výsledky shrnula do následujících podmínek:

1. Vzhled nepříliš odlišný od běžné zástavby (žádné dominantní prvky solární architektury) 2. Obvyklé metody stavění z cihel a betonu 3. stoprocentní vnější izolace (koeficient K pod 0,10 W.m-2.K-1) 4. min. 40 m2 plochy solárního kolektoru se sezónním zásobníkem 5. Náklady na úrovni běžně stavěného domu.



Schalkham na cestě k solární špičce (rekapitulace) 1993 – Obec se rozhodla zlevnit solární systémy - nákupem kolektorů ve velkém a přímo od výrobců, jejich svépomocnou instalací, - obecním příspěvkem 2 000 DEM na projekt. 1996 - zvláštní podpory pro novostavby: 10 000 DEM, pokud: - solární kolektory dodávají více než 50 % energie k vytápění, - objekt splňuje obecní podmínky tepelné izolace, - nejsou využívána jako doplňkový zdroj tepla fosilní paliva. 2000 - bezúročné půjčky pro systémy splatné do 8 let.

termické

solární

Všechny obecní výdaje jsou financovány z koncesních poplatků.



SOLÁRNÍ MĚSTO FREIBURG A JEHO SOLÁRNÍ TURISMUS KLAUS HOPPE vedoucí Energetického úřadu města Freiburgu (referát ze semináře "Den pro solární energii")

1. ZÁKLADNÍ DATA Freiburg je známý jako solární město i za hranicemi Německa. Existují různé důvody, proč právě sluneční energie je považována za charakteristický znak města. Mezi ty hlavní lze m.j. počítat: -

diskuze o jaderné elektrárně Wyhl (polovina 70. let minulého století),

-

pověst Freiburgu jako metropole životního prostředí (titul 1992),

-

rovněž i adresné kampaně a public relations města a jeho marketingu (např. reprezentace Freiburgu na světové výstavě EXPO 2000 v tématickém parku obnovitelné energie).

2. OCHRANA OVZDUŠÍ A SLUNEČNÍ ENERGIE Diskuze o životnímu prostředí přátelských systémech zásobování energií začala v oblasti horního Rýna již v polovině sedmdesátých let minulého století, kdy se připravovaly plány pro novou atomovou elektrárnu ve Wyhl. Veřejnost však řekla jasné NE jaderné elektrárně a tak začalo intenzívní hledání energetických alternativ. V roce 1986 (Černobyl) schválila obecní rada města Koncept zásobování energií. O deset let později - v roce 1996 - pak následoval Koncept ochrany ovzduší s cílem snížit emise CO2 o 25% do roku 2010. Freiburská obecní rada pokračovala ve svých ctižádostivých cílech a tak se v roce 2002 zvýšil podíl elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů na 10%. Krom solární energie hrají v tomto záměru důležitou roli i ostatní obnovitelné energetické zdroje. Cílem Freiburgu je mít více instalací solárních zařízení než každé jiné německé velkoměsto. Freiburg obsadil v solární bundeslize první místo v kategorii velkoměsta (nad 100 000 obyvatel). Výkon všech freiburgských fotovoltaických zařízení je více než 2,8 MW a tamní plocha solárních kolektorů činí 8 300 m2 (stav květen 2003). Přesto však musíme reálně vidět: jsou to sice špičkové hodnoty co do absolutního vyjádření, ale jejich podíl na celkové spotřebě energie je stále mizivý (např. u solární proudu nedosahuje ani 1%).



3. MĚSTO JAKO HYBNÁ SÍLA V SOLÁRNÍM OBORU 3.1. Podpora solární energie ze strany města Finanční prostředky freiburgská radnice orientuje buď na zvýšení počtu instalací, anebo na investice do vývoje solární technologie (zejména na její hospodárnosti). Přitom město chce výsledky vývoje aplikovat zejména při realizaci vlastních projektů. Ve více případech je město postaveno do role komunikátora a využívání sluneční energie podporuje skrz celým spektrem nástrojů komunální politiky: -

-

-

progresivní podpora výzkumné činnosti a investičních aktivit k posílení současných a vytvoření nových solárních institucí a závodů (např. odborný veletrh INTERSOLAR; Fraunhofer institut pro systémy využívající solární energii; mezinárodní společnost pro solární energii - ISES), přenechání povrchu městských střech pro solární projekty (např. fotbalový stadion, veletržní komplex, sportovní hala), městské dotace pro solární projekty, zejména pilotní a demonstrační (např. solární fasáda na věži hlavního nádraží), podpůrný program pro městské společnosti - fúze energetické společnosti města Freiburgu s jinými společnosti za vytvoření jediného distributora regionální energie badenova (Solární podpůrný program; Regiostromtarif; Fond ochrany ovzduší), výhodné podmínky při nákupu městských pozemků za účelem realizace inovačních podniků (např. solární továrna, solární Info-centrum), realizace vlastních městských projektů (např. solární vytápění městských lázní; fotovoltaické články na historické radnici) – to představuje další základní pilíř solární politiky Freiburgu.

3.2.Komunikace a cestovní ruch Základní složkou informační politiky je intenzívní public relations a prezentace na veřejnosti – ve prospěch solární energie: -

www-stránky s průvodcem po solárních instalacích a množstvím dalších informací (www.solarregion.freiburg.de), koordinace četných aktivit a vývoj nového modelu spolupráce v rámci sítí solárního kraje, přednášky a okružní jízdy po zajímavostech solárního města.

Pro Freiburg nejsou důležité jen kvantitativní výstupy sledované v solární bundeslize, ale také kvalita sítí z mnoha různých pohledů. Taková spolupráce se stává obvykle živým základem pro výstavbu dalších instalací obnovitelných zdrojů energie. 3.3. Pedagogika Iniciativa v oblasti vzdělání a výchovy - hlavní těžiště se nachází ve dvou bodech: -

odběr proudu Regiostrom všemi freiburgskými obecními a mateřskými školami, projekt slunečních minielektráren na freiburských školách.



K projektu solárních elektráren na freiburgských školách je možné sdělit, že fotovoltaická zařízení se nacházejí na 20 z 75 obecních škol. Žáci mohou sledovat informační tabuli, na které se zobrazuje výkon zařízení a data mohou využívat při výuce. Celkem se na školní střechy nainstalovalo asi 90 kW výkonu fotovoltaických článků - tím může být pokryta celoroční spotřeba elektrické energie celé jedné školy. 4. SOLÁRNÍ HOSPODÁŘSTVÍ VE FREIBURGU Mnoha sídla firem, výzkumných ústavů a projektů významných v solární oblasti se nacházejí ve městě Freiburg či jeho okolí. Tyto subjekty se vyvinuly z často idealistických projektů a staly se konkurenceschopnými v oboru. Pro příklad lze jmenovat: -

solární továrna Solar-Fabrik AG (výrobce fotovoltaických článků), Fraunhofer institut pro systémy využívající solární energii (největší výzkumný ústav pro využití solární energie v Evropě), Intersolar (největší evropský solární veletrh).

5. VÝHLED DO BUDOUCNA Město v současné době dává obecní střechy k dispozici velkým investorům za účelem instalace prestižních solárních projektů. Mimo to také zprostředkovává investory pro soukromé plochy. Dále zvažuje možnosti fotovoltackých projektů na svých volných plochách (parkoviště, protizvukové ochranné stěny). Dosavadní rozmach fotovoltaické technologie byl závislý zejména na velice silných podporách vymezených zákonem. Ačkoliv spolková vláda přepracovala Zákon na podporu obnovitelných zdrojů energie (EEG), lze předpokládat, že fotovoltaické články budou v Německu pokračovat v úspěšném tažení pokračovat.



SOLÁRNÍ MĚSTO FREIBURG A JEHO SOLÁRNÍ TURISMUS JITKA FEITOVÁ Univerzita Bramberg (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Pojem ENERGIE ... užíváme v mnoha podobách. Energetické nápoje a tyčinky dodávají našemu tělu sílu; pozitivně znějící slůvko "Power" patří do slovníku úspěšných; někteří z nás spojují energii se sílou stvoření. Energie pro nás znamená světlo, teplo, obydlí, obživu, pohyb a ... blahobyt. Zjednodušená fyzikální definice energie hovoří o energii jako o schopnosti práce v širším slova smyslu. Již počátky myšlení člověka jsou spojeny s hledáním a využíváním jiné, než vlastní energie (síly) a jejího efektivního využívání. Například hospodářský rozkvět území dnešního Holandska se na přelomu 17. a 18. století odvíjel od vybudování cca 9000 větrných mlýnu. Blahobyt industriální společnosti a její hospodářská síla je přímo úměrná její energetické spotřebě. (Toto tvrzení je nutné relativizovat užíváním vyspělejších, účinnějších a energeticky úsporných výrobních a spotřebitelských technologií). Hrubým odhadem lze říci, že energetická spotřeba obyvatele industriální části světa je desetkrát vyšší, než např. obyvatele rozvojové Afriky. Světová výroba, resp. spotřeba energie, je dnes založena na spotřebě primárních energetických zdrojů, jako jsou nafta, uhlí, zemní plyn, uran, a jen v minimálním měřítku na využívání obnovitelných - regenerativních energetických zdrojů. Ve Spolkové republice Německo je cca 97 % primární energie získáváno: z nafty (39,4 %), zemního plynu (21,5 %), hnědého a černého uhlí (10,3 %, resp. 13,3 %) a jádra (13,0 %); z obnovitelných zdrojů (biomasa, vítr, voda, geotermální zdroje a sluneční energie) se získává pouhých 1,2 %! Z toho na solární energii připadá 2 %! (Údaje: BINE-Informationen und Ideen zu Energie & Umwelt, Bonn, 1999) I přes nepřesné údaje o ("dostatečných") zásobách ropy a zemního plynu zemí OPEC a zemí mimo OPEC a s přihlédnutím na strukturální problémy (začínající) globální dělby práce a složitou mezinárodní situaci, jsou změny ve způsobu získávání a užití energie více než aktuální. Vývoj využívání různých energetických zdrojů ukazuje rytmy, které známe spíše z biologických cyklů živých organismů. Naproti tomu jsou obnovitelné zdroje energie, zvláště pak sluneční a geotermální energie, "věčné".

Energie Slunce … zůstávala zatím stranou velkých kampaní ke snížení emisí a využívání obnovitelných zdrojů energie, které byly výsledkem mezinárodních konferencí, resp. konvencí (např. Kyotského protokolu z roku 1997). Alespoň v Německé spolkové republice se věnovala zpočátku pozornost úsporným technologiím a možnostem získávání energie z biomasy (44,6 %), vody (40,3 %) a větru (10,5 %). (Údaje: viz BINE, Bonn, 1999). Údaje z letošního roku (www.FIZ-Informationsdienste.de) hovoří o 80 MW, které byly v SRN



(2002) vyrobeny fotovoltaickou technologii; tím se dostala SRN na druhé místo ve světovém měřítku, za Japonsko. Problémy rozšíření solárních modulů na ohřev vody, či fotovoltaik: - vysoké finanční náklady zařízení (technologický a politický problém) - závislost "výroby" na denní a roční době - vysoká plošná náročnost velkých solárních elektráren Sluneční elektrárny (parabolické), které dokáží na území 200 ha vyrobit, resp. uspokojit energetické požadavky stoosmdesátitisícového města jsou (zatím) pro naše středoevropská území irelevantní - příklad z Granady, 2003. Těžiště využívání energie Slunce je (zatím) v individuální a průmyslové výstavbě; pro dosazení soběstačnosti menších celků (dům, škola, kravín, obec, město, ...). Začíná se však stále více hovořit o možnostech farmářů, kteří vlastní nejen dostatečně velké střešní plochy, ale i pozemky (na nichž se jim pomalu nevyplatí pěstovat zemědělské plodiny). Využívání slunečního záření pro ohřev vody a výrobu elektřiny nezačíná a nekončí zavěšením slunečních kolektorů na střechu domu. V odborných kruzích se již delší dobu hovoří o pasivních domech, o recyklaci, o nových těsnících a isolačních materiálech, ale i o solárních modulech, vzdušném kolektoru, dvojitých fasádách, "solar roof", pasivním a aktivním využívání sluneční energie, atd. Ti, kteří pro nás plánují a staví, hovoří o "solární architektuře". Pasivní využívání sluneční energie ovlivňuje celkovou architekturu a vzhled objektu a vyžaduje řešení, která jsou vypracována individuálně pro konkrétní stavbu na konkrétním místě. Požadavky na snížení spotřeby energie, od rodinného domku po průmyslovou halu, ovlivní vzhled, konstrukci, formu, materiály a technická zařízení objektu a v neposlední řadě i ráz okolí. Před začátkem vlastního plánovacího a modernizačního procesu je třeba analyzovat stav budovy a její jednotlivé oblasti, např. - střecha (konstrukce, krytina, zateplení, izolace, sklon), fasáda (materiál, vzhled, zateplení), okna (hluková a tepelná izolace, propustnost světla), podlahy (zateplení, materiál), atd. "Solární" architekt promyslí koncepce, vedle estetické a funkční kvality stavby musí znát i požadavky tzv. "Energetického pásu" budovy, nařízení a vyhlášky ke snížení spotřeby energie staveb a možnosti subvencí, dotací a daňových úlev. Tato opatření se netýkají samozřejmě jen novostaveb (ty tvoří v SRN cca 1 % celkové roční zástavby), ale především stávajícího fondu. Okolo 80 % dnešní zástavby bylo postaveno po roce 1960, tedy v době prudkého hospodářského růstu (či spotřeby), kdy slovo úspora znělo méněcenně. Že se duch doby odrazil i ve stavebnictví je nasnadě. K celkovému výčtu informací je třeba dodat, že ve Spolkové republice je více než 400 000 staveb pod ochranou památkové péče. Tyto objekty tvoří dominanty měst, obcí a krajiny, materializují kulturu, myšlení a um předků a jsou do jisté míry nositelé emocí a (zašlých) ideí.

Právní nástroje I dům "solárního" architekta svého tvůrce pravděpodobně přežije a bude-li dům opravdu "dobrý", může být později uznán jako historicky cenný objekt - jako památka na dobu svého tvůrce. Inteligentně naplánovaný dům musí v dnešní době splňovat podmínky trvale udržitelného rozvoje. Podněty pro tento vývoj vychází nejen od příznivců "eko", ale jsou již součástí mezinárodních smluv a národních zákonů, z důvodů výše uvedených. Na základě právních ustanovení Evropského sjednocovacího



procesu musí být součástí prováděcích předpisů ke stavebním zákonům i plnění ekologických kriterií stavby. Tyto požadavky budou zapracovány i do právních předpisů týkajících se vývoje intravilánu měst i individuálních přestaveb, resp. modernizace starších objektů. V této souvislosti je třeba již podruhé zmínit "Energetický pás" objektu. Impulsem pro tento nástroj byla právní linie Evropského parlamentu č. 2002/91/EG z prosince roku 2002 o souhrnné energetické efektivnosti objektů. V německých podmínkách byla tato ustanovení a požadavky zohlednění ekologických parametrů (mimo energetickou náročnost, resp. vyváženost provozu budov je zde zohledněna i celková životnost stavby a její dlouhodobé "ekonomické chovaní") zapracovány do "Národní strategie pro udržitelný rozvoj" (Vláda SRN, duben 2003). V této strategii jsou vypracovány "udržitelné" postupy územních a městských plánovacích procesů - zamezení rozdrobovaní sídel, nadměrné spotřeby území pro stavební činnost; jsou zde regulovány urbanistické zásahy (infrastruktura, komunikační sítě) a v neposlední řadě i požadavky na snížen energetické spotřeby objektu. Vedle těchto nástrojů je třeba zmínit i tzv. EEG (Erneubare-Energie-Gesetz) zákon o obnovitelných zdrojích energie. Právě v posledních listopadových dnech byly učiněny další kroky pro zvýšení rentability využívání těchto zdrojů. Investice vložené do solárních, resp. dalších zařízení na využívání obnovitelných energetických zdrojů, mají být subvencovány tak, že jejich rentabilita bude dosahovat 3 - 4 % ročně, jako je tomu u solidních finančních vkladů. Také podpora rozšíření solárních modulů by měla i nadále pokračovat (v roce 2003 ukončí svou platnost Program 100 000 solárních střech, který zajišťoval výhodné financování solárních projektů). K rychlejšímu uskutečňování modernizací (energetických) ve stávající zástavbě bylo vydáno (2001) tzv. EnEV (Energieeinsparverordnung) - nařízení k úsporám energie; tím je dána povinnost vlastníkům uskutečnit takové úpravy objektu, které vedou k úspoře energie. V platném spolkovém stavebním zákonu stojí (§1, odst. 5,7) … řídící stavební plán má splňovat požadavky na trvale únosný vývoj města, stejně jako na sociálně spravedlivé využívání území, na zajištění odpovídajícího životního prostředí člověka a ochranu a vývoj přirozených životních podmínek. K tomu je třeba zohlednit zájmy ochrany životního prostředí i prostřednictvím využívání obnovitelných zdrojů energie, ochrany přírody a krajiny. Ústava SRN zmiňuje ochranu životního prostředí jako státní zájem.

Energetické úspory, moderní technologie, památky

Jak už bylo několikrát naznačeno, netýká se zavádění solárních technologií jen nově budovaných staveb, nýbrž stále více stávajícího bytového a průmyslového stavebního fondu. Historické stavební památky tvoří v tomto případě zvláštní skupinu, neboť veškeré stavební zásahy a úpravy podléhají vedle všeobecných nařízení stavebního zákona ještě požadavkům a kriteriím zákona památkové péče. Ve Spolkové republice je památková péče řízena republikově, tzn., že existuje šestnáct památkových zákonů. Zkušeností se zaváděním solárních modulů na střechy památek není zatím mnoho. Jedním z průkopníků byla DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt), Německá spolková nadace pro životní prostředí, která vyhlásila v r. 1999 program: "Kirchengemeinde für die Solarenergie" (Církevní sbory pro sluneční energii). Z doporučení DBU: Památky jsou stejně tak jako příroda, nedílnou součástí životního prostředí. Je úlohou moderní památkové péče požadavky a kritéria energetické



úspornosti, ekologické únosnosti a|úspory zdrojů, zařadit do svých rozhodovacích procesů.

Jedna z instalací solární techniky na církevních stavbách se symbolicky nazývá “Okna stvoření", nachází se v Schönau v Černém lese (Badensko-Württembersko)

Myšlenka zapojit do "solárního procesu" právě věřící se ukázala jako velmi dobrá. Jedná se o stabilní, dobrovolná sdružení občanů, které spojuje jistý ideál a víra. K tomu je nutno přičíst, že střechy církevních zařízení (školky, školy, domovy pro starší, kláštery, kostely,...) mají relativně velkou plochu a jsou vlastnictvím církve (Evangelické a Římsko-katolické). Rozhodovací procesy jsou tedy i díky tomuto faktu jednodušší a kratší. V neposlední řadě je nutné zmínit vedlejší efekty "zavěšení" solárního modulu na církevní střechu: společenská angažovanost sboru, zapojení všech věřících (i ostatních spoluobčanů) do akcí, ekologicko-výchovný vliv nejen na děti ve školkách a jejich rodiče, ale i na celou obec, tzv. "navalovací efekt" sousedních sborů, finanční vylepšení sborů - možný rozvoj dalších aktivit, reklama pro solární energii, aplikovatelnost zkušeností (a technologií) na jiná společenská sdružení a ostatní privátní zájemce, atd. Z pohledu ochránců životního prostředí není rozdílu v instalaci kolektorů na střechy domů, památek a nepamátek. Památkáři naproti tomu se dostávají do situace, kdy se od nich požaduje radikální změna v jejich přesvědčení. Jejich úkolem je předat budoucím pokolením památku ve stavu, ve kterém byla "nalezena". Prováděné úpravy, přestavby a sanace památkového fondu si ale také vyžadují jisté změny. Je potřeba najít společnou řeč mezi památkáři a příznivci solárních modulů. Osobně si myslím, že při vzájemném akceptování rozdílných hledisek a snahy o pochopení toho kterého přístupu (a teorie) není situace neřešitelná, ba naopak. Solární moduly, resp. jejich povolování není zatím v právních předpisech (památkových) zakotveno. Jistým vodítkem nám může být interpretace nařízení k umísťování reklamních tabulí a okenních markýz na historických objektech. K požadavkům památkové péče patří např. přizpůsobení přídavných objektů estetickému rázu budovy a okolí, reverzibilita a minimalizace zákroku, viditelnost z ulice, barevnost, velikost, počet a její vnitřní výpověď. Myslím, že je legitimní uznat slunečnímu kolektoru jistou schopnost vnitřní výpovědi.



Instalace solární technologie na vhodných historických objektech a ve vhodných památkových zónách není výraz naší neúcty či neznalosti. Využívání obnovitelných zdrojů energie a energetická nenáročnost našeho prostředí si vyžaduje i plánovitý komplexní vývoj měst a obcí, historická centra měst nevyjímaje. Život památky nekončí určitým datem, resp. jejím uznáním za památku. I tyto objekty podléhaly a podléhají vývoji, který musí být, samozřejmě s ohledem na zachovalé generacemi předávané hodnoty, usměrňován. V budoucnu budou jisté pojmy ochrany památek a památková peče obohaceny o prvek vývoje.



STARTUJE SOLÁRNÍ LIGA ČR! (TISKOVÁ ZPRÁVA, Praha, 28. 11. 2003) KAREL MERHAUT Liga Ekologických Alternativ (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Při Dnu pro solární energii, který se konal v podobě celodenního semináře na veletrhu Aqua-therm v Praze 28. listopadu, byl občanským sdružením Liga ekologických alternativ (LEA) a jeho partnery představen a odstartován nový projekt s názvem u nás poněkud neobvyklým - Solární liga ČR. Jeho organizátoři se inspirovali obdobnou soutěží, která pod názvem solární bundesliga probíhá již čtvrtým rokem úspěšně u našich německých sousedů. Cílem osvětově-propagačního počinu je snaha zvýšit zájem veřejnosti o využívání obnovitelného čistého zdroje energie – energie Slunce a tím zlepšování místního (a domyšleno i globálního) klimatu, zejména při náhradě topenišť na fosilní paliva, dále zpřesnit kusé statistiky o četnosti solárních zařízení u nás, urychlit výměnu zkušeností i informací o možnostech jejich financování v kontextu evropských trendů a konečně zesílit i publicitu aktivit na tomto perspektivním a u nás ještě nedoceňovaném oboru „ekoenergetiky“. Svou účastí na startovním semináři prezentoval podporu myšlence i ministr životního prostředí Libor Ambrozek. Účastnili se i hosté ze SRN - zástupce oborového časopisu Solarthemen, který je organizátorem solární bundesligy, i města Freiburg a obce Schalkham, kterážto sídla letos zvítězila ve svých kategoriích. Své úspěchy představili i představitelé tuzemských projektů, které mají vzhledem k náskoku v budování a podpoře solárních instalací šance uspět v zahajované české solární lize: města Litoměřice a kampaně Slunce pro Bílé Karpaty rozvíjené kolem obce Hostětín. Obce a města mohou usilovat o titul „Solární mistr ČR“ Solární liga České republiky je soutěží obcí a měst ve vybavenosti solární technikou. S využitím inspirace z Německa (a pokud jde o fotovoltaické systémy i Rakouska) vyhlašuje u nás její zkušební ročník pro rok 2004 LEA za spolupráce Střediska pro efektivní využívání energie SEVEn, o.p.s. a za podpory Státního fondu životního prostředí a Českoněmeckého fondu budoucnosti. Na solární kolbiště lze vstoupit jednoduše: každý, kdo má hodnověrné informace, zapíše základní data fungující (!) instalace do tabulky, která je s rozpisem pravidel i na webu soutěže (www.solarniliga.cz) a doručí ji na vyznačenou adresu LEA. Soutěží se v kategorii měst, obcí a v souhrnné (vítěz získá titul „solární mistr ČR“). Na finalisty soutěže, kteří budou vyhlášeni po jarní části už k 21. červnu, čeká místo v letní zahraniční exkurzi mj. právě k „solárním mistrům SRN.“ Přivézt tak mohou domů cenné postupy či zkušenosti, které lze příp. využít ještě v závěru klání. Soutěžící sídla získají také odborné bezplatné poradenství a diplom, vítěz pak má šanci i na zvýhodněné produkty či služby solárních firem. Příklady informací z webové stránky soutěže:



Po třech ročnících německé solární bundesligy se soutěže účastní na 512 sídel a 240 městských či obecních částí. Mezi nejvíce úspěšné patří soutěžící z Bavorska, kteří např. obsadili devět míst v první desítce! Mezi ně patří i obec Schalkham, která byla v červnu 2003 vyhlášena Solárním mistrem Německa. O neustálém napínavém zápolení na špici soutěže svědčí i fakt, že ani ne po dvou měsících Schalkam o svůj titul přišel. Předstihla ho jiná bavorská obec – Retenbach am Auerberg… V roce 2002 bylo v Litoměřicích instalováno cca 150 m2 solárních kolektorů. Prakticky 90 % instalací bylo provedeno po roce 2000, kdy byly zavedeny městské dotace. Efekt těchto instalací byl prakticky okamžitý, neboť lidé, kteří uvažovali o návratu k vytápění tuhými palivy, až na několik výjimek, přeorientovali svůj zájem na solární ohřev TUV. Dnes po cca dvou letech lze říci, že se nám podařilo touto cestou zachovat pozitivní trend v poklesu obsahu oxidu siřičitého i polétavého prachu v ovzduší. V současné době MěÚ Litoměřice eviduje okolo 50 žadatelů a neustále dochází k nárůstu zájmu. Příčinu tohoto nárůstu zájmu vidíme jednak v naší informační kampani a dále v tzv. "sousedské reklamě", kdy ti , kteří solární ohřev TUV již provozují, realizují roční úspory nákladů ve výši cca 4 000 až 5 000 Kč. Uvážíme-li, že průměrná cena realizace celého zařízení je 100 000 Kč, z čehož 30 000 Kč může ještě poskytnout SFŽP jako 30 % dotaci a městská dotace činí 20 000 Kč, zbývá pro vlastního investora doplatit pouze 50 000 Kč z vlastních prostředků s dobou návratnosti v rozmezí 8 - 10 let při současných cenách energie.



PODPORA INSTALACÍ SOLÁRNÍCH SYSTÉMŮ V LITOMĚŘICÍCH PAVEL GRYNDLER Městský úřad Litoměřice Odbor životního prostředí (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Pokud chceme mluvit o podpoře solárních systémů v Litoměřicích, je nutné osvětlit několik výchozích informací. Nejprve je třeba říci, že město, stejně tak jako i větší část litoměřického okresu, patřilo v roce 1989 k postiženým oblastem dřívějšího Severočeského kraje. V období 1992 - 1995 došlo v Litoměřicích k masivní plynofikaci podpořené dotační politikou státu a vlastními finančními prostředky města. V tomto období byly plynofikovány všechny zdroje znečišťování ovzduší v majetku města a 90 % lokálních topenišť vdomácnostech. Dále se podařilo zajistit ekologizaci zdrojů znečišťování ovzduší u 90 % podniků na území města. Všechna tato opatření vedla k radikálnímu snížení obsahu oxidu siřičitého a polétavého prachu v ovzduší. Pro ilustraci došlo cca k desetinásobnému snížení obsahu oxidu siřičitého a k cca trojnásobnému snížení obsahu polétavého prachu v ovzduší města. I po roce 1995 město udrželo pozitivní trend v poklesu škodlivin v ovzduší tím, že vyčlenilo finanční prostředky v rozpočtu na poskytování dotací občanům, kteří zruší lokální vytápění tuhými palivy. I tyto dotace, jako dřívější státní dotace, byly vázány smlouvou s určitým sankčním prvkem v případě jejího porušení ve vztahu k přitápění tuhými palivy. Toto rozhodnutí se ukázalo jako velice pozitivní, neboť v období let 1995 2000 došlo k dalšímu poklesu výše uvedených škodlivin v ovzduší, avšak začal se projevovat negativní trend v obsahu oxidů dusíku. V této době se objevily hlasy proti pokračující plynofikaci a částečně tím došlo k jejímu zpomalení a pozastavení městských dotací občanům. Vzhledem k tomu, že měření obsahu oxidu siřičitého, polétavého prachu i oxidů dusíku jsou prováděna kontinuálně ve středu města přístroji od firmy HORIBA, bylo možno tyto výsledky vyhodnotit i z hlediska chodu znečištění v průběhu jednotlivých dnů. Z výsledků tohoto vyhodnocení , které prováděl odbor ŽP města ve spolupráci s laboratoří OHS Litoměřice jako provozovatelem měřících zařízení vyplynulo, že z velké míry se na nárůstu oxidů dusíku v ovzduší podílí doprava, a to z cca 70 % a pouze zbylých 30 % pochází z lokálních topenišť. Toto zjištění vedlo k obnovení městských dotací pro plynofikaci a zároveň k široké diskuzi o řešení dopravní situace města a v neposlední řadě otevřelo prostor pro využívání alternativních zdrojů energie. Komise ŽP, jako poradní orgán města, připravila návrh podpory alternativních zdrojů energie a návrh možných úspor energie, a to jak pro budovy v majetku města, tak pro soukromé domy určené k bydlení. Návrh obsahoval přímou informační i finanční podporu instalací solárních kolektorů, tepelných čerpadel a zateplování budov. Vedení města rozhodlo o podpoře instalací solárních kolektorů sloužících k ohřevu TUV. Jedním z důvodů tohoto rozhodnutí bylo výrazné zdražení zemního plynu v roce 2000, kdy na MěÚ Litoměřice začaly docházet požadavky od občanů města k vypovězení smluv o dotacích na pořízení plynového topení, s tím, že několik občanů dokladovalo,



že se jim ekonomicky vyplatí vrátit dotaci ve výši (15 000 až 25 000 Kč) a navrátit se k vytápění tuhými palivy. Na základě těchto skutečností jsme provedli rozbor výše možné dotace na pořízení solárního ohřevu TUV, pro který byly výchozími podklady následující informace: průměrné náklady na vytápění (vztaženo k namátkově vybraným RD v Litoměřicích čtyřčlenná rodina) - 25 000 Kč doba slunečního svitu v Litoměřicích dle měření ČHMÚ 1 612 hodin v roce 2000. předpokládaná účinnost sytému solárního ohřevu TUV - 60 % předpokládaný výkon kolektoru - 900 W/m2 průměrná plocha absorbéru jednoho kolektoru - 1,7 m2 předpokládaný roční energetický přínos 2 kolektorů - cca 3 000 kWh Po provedení výpočtů a hodnocení dopadů na snížení nákladů pro domácnosti, tak aby úspory vyvážily negativní důsledky zdražení plynu, byly stanoveny tyto podmínky poskytování městských dotací občanům: - dotace ve výši max. 20 000 Kč je poskytnuta na základě smlouvy s městem, ve které se žadatel zaváže k upuštění od topení tuhými palivy (s výjimkou dekoračních krbů, pokud zde nebude spalováno mokré dřevo, případně odpady) ve smlouvě je dále vedle navrácení dotace i sankce 20 000 Kč pokud je smlouva porušena. - žadatel musí instalovat minimálně tolik kolektorů, aby jejich celková absorbční plocha nebyla menší než 3 m2 - žadatel dostane dotaci pouze na byt případně rodinný dům, ve kterém je i trvale hlášen a instalace je řádně povolena stavebním úřadem - žadatel obdrží dotaci pouze po realizaci a zprovoznění celého zařízení, které je zakončeno kolaudačním rozhodnutím nebo sepsaným protokolem o funkčnosti zařízení a žadatel dokladuje výši vynaložených pořizovacích nákladů - dotace se vyplácí pouze do té doby, dokud není příslušná vyčleněná kapitola v rozpočtu města vyčerpána, a to tak, že je bráno pořadí žadatelů podle data uzavření smlouvy s městem - žadatel musí dále doložit souhlasné stanovisko referátu kultury OkÚ Litoměřice, pokud zamýšlí instalovat solární kolektory v památkové zóně města nebo v jeho ochranném pásmu a dále souhlasné stanovisko SCHKO České Středohoří pokud zamýšlí toto zařízení instalovat na jeho správním území po splnění všech výše uvedených požadavků je dotace vyplacena max. do 30 dnů



Tento systém dotování ohřevu TUV vedl k radikálnímu nárůstu instalací ve městě. Zájem o alternativní zdroje energie podpořil dále MěÚ Litoměřice rozsáhlou informační kampaní, kdy bylo v roce 2001 a také v letošním roce uspořádáno několik seminářů pro širokou veřejnost. Semináře byly zaměřeny na využívání solární energie a tepelná čerpadla s ukázkou funkčních zařízení. Zvláště názorná byla výstava funkčních zařízení na litoměřickém náměstí, která byla dle velkého množství pozitivních ohlasů úspěšná. V roce 2002 bylo v Litoměřicích instalováno cca 150 m2 solárních kolektorů. Prakticky 90 % instalací bylo provedeno po roce 2000, kdy byly zavedeny městské dotace. Efekt těchto instalací byl prakticky okamžitý, neboť lidé, kteří uvažovali o návratu k vytápění tuhými palivy, až na několik výjimek, přeorientovali svůj zájem na solární ohřev TUV. Dnes po cca dvou letech lze říci, že se nám podařilo touto cestou zachovat pozitivní trend v poklesu obsahu oxidu siřičitého i polétavého prachu v ovzduší. U obsahu oxidů dusíku v ovzduší došlo ke stagnaci jeho roční průměrné koncentrace (Vliv alternativních zdrojů energie je v tomto případě patrně nepodstatný).

Pavel Gryndler ukazuje, že nejvíce litoměřických instalací se nachází v severní části města.



V současné době MěÚ Litoměřice eviduje okolo 50 žadatelů a neustále dochází k nárůstu zájmu. Příčinu tohoto nárůstu zájmu vidíme jednak v naší informační kampani a dále v tzv. "sousedské reklamě" , kdy ti , kteří solární ohřev TUV již provozují, realizují roční úspory nákladů ve výši cca 4 000 až 5 000 Kč. Uvážíme-li, že průměrná cena realizace celého zařízení je 100 000 Kč, z čehož 30 000 Kč může ještě poskytnout SFŽP jako 30 % dotaci a městská dotace činí 20 000 Kč, zbývá pro vlastního investora doplatit pouze 50 000 Kč z vlastních prostředků s dobou návratnosti v rozmezí 8 - 10 let při současných cenách energie. Pro úplnost se ještě musím zmínit o instalacích solárního ohřevu TUV v některých budovách, které jsou v majetku města. Jedná se především o instalaci v 1. ZŠ, kde celý systém slouží nejen k ohřevu TUV, ale také jako učební pomůcka, neboť škola je zaměřena na ekologickou výchovu. Dále je instalován solární ohřev TUV v azylovém domě, provozní budově TSM Litoměřice a budově městské hájovny. Do budoucna uvažujeme o rozšíření těchto zařízení na všechny školy a školky ve městě a hodláme začít podporovat i instalace tepelných čerpadel. K těmto závěrům nás vede jednak předpoklad dalšího zdražování energií a plynu, ale i pozitivní ohlasy z řad veřejnosti. Bohužel musím konstatovat, že podpora solárního ohřevu TUV pro občany byla v letošním roce demotivující z důvodu pomalého vyřizování žádostí občanů o dotace. I v tomto případě platí známé heslo "kdo rychle dává, dvakrát dává". Na druhou stranu letošní rok 2003 byl imořádně příznivý pro využívání solární energie kdy jsme se setkávali spíše s problémy nadbytku solární energie než s jeho nedostatkem. Pro úplnost se ještě musím zmínit o instalacích solárního ohřevu TUV v některých budovách, které jsou v majetku města. Jedná se především o instalaci v 1. ZŠ, kde celý systém slouží nejen pro ohřev TUV, ale také jako učební pomůcka, neboť škola je zaměřena na ekologickou výchovu. Dále je instalován solární ohřev TUV v azylovém domě, provozní budově TSM Litoměřice, v budově dětského domova a budově městské hájovny. Do budoucna uvažujeme o rozšíření těchto zařízení na všechny školy a školky ve městě. V letošním roce jsme také instalovali tepelné čerpadlo v městském krytém plaveckém bazénu a připravujeme instalaci tepelného čerpadla pro vytápění budovy MěÚ v Litoměřicích. K těmto činům a záměrům nás vede jednak předpoklad dalšího zdražování energií a plynu, ale i pozitivní ohlasy z řad veřejnosti ...



SOLAR NET / SLUNEČNÍ SÍŤ Česko-rakouský projekt na podporu rozvoje solárně termických zařízení EDVARD SEQUENS Calla – Sdružení pro záchranu prostředí (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Společně s Ekologickým institutem Veronica z Brna a zejména rakouskými organizacemi arsenal research a Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE již třetím rokem pracujeme na společném projektu SOLAR-NET/Sluneční síť. Cílem projektu je: -

Podpora spolupráce v oblasti využití solární energie v příhraničním regionu Rakousko – Česká republika Školení odborníků pro nezávislé solární poradenství Výměna zkušeností a know-how na poli projektování solárních zařízení pro ohřev Povzbuzení zájmu o sluneční energii prostřednictvím práce s veřejností, nabídky informací a školení Podpora rozšíření solárního ohřevu v ČR pomocí dotačních programů Využití nezávislých poradenských organizací pro zvýšení zájmu o solární ohřev

Zkráceně tedy přenést dobré rakouské zkušenosti se solárním ohřevem do České republiky a podpořit větší rozvoj tohoto oboru i zde. Toho lze dosáhnout jedině tehdy, pokud se budeme obracet na všechny významné cílové skupiny. Projekt oslovuje veřejnost, nezávislé poradenské organizace, komunální a regionální politiky, správce bytů a stavebníky, školy, architekty, projektanty a samozřejmě výrobce a instalační firmy. V tomto smyslu se projekt snaží vybudovat trvalou síť partnerů a spolupracovníků z obou zemí, kteří budou pečovat o trvalý rozvoj solární termiky a výměnu informací a zkušeností v tomto oboru. Projekt finančně podpořili Úřad vlády Dolního Rakouska, Evropská unie - projekt INTERREG III a Rakouské spolkové ministerstvo životního prostředí.

Představení některých aktivit, které se v rámci projektu SOLAR NET / Sluneční síť podařilo zrealizovat:



Projekt solárního zařízení na SPŠ Edvarda Beneše v Břeclavi, 2001 Rakouským partnerem AEE byla zpracována studie na možnosti solárního ohřevu teplé vody pro internát a školní kuchyni Střední průmyslové školy v Břeclavi. Vzhledem k prostorovým možnostem byl prověřen očekávaný užitek kolektorů umístěných na fasádě. Nakonec byl AEE vyprojektován solární systém s fasádním kolektorem o velikosti 80 m2. Na základě výběrového řízení byla na realizaci vybrána firma Ekosolaris, a.s., která splnila veškeré požadavky projektu a instalovala solární systém s nuceným oběhem a fasádním kolektorem rakouské firmy AKS DOMA solartechnik (pod označením EKOSTART DOMA), stojatý akumulační zásobník o velikosti 4000 l, provozní zásobník o objemu 1000 l a další potřebnou technologii včetně regulace a měření. Expertní workshop a exkurze ve zkušebně arsenal research ve Vídni, 13. červen 2002 Zorganizovali jsme návštěvu 34 solárních specialistů a projektantů ve vývojovém a zkušebním centru pro obnovitelné zdroje energie arsenal research. Cílem bylo představit špičkové pracoviště na zkoušení solárních kolektorů, podmínky testování, evropské normy pro solárně termická zařízení a aktuální vývoj v oboru. Workshop byl obohacen prohlídkou zkušebny a také návštěvou ekologického sídliště se solárními instalacemi ve Vídni. 1. česko-rakouská konference Slunce 2002 v Brně, 19. – 20. září 2002 Přes osmdesát zájemců si v sídle ombudsmana vyslechlo přednášky a následně diskutovalo s českými a rakouskými odborníky o všech možných aspektech solární tepelné energetiky. Závěrem účastníci přijali prohlášení určené vládě a Parlamentu ČR, aby byla cesta efektivního využívání energie a maximálního využití obnovitelných zdrojů energie považována za nedílnou součást opatření k ochraně zemské atmosféry a strategie trvale udržitelného rozvoje České republiky. Druhý den následovala exkurze po ukázkových solárních systémech na Moravě i v Dolním Rakousku. A protože i vítr vzniká díky energii ze Slunce, byla cesta okořeněna návštěvou obecní větrné farmy v Zistersdorfu. Sborník přednášek je k dispozici na www.veronica.cz. Přednášky na konferenci Slunce 2002 Změna dotační podpory solárního ohřevu, v průběhu roku 2002 Protože v roce 2002 došlo ke kolapsu dotační podpory investic do systémů solárního ohřevu u fyzických osob ze strany Státního fondu životního prostředí, věnovali jsme se diskusím nad změnami. Na několika setkáních s odborníky z Ministerstva životního prostředí, Českého ekologického ústavu, energetickými poradci a praktiky z projekčních i realizačních firem v Praze a v Brně jsme formulovali zásady optimální podpory. Doporučené závěry se zčásti promítly do praxe od počátku roku 2003. Nyní zpracováváme výsledky letos provedeného dotazníkového průzkumu u firem i pracovníků SFŽP ohledně praktických zkušeností a spokojenosti se změnami. Výsledky



budou k dispozici na www.solar-net.info. Seminář "Jak a co přednášet o sluneční energii" pro učitele středních škol a lektory ekologické výchovy, 11. leden 2003 Seminář pořádaný na Pedagogické fakultě Masarykovy univerzity v Brně se zaměřil na představení nové produktu – sborníku podkladů pro přednášky o solární energetice „Slunce – energie budoucnosti“ a dále na předání zkušeností s vedením a organizováním přednášek od zkušených lektorů. Konečně setkání se stalo prologem soutěže Slunce před tabulí. Soutěž "Slunce před tabulí" pro střední školy, listopad 2002 až 2. červen 2003 Soutěž „Slunce před tabulí“, nad kterou převzalo záštitu Ministerstvo životního prostředí ČR, byla připravena pro studenty středních škol a jejím cílem bylo, aby studenti sami získali a zpracovali informace o možnostech využití obnovitelných zdrojů energie se zaměřením na sluneční energii. Do soutěže se postupně přihlásilo celkem 37 pracovních skupin na školách po celé ČR. Soutěž probíhala dvoukolově, se zpracováním meziúlohy a následně hlavní práce. Odborná porota na závěr vybrala tři nejlepší skupiny, kterým byla výhra předána 2. 6. 2003 v budově MŽP. Výhru - finanční odměnu i sborník Slunce – energie budoucnosti oceněným osobně předal ministr životního prostředí Libor Ambrozek. Jak soutěž „Slunce před tabulí“ dopadla? 1. misto - SPŠ E.Beneše Břeclav Studenti byli vybráni jako skupina s nejvyšším počtem bodů v hodnocených kritériích. Porotu zaujala hlavně originalita zpracování projektu. Studenti si připravili rozsáhlou prezentaci v elektronické podobě, která názorným způsobem vysvětlovala, jaké zdroje získávání energie jsou obnovitelné, jaké nejsou a proč. K jednotlivým typům pak následovala podrobnější charakteristika se zaměřením na solární energii. Další částí projektu byla prezentace fasádního fototermického systém o ploše 80 m2, který škola využívá na ohřev teplé vody. Velmi podrobně zde byl popsán chronologický vývoj, jak vznikla myšlenka instalace solárního systému, jak byl projektován a nakonec instalován. Prezentace rovněž velmi názorným a vtipným způsobem přiblíží fungování solárně-termického systému. Vedle těchto dokumentů zpracovaných pro elektronickou prezentaci, připravila skupina studentů v rámci své středoškolské odborné činnosti i „Návrh pískového solárního systému“ a „Inovaci parního stroje“. 2. místo - SOŠ Strážnice Projekt studentů ze strážnické odborné školy, který se umístil těsně na druhém místě, zaujal především způsobem prezentace. Studenti, stejně jako skupina z Břeclavi, vycházeli ze zařízení, které má škola nainstalované na budově školy. Jedná se o fotovoltaický systém získaný v rámci programu Slunce do škol. Vyrobená elektrická



energie slouží hlavně na osvětlení ve škole. Studenti podrobně zpracovali hodnocení provozu. Tyto poznatky spolu s možnostmi rozšíření stávajícího systému na potřeby školy a návrhy na úspory energie prezentovali na škole formou nástěnek spolu s předáváním informací studentům a zaměstnancům školy. Osvěta probíhala též na veřejnosti formou dotazování spoluobčanů ohledně sluneční energie. Studenti připravili i nástěnky, které za podpory místních občanů uveřejnili ve výlohách některých obchodů ve Strážnici. Dále porotu zaujalo, stejně jako u první skupiny, zpracování tzv. meziúlohy, kde se studenti snažili zachytit všechny typy obnovitelných zdrojů energie ve svém okolí. Instalační zařízení obsahují velké množství informací, které se studentům podařilo získat od majitelů jednotlivých objektů. 3. místo - SOŠ, SOU a U Brno Projekt studentů z brněnského učiliště zaujal především obsahem a kvalitou zpracovaných informací. Studenti opět vycházeli ze zařízení, solárně-termického a fotovoltaického, nainstalovaných na budově školy. Velmi podrobně popsali jeho využití, technické parametry a množství získané energie pro potřeby školy.. Část projektu byla také věnována možnostem úspor energie na škole Všechny informace byly opatřeny podrobnými výpočty, doplňujícími informacemi a schématy. Druhým bodem, který porotu zaujal, byla prezentace projektu, která proběhla na škole formou besedy o netradičních zdrojích energie. Na tuto akci byli pozváni i zástupci Jihomoravského krajského úřadu, odboru životního prostředí. Získané informace studenti prezentovali i ve školním časopise, na internetu a mezi místními obyvateli. „Slunce - energie budoucnosti“ - soubor podkladů pro přednášky o možnostech využití sluneční energie, leden 2003 V rámci česko-rakouského projektu SOLAR NET / Sluneční síť vznikla pomůcka pro vedení přednášek o obnovitelných zdrojích energie se zaměřením na využití energie Slunce. Připravené prezentace jsou doprovázeny textem, který přednášejícímu pomůže zvládnout dané téma. Tj. od globální klimatické změny po rozdělení obnovitelných zdrojů energie včetně zastavení u energie z biomasy, vodní a větrné a zejména podrobného popisu, jak je možno využívat sluneční energii. Dále jsou představeny jednotlivé prvky slunečních systémů na ohřev, jejich dimenzování, možnosti umístění, energetické zisky apod. Závěrem je nastíněna cesta, jak lze solární systém získat, možnosti ekonomické podpory a shrnuty důvody pro využívání sluneční energie. S pomocí souboru je možno uskutečnit přednášky pro různé skupiny posluchačů. Od obecné přednášky o obnovitelných zdrojích energie pro základní školy, po specializovanější pro školy střední i vysoké. Soubor je využitelný i pro popularizační a osvětové přednášky mimo školy. Pro ten účel je doplněn rukověťí, jak optimálně podobné akce připravit a vést. Soubor podkladů je k dispozici ve složce obsahující 45 fólií pro zpětný projektor včetně všech doprovodných textů. Druhou možností distribuce je CD. Tato elektronická verze obsahuje prezentaci ve formátech html (pro jakýkoliv internetový prohlížeč), pdf (pro Acrobat Reader) anebo v ppt (pro Power Point). Díky tomu lze přednášku uskutečnit s pomocí běžně dostupného softwarového vybavení. Z CD je také možno vytisknout si vybrané prezentace na fólie a k nim všechny ostatní texty pro uskutečnění přednášky bez pomoci počítače. Soubor si je možné prohlédnout na http://calla.ecn.cz/cdcalla. V případě zájmu o soubor „Slunce – energie budoucnosti“ v podobě fólií nebo CD se obraťte na Sdružení CALLA nebo Ekologický institut Veronica. Pro školy a další



neziskové organizace je díky dotaci cena sborníku fólií pro zpětný projektor 300,- Kč (+ 100,- Kč poštovné), cena CD 0,- Kč (+ 30,- Kč poštovné). Svépomocné solární systémy, během let 2002 až 2003 Proběhlo několik diskusí s nezávislými odborníky, kde jsme hodnotili možnosti a podmínky uplatnění svépomocných solárních systémů na ohřev vody na českém trhu. Výsledkem byla instalace svépomocného solárního systému v Českých Budějovicích v červnu 2003. V Hostětíně – centru modelových projektů Veronica na tom proběhly workshopy spojené s instalací velkoplošného svépomocného solárního systému na moštárně - instalace kolektoru, izolování solárního zásobníku balíky ze slámy, uvedení do provozu (obrazová dokumentace na www.veronica.cz). Publikačně osvětová činnost, průběžně Už dva roky se staráme o překlady zajímavých článků z oblasti solárního ohřevu nejen od rakouských autorů a jejich publikaci v českých tematicky zaměřených periodicích včetně internetových serverů. Vzpomeňme statě o vývoji evropského solárního trhu, články o solárním chlazení apod. Z nejbližších chystaných aktivit projektu SOLAR NET / Sluneční síť: -

-

-

-

-

České internetové stránky věnovaných solární termii: www.solar-net.info. Budou obsahovat kontakty na firmy pracující v oboru solárního ohřevu v České republice, ukázky referenčních zařízení, ukázky referenčních zařízení, informace o principech fungování solárních systémů, výsledky monitoringu solárních systémů instalovaných v rámci projektu (Břeclav, Hostětín), výsledky vyhodnocení dotazníku o podpoře solárního ohřevu pro fyzické osoby ze strany SFŽP v roce 2003, podklady pro přednášky, pozvánky na akce a řadu dalších informací. Workshop „Plánování solárních systémů na bytových domech“ v rámci veletrhu Aquatherm v Praze, 28.11.2003 13. až 18 hodin Workshop pro projektanty, architekty a solární techniky se zaměřením na velké solární systémy na vícebytových domech. Exkurze pro učitele středních průmyslových škol do v rakouské Zemské odborné školy pro instalatéry v Zistersdorfu, 13.listopadu 2003 Burza spolupráce se státy střední a východní Evropy v oblasti solárních zařízení a obnovitelných zdrojů energie, Vídeň, 4. – 6. 12. 2003, určeno zejména pro firmy Překlad montážní příručky pro svépomocné solární systémy, vydání připravuje nakladatelství GRADA na jaro 2004 (Předběžné objednávky: [email protected]). Brožura – přehled trhu v oblasti solárního ohřevu v ČR, začátek roku 2004 Od projekčních firem po instalatéry. Nabídka jednotlivých komponent, informace o referečních zařízeních apod. Výsledek dvouletého mapování stavu u nás.





SOLÁRNÍ SOUSTAVY PRO VELKÉ SPOTŘEBITELE JOSEF SCHRÖTTNER Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE A8200-Gleisdorf, Feldgasse 19 (referát ze semináře "Den pro solární energii")

Nasazení standardních termických solárních kolektorů se nabízí všude tam, kde je zapotřebí teplo v nízkoteplotní oblasti. Jsou to domy pro více rodin, domovy důchodců, hotely, atd., jednak pro přípravu teplé vody, tak i pro vytápění místností. Nasazení soustavy termických solárních kolektorů jmenovaným spotřebitelům především pro ohřev vody je výhodné, protože spotřeba teplé vody je v průběhu roku téměř konstantní a v letním pololetí lze očekávat největší nabídku energie ze Slunce.

1. SPOTŘEBA TEPLÉ VODY Spotřeba vody je jednou z rozhodujících veličin pro dimenzování solární soustavy a proto je zvláště důležité ji zjistit co možná nejpřesněji. Průměrná spotřeba na osobu a den obnáší v obytných budovách s více rodinami průměrně 30 litrů vody o teplotě 60°C. Tato empirická hodnota byla stanovena četným měřením a kryje se také s údaji z příslušné odborné literatury. Spotřeba teplé vody závisí v podstatě, ale nikoliv výhradně, na počtu osob. Nezanedbatelnou roli hrají životní standard, stáří, povolání, roční období aj. jakož i způsob odečtu spotřeby užitkové vody (zda je instalován vodoměr, nebo propočet vychází velikosti obytné plochy). Již orientační hodnoty z literatury (Recknagel, et al., 1995) vykazují velké rozdíly denní spotřeby.

2. SPOTŘEBNÍ PROFIL Vedle stanovení denní spotřeby je pro simulaci a dimenzování zvlášť důležité definovat spotřební profil soustavy. Rozhodující pro dimenzování soustavy teplé vody v domě pro více rodin není jen denní spotřeba, ale špičková spotřeba, kdy se projeví odběr u mnoha paralelních spotřebitelů najednou. V tuto dobu činí potřebný výkon pro ohřev vody násobek potřebného výkonu pro vytápění místností. V praxi bývají špičkové výkony zachyceny zásobníky teplé vody.



V obr. 2 jsou zřetelné 3 spotřební špičky (ranní, polední a večerní) s rozdílnými maximálními hodnotami v průběhu dne. Znázornění platí pro pracovní den.

3. KLIMATICKÁ DATA

Celkové hodnoty globálního záření, dopadajícího ročně na horizontální plochu, jsou znázorněny na obr. 3. Zřejmý je relativně vysoký podíl záření v průběhu letního půlroku. Zřetelně rozeznatelné je i značné kolísání hodnot záření ve dnech a týdnech.



4. UMÍSTĚNÍ KOLEKTOROVÝCH PLOCH 4.1 Integrace do střechy Na šikmých střechách mají být kolektorové plochy integrovány do střešního pláště jako plocha odvádějící vodu. Pokud je to možné, mají být kolektorové plochy a přípojky umístěny tak, aby byly přívod a zpátečka do technického prostoru v domě co nejkratší a tím se omezily zbytečné tepelné ztráty z dlouhého potrubí. Ploché kolektory, integrované do střechy, představují nejen opticky pohledný, ale i zvlášť cenově příznivý způsob montáže. Při tomto způsobu vestavby se stává kolektorová plocha součástí konvenční šikmé střechy a zároveň plní i funkci střešního krytí, odolného vlivům počasí.

4.2 Osazení kolektorů na stojanech Obvykle jsou solární kolektory na plochých nebo pultových střechách osazeny na hliníkových nebo ocelových stojanech. Má-li být řazeno více kolektorových polí za sebou, musí být mezi nimi dodržen jistý odstup. V zimních měsících s relativně plochým dopadem záření Slunce má docházet pokud možno k malému zastínění. Nosné konstrukce se upevní buď na konzolách, nebo na betonových blocích. Aby se omezilo vzájemné zastínění za sebou postavených kolektorů, měly by být především uspořádány v řadě. Jednou z takových instalací je i solární kolektor s úhlem sklonu 60° postavený na konstrukci na střeše fotbalového stadionu (viz obrazek).



5.3 Způsoby provozu solární soustavy (Low-Flow – High-Flow) Provoz soustav pro rodinné domy o obvyklém uspořádání a velikosti, má probíhat v principu Low-Flow (nízký průtok). Z provozu Low-Flow vyplývají ze specificky nízkých průtoků i menší průměry potrubí, menší potřebné výkony čerpadel a díky menším povrchům potrubí i redukované tepelné ztráty. Použití menšího množství materiálu vede pak i k redukci ceny systému. Optimální doplnění Low-Flow systémů pak představují tzv. vrstvící (stratifikační) nabíjecí systémy. Tyto systémy zavádí přívod vody v závislosti na její teplotě a teplotních vrstvách v zásobníku do té vrstvy v zásobníku, která svou teplotou nejlépe odpovídá teplotě příváděné vody. Vrstvící nabíjecí systémy, nabízené trhem, je možno zásadně rozdělit do dvou skupin: -

samoregulační systémy, které využívají závislou na teplotě (většinou systémy s samoregulační systémy, které využívají závislou na teplotě (většinou systémy s

specifickou hmotnost kapalného média, klapkami) specifickou hmotnost kapalného média, klapkami)

Samoregulační systémy dovolují řízení se zcela malým rozdílem hydraulického tlaku a obejdou se do značné míry, podle druhu a konstrukce vrstvícího nabíječe, bez komponent náchylných k závadám. U elektronicky –mechanického nabíjení vrstev umožňuje ventil solární soustavě přinejmenším druhou možnost ukládání tepla v zásobníku. Podle potřeby mohou být na výšku zásobníku rozmístěny další ventily za obdobných kritérií regulace. Předností elektronicko-mechanické varianty je možnost použití běžných, na trhu nabízených zásobníků na teplou vodu nebo vyrovnávacích zásobníků. 5.4 Systémy s jedním zásobníkem a více zásobníky



Aby bylo možno energii z kolektorů krátkodobě akumulovat, je k tomu potřebný objem zásobníku, dimenzovaný úměrně velikosti kolektorové plochy. Jako všeobecně nevýhodné se prokázaly koncepty více zásobníků (zásobníkové baterie), jedno zda v provedení jako zásobníky teplé vody, nebo vyrovnávací zásobníky. Vzhledem k nepříznivému poměru velikosti objemu k ploše pláště se vyskytují větší tepelné ztráty oproti systému s jedním zásobníkem. Dále jsou plášťové izolace, běžné na trhu, s ohledem na jejich tloušťku a izolační vlastnosti energeticky nesrovnatelné s izolací, přizpůsobenou jed-notlivému zásobníku. Také náklady na izolaci z minerální vlny, sestavenou na míru na místě,jsou ve srovnání s izolací z hotových tvrdých pěnových desek výrazně nižší. Vedle zvýšených nároků na pracnost hydraulického propojení jednotlivých zásobníků, což zase zvyšuje více-náklady, způsobují přípojky na bateriích zásobníků (musí se provést prostupy izolacemi) další tepelné ztráty. Jako velmi efektivní a nákladům příznivé se ukázaly systémy se dvěma zásobníky, zřejmé z obrázku.

U těchto konceptů soustavy je vlastní zásobník teplé vody dimenzován jako pokud možno malý a slouží jen k pokrytí špičkové potřeby. Získaná solární energie není pak ukládána do tohoto zásobníku teplé vody, ale do jednoduchého, z hlediska nákladů výhodného vyrovnávacího zásobníku. Napojení konvenčního dohřívání následuje v horní oblasti vyrovnávacího zásobníku. Tím je zajištěno v každé době krytí špičkové potřeby. Vyrovnávací zásobník může být v době, bohaté na sluneční záření, vyhřát kolektory až na 90°C. Naproti tomu zásobník teplé vody bude vzhledem k potlačení nánosů vápníku a růstu Legionel, nabíjen přes deskový výměník z vyrovnávacího zásobníku na konstantních 55°C.



5.5 Zapojení na dohřívání Při rozlišení hydraulických koncepcí musí být brán v úvahu i konvenční způsob dohřívání. Konkretně může dohřívání probíhat v pohotovostním zásobníku, v zásobníku energie, nebo v průtočným způsobem. 5.6 Způsob uplatnění Má se být zvážit , zda budou solární zisky uplatněny mimo ohřevu vody také k přitápění , resp. podpoře vytápění. 5.7 Počet rozdělovacích potrubí pro teplou vodu a teplo pro topení V závislosti na způsobu ohřevu vody (centrální – decentrální, úroveň teploty) se vyskytují sítě s různým počtem rozvodných potrubí. Tyto koncepty se dají v podstatě rozdělit na sítě 2 nebo 4 trubkové. 5.7.1. Čtyřtrubkové sítě Jako „čtyřtrubkové sítě“ se označují koncepty s rozvodnými systémy, které mají vedle přívodního potrubí a zpátečky pro vytápění také ještě dvě (nejčastěji) potrubí pro rozvod teplé vody (rozvod teplé vody a cirkulační vedení). Teplá voda je oběhovým čerpadlem vedena přes hlavní rozvody až krátce před odběrná místa a pak „cirkulačním potrubím“ dimenzovaným pokud možno na malý průměr vedena zpět k zásobníku. Tím se udržuje rozvodná síť trvale na potřebné teplotě. Ztráta tepelné energie v cirkulačním potrubí může být ovšem velmi velká. Podle způsobu provozu, teploty, délky potrubí, obíhajícího množství a jakosti izolace vyskytují se ztráty od 20 až přes 100% vlastní energie teplé vody. Tyto tepelné ztráty představují největší nevýhodu čtyřpotrubní sítě. Ukládání (akumulace) energie spočívá v tomto systému prostřednictvím topné vody v konvenčním ocelovém zásobníku. To přináší u větších soustav z hlediska nákladů výhodnější ceny zásobníků a tím menší systémové náklady. U čtyřpotrubních systémů s topnou vodou jako médiem pro zásobník energie vyplývá zpravidla ohřev vody přes tepelný výměník ve spojení s malým zásobníkem teplé vody jako pohotovostním zásobníkem.



Obrázek znázorňuje možnost zapojení dohřívání do systému. Zde je cenově výhodný vyrovnávací zásobník dimenzován větší o pohotovostní zásobník, který je dohříván v přerušovaném provozu (tak zvaným taktováním). Pohotovostní zásobník se nabíjí v přerušovaném provozu (taktováním) stálým nabíjecím průtokem. Tím dochází během nabíjecího postupu k teplotám zpátečky, něco nad teplotami studené vody. 5.7.2. Dvoutrubková síť Jako dvoutrubková síť se označují koncepty s rozvodným systémem, který pro přípravu teplé vody a zajištění tepla pro vytápění vystačí s jedním párem potrubí. Výrazný rozdíl oproti čtyřpotrubní síti spočívá v tom, že ohřev teplé vody probíhá decentrálně a na základě kvality systému je možno solární zisky použít pro ohřev vody a podporu vytápění.

Dvoupotrubní síť s centrálním zásobníkem energie a decentrálním ohřevem teplé vody (různé varianty).



Na schématu je vidět dvoupotrubní síť se třemi různými možnostmi pro decentrální ohřev teplé vody. Dvoupotrubní sítě s decentrálními zásobníky teplé vody mohou být výhodně použity všude tam, kde převažuje malá hustota odběru, vztažená na délku potrubní sítě (řadové domy). Zde se musí v letních měsících bez decentrálních zásobníků celá rozvodná síť teplé vody držet na potřebné teplotě, což vede k značným ztrátám v síti potrubí. Pro relativně vysoké náklady, způsobené použitím decentrálního zásobníku, ukazuje se při vyšších odběrových hustotách (konvenční stavby pro více rodin) z hlediska nákladů příznivější alternativou průtočný systém bez zásobníku. V posledních letech se pro výstavbu domů s více rodinami prosadily v kombinaci se solárním systémem tak zvané bytové předávací stanice. Na pravém obrázku je zobrazena jako příklad bytová stanice (bez krytu).



REALIZACE VELKÝCH SOLÁRNÍCH SYSTÉMŮ (od teorie k praxi) PETR KRAMOLIŠ autorizovaný technik Projekce OZE (referát ze semináře "Den pro solární energii")

1. ÚVOD Při navrhování energetických systémů jsme si v posledních desetiletích zvykli používat to nejlepší, čímž se nejrychleji vyřeší daný problém. Například použití zemního plynu a to nejlépe ve větším zdroji, kde je to ekonomičtější. Bohužel tento způsob myšlení se přenáší i na využití obnovitelných zdrojů energie. Zvykáme si na trend, že nejlepší a největší potenciál je v Biomase a tak ji využijeme co nejvíce a pokud možno ve větších zdrojích. Výsledkem jsou pak mnoha megawatové kotelny, které svážejí biomasu ze vzdálenosti 50 km i více. „Vždyť tímto způsobem snížíme největší množství fosilních paliv.“ Zapomínáme na výhody dalších druhů obnovitelné energie. Solární energie je plošně rozptýlená, avšak dostupná kdekoliv bez jakéhokoliv transportu. Provozní náklady (přímé) jsou na úrovni 3 – 5 % ze získané energie, což u biomasy tvoří 80 – 90 %. Tento faktor mluví ve prospěch solárních systémů v komunální a bytové sféře nejvíce. Investiční náklady budou postupně klesat využitím nových technologií a také při osazování do nových a zvláště rekonstruovaných staveb. Zde je vhodné připomenout rozsah realizovaných staveb. Nové budovy tvoří cca 1 % z celk. bytového fondu, rekonstruované stavby cca 3,5 %. Z toho vyplývá, že solární technika by měla být uplatňována především u obnovované stávající zástavby. Odhlédneme-li od rodinných domů, zůstává zde velká oblast, kde je výhodné využít velké solární systémy, které řeší větší a koncentrované potřeby tepelné energie. Ekonomická hlediska hovoří v jejich prospěch. Měrná cena velkoplošných systémů je o cca 1/3 nižší, než u malých systémů.

2. NAVRHOVÁNÍ VELKOPLOŠNÝCH SOLÁRNÍCH SYSTÉMŮ

Velký solární systém není větší množství malých kolektorů, které se propojí. U velkých ploch, provedených klasickým způsobem (High – Flow) vychází oběhové množství vody v primárním okruhu již tak velké, že potrubí by muselo mít světlosti DN 125 a více. Naproti tomu u velkoplošných systémů vystačíme s DN 50 pro 400 m2. Zamysleme se nad některými faktory, které výrazněji ovlivňují účinnost sytémů, nebo dimenzování. 2.1 NÁVRH VÝMĚNÍKŮ TEPLA Primární okruh s nemrznoucí směsí je oddělen v zásobníku výměníkem tepla. U větších systémů se používají externí výměníky, umístěné samostatně ve strojovně. V současné době je výhodné používat deskové, nerezové výměníky tepla. Jejich hlavní výhodou je vysoký měrný prostup tepla. Srovnáme-li trubkové výměníky, integrované do malých zásobníků, kde souč. prostupu tepla se pohybuje od cca 120 do 300 W/m2K, pak deskové výměníky mají souč. prostupu v rozmezí 1 600 až 3 500 W/m2K.



Vzniká však otázka jak správně nadimenzovat výměníky tepla, aby investice byla přijatelná a solární zisk co největší. Hlavním parametrem, který návrh ovlivňuje je kromě výkonu, výpočtový rozdíl teplot mezi primárním a sekundárním mediem. Výkon výměníku vypočteme z rovnice:

kde F znamená teplosměnnou plochu v m2, "k" je součinitel přestupu tepla na teplosměnné ploše ve W/m2K a t je rozdíl teplot obou medií.

Součinitel prostupu tepla budeme uvažovat konstantní ve dvou variantách 1 800 W/m2K a 2 700 W/m2K, abychom mohli zjistit vliv teploty na návrh teplosměnné plochy. Budeme-li dále počítat teplosměnnou plochu ze vzorce:

Pro výkony 100, 150 a 240 kW, vždy vyjde zvětšování plochy procentuálně stejně, neboť zachováme hodnotu „k“ neměnnou. Uvažujeme.li základní ?t = 10 °C pak zmenšováním rozdílu teplot, vychází teplosměnná plocha větší, viz tabulka č. 1.



Praktická otázka zní: kde je optimální rozdíl teplot, který zajistí nejlepší návratnost vložené zvýšené investice. Zvětšení teplosměnné plochy při zmenšení ?t z 10 na 8 °C je 2,22 m2. Investiční cena této zvětšené plochy činí při měrné ceně 3 970,- Kč/m2, celkem 8 813,- Kč. Uvažujeme-li snížení střední teploty na absorpční ploše o 2 °C během roku, pak se průměrná roční účinnost 40 % zvýší na 41,5 %. Z roční dopadající sluneční energie 1 100 kWh/m2r to představuje 16,5 kWh/m2r. Při abs. ploše kolektorů 400 m2 pak 16,5 x 400 = 6600 kWh/r. Při ceně energie z plynové kotelny 1,10 Kč/kWh (305 Kč/GJ) bude roční finanční přínos 7 260 Kč/r. Prostá návratnost vložené investice 11 850,- Kč bude:

Při snížení rozdílu teplot na 6 °C se teplosměnná plocha zvětší již na 14,81 m2 tj. o 5,92 m2, což představuje náklad 23 500,- Kč. Roční účinnost se nám zvýší na 43,0 %, což přinese 33,0 kWh/m2r. Pro 400 m2 abs. plochy to bude 13 200 kWh, finanční přínos pak 14 520,- Kč/r. Prostá návratnost pak vyjde:

Při snížení rozdílu teplot na 4 °C se teplosměnná plocha zvětší již na 22,22 m2 tj. o 13,33 m2, což představuje náklad 52 920,- Kč. Roční účinnost se nám zvýší na 44,5 %, což přinese 49,5 kWh/m2r. Pro 400 m2 abs. plochy to bude 19 800 kWh, finanční přínos pak 21 780,- Kč/r. Prostá návratnost pak vyjde:

Návratnosti jsou samozřejmě závislé na cenách. Při celkem stabilních cenách výměníků se dá spíše počítat se zvýšením cen energií a tím se snížením návratnosti.



Obr. 1 : Závislost teplosměnné plochy desk. výměníku na rozdílu teplot (pro 240 kW, k = 2 700 W/m2K) Z výše uvedeného rozboru vyplývá, že zvětšení teplosměnné plochy sice zvyšuje investiční náklad, ale na druhé straně se zvýší solární zisky. Návratnost je však velmi dobrá, vezmeme-li v úvahu běžné návratnosti celého solárního systému bez dotace 15 – 20 let. Pro každý konkrétní případ velkoplošných systémů by měla být plocha desk. výměníku optimalizována při cenách platných pro ten který případ.



2.2 VLIV TEPLOT NA ÚČINNOST KOLEKTORU Kvalita kolektoru je dána poměrem absorpce (?) k emisivitě (?) selektivního povrchu, dále prostupnosti tepla spodní a horní strany kolektoru. Praktický výsledek je vyjádřen křivkou účinnosti. Hlavní je parametr A, který vyjadřuje poměr rozdílu teplot k intenzitě solární radiace:



Obr. 2 : Křivka účinnosti kolektoru se selektivním povrchem a jednoduchým zasklením

Vezmeme-li v úvahu, že rozdíl hodnot A v rozsahu 0,07 a 0,08 znamená změnu účinnosti o 5 – 6 %, pak změna A o 0,001 představuje účinnost o hodnotě 0,5 – 0,6 %. Změna střední teploty kolektoru o 1 °C v pásmu průměrných účinností znamená změnu parametru A o 0,00125 až 0,00155 tj. změnu účinnosti o 0,7 až 0,9 %. V našem příkladu změna o 2 °C představuje změnu účinnosti o 1,4 – 1,8 % v závislosti na teplotním pásmu a intenzitě záření. Vysoká roční účinnost získá na ceně v okamžiku, kdy realizační firmy začnou, anebo budou muset garantovat roční solární zisky systému. Pak skutečně půjde o každé procento účinnosti. 2.3 VLIV TEPLOTY MEDIA Oběh teplonosného media v uzavřené soustavě závisí na tlakových ztrátách a ty zase na teplotní hladině kapaliny. Rozhodující úlohu zde hraje viskozita, která s klesající teplotou narůstá. Parametry vody jsou uvedeny v tabulce č. 2



V oblasti teplot 40 – 90 °C se rozdíl viskozity v technické praxi nepozná. Poklesnou.li teploty media pod 30 °C, což se u Low Flow systémů běžně stává, lépe řečeno tento stav značně převažuje, pak je nutné počítat s nárůstem tlakových ztrát, jak ukazuje další obrázek č. 3.



Obr. 3 : Tlakové ztráty v potrubí při různé teplotě čisté vody (pro délku potrubí 100 m, ? = 30 a oběhové množství G = 900 kg/h – DN 25, v = 0,5 m/s G = 5 000 kg/h – DN 51, v = 0,7 m/s)

Průběh tlakových ztrát při použití nemrznoucí směsi - v tomto případě Solarenu, který je již u výrobce namíchán na teplotu tuhnutí – 32 °C, je výrazně vyšší. V obr. 4 je porovnání pro stenou síť jako v obr. 3, avšak se Solarenem. Rychlosti proudění byly zvoleny v = 0,5 m/s (DN 25) a v = 0,6 m/s (DN 50).

Obr. č. 4

Je-li do vody přidán prostředek proti zamrznutí, např. 1,2 propylenglykol, klesá měrné teplo směsi z 4,18 na cca 3,5 – 3,7 kJ/kgK, což je o 13 – 19 % méně, než samotná voda. S nárůstem oběhového množství je nutné při návrhu počítat.



Obr. 5 : Měrná tepelná kapacita oběhových medií Z následujících grafů můžeme porovnávat další důležité vlastnosti vody a Solarenu, které jsou důležité pro návrh potrubní sítě.

Obr. 6 : Bod varu při různém tlaku pro Solaren



Obr. 7 : Porovnání hustoty vody a Solarenu

Obr. 8 : Porovnání viskozity vody a Solarenu

3. REALIZACE VELKOPLOŠNÝCH SOUSTAV Velkoplošné solární soustavy mají koncentrovaný výkon na malém prostoru. To si vyžaduje dostatečnou plochu na umístění kolektorů. Např. na rovné střeše je zapotřebí plocha 2,3 – 2,5 krát větší, než je plocha absorpční. Na šikmé střeše postačí zvětšení pouze o 15 – 20 %. Dále je nutné pamatovat na vyrovnávací zásobníky, neboli solární tanky. U stávajících objektů jsou nízké výšky suterénu a všeobecně je nedostatek prostoru v suterénech. Řešením mohou být beztlaké atypické nádoby, které se dají přizpůsobit kterémukoliv prostoru. V říjnu 2003 byly uvedeny dva solární systémy, které jsou regulací vzájemně propojeny. Absorpční plocha je 150 a 160 m2, celkem 310 m2. Umístěna je na



plochých střechách dvou budov Domova důchodců v Ostravě – Vítkovicích. Navrženy jsou Low – Flow průtoky. Vyrovnávací solární tanky mají objem 19 a 8 m3. U většího zásobníku se počítá ve 2 etapě s rozšířením absorpční plvochy. Oba systémy ohřívají teplou vodu (TUV). Dohřev v zimní polovině roku řeší stávající stanice v kotelnách. Výměníky tepla i čerpadla byly navrženy individuálně, nebyly použity solární čerpadlové jednotky. V současné době probíhá zkušební provoz. Podrobnější tech. ukazatele budou k dispozici později.



Energetické audity a využití sluneční energie Jiří Hirš, Vysoké učení technické v Brně Ústav technických zařízení budov

Anotace Přednáška přinese odborný pohled a zamyšlení nad současnými možnostmi, úskalími a problémy energetických auditorů v České republice při zpracovávání energetických auditů zahrnujících návrh úsporných opatření s aplikací systémů využívajících sluneční energii. V úvodu přednášky budou prezentovány obecné možnosti využití sluneční energie v budovách. Jedná se o možnosti pasivního způsobu využití energie slunce úpravou stavebních částí jako jsou prosklené konstrukce, akumulační konstrukce a úpravou otopných soustav pro respektování solárních tepelných zisků v interiéru a možnosti aktivního způsobu využití energie slunce vytvořením nových systémů určených pro zachycení a přenos tepelné energie slunečního záření do soustav technických zařízení budov. V části legislativy bude komentován současný stav české legislativy ve vztahu k využívání sluneční energie v budovách a v systémech technických zařízení budov, především Zákon o hospodaření energií a vyhlášky k jeho paragrafům a také pohled z pozice již přijaté či připravované legislativy Evropské unie (ČSN EN 832, EN 13 790) a požadavků Evropské unie na nové členské státy (např. Nařízení č. 91/2002 EC). Část přednášky týkající se návrhu energeticky úsporných opatření s využitím sluneční energie se bude zabývat možnostmi úspory energie v oblasti přípravy teplé vody, v oblasti ohřevu topné vody pro vytápění nebo vzduchotechniku, v oblasti ohřevu vzduchu pro větrání či teplovzdušné vytápění a v oblasti výroby elektřiny. Součástí přednášky bude také pohled na ekonomiku systémů využívajících sluneční energii jak z hlediska investičních nákladů, tak z hlediska dosahovaných úspor energie a vlivů na životní prostředí. Závěr bude věnován praktické ukázce energetického auditu zpracovaného pro regeneraci panelového domu. Jedná se o variantu snížení potřeb energie bytového objektu na úroveň nízkoenergetického domu s využitím sluneční energie pro ohřev teplé vody a vzduchu pro teplovzdušné vytápění bytů. Solární kolektor byl uvažován ve variantě velkoplošného kapalinového a vzduchového systému na jižní fasádě osmipodlažního domu. Projekt byl řešen v rámci Česko – rakouského partnerství a 5. rámcového projektu Evropské unie INTERACT.

Úvod Jedním z cílů energetické politiky České republiky je vytvoření funkčního systému podpory úspor energie, využívání obnovitelných zdrojů energie a kombinované výroby elektřiny a tepla v souladu s národním programem hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů uvedeném v zákoně č. 406/2000 Sb. a s ohledem na ochranu životního prostředí. Program úspor energie je potřebné



výrazně podporovat podle možností státního rozpočtu, s využitím podpory od Světové banky, případně i z jiných zdrojů (např. programy EU). Obnovitelné zdroje nemohou být v zásadním zdrojem energie, ale jejich využití bude významným regionálním a lokálním přínosem. Jedná se o uplatnění biomasy, malých vodních elektráren, dále o výstavbu větrných elektráren ve vhodných oblastech a v neposlední řadě o výstavbu solárních systémů, jejichž použití je v našich podmínkách vymezeno dobou slunečním svitu a klimatickými podmínkami. Dále přichází v úvahu i geotermální energie, například jako zdroj při využití tepelných čerpadel. Cílem energetické politiky Česka je zvýšení podílu obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů z dnešních cca 1,5 % na cca 3 až 6 % k roku 2010 a cca 4 až 8 % k roku 2020. Zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie, mezi něž solární energie patří, si vyžádá velké investice a podporu státu jak formou finančních dotací a tak tvorbou legislativně příznivých podmínek.

Obecné využití sluneční energie v budovách Solární energii dopadající na Zemi ve formě záření lze z technického hlediska využít jako energii tepelnou, elektrickou, nepřímo mechanickou a chemickou. Předmětem následujících kapitol je využití slunečního záření jako zdroje tepla při energetickém hodnocení budov a návrhu úsporných opatření. Pasivní využití sluneční energie je výrazně definováno při návrhu budovy architektonickým pojetím a typem a podílem masivních a transparentních ploch. Z hlediska energetického hodnocení objektu auditorem není v tomto případě mnoho možností k návrhu úsporných opatření s pasivním využitím solární energie bez dodatečných úprav architektonické koncepce budovy.



Příklad pasivného využití solární energie – transparentní konstrukce

Příklad pasivného využití solární energie – sluneční zahrada bez cirkulace vzduchu

Příklad pasivného využití solární energie – solární fasádní prvek s cirkulací vzduchu



Mezi nejjednodušší formy využití solární energie patří instalace automatických termoregulačních prvků na otopné plochy vytápěcích systémů, které reagují na zvýšení teploty v místnostech vlivem tepelných zisků slunečním zářením procházejícím z exteriéru obvodovými konstrukcemi. Aktivními prvky pro zachycení solární energie jsou sluneční kolektory. Jejich základním principem je zachycení dopadající energie při optimálním sklonu plochy kolektoru, přenos energie do vzduchu nebo kapaliny k dalšímu využití pro ohřev teplé vody a vytápění.

Příklad návrhu využití vzduchového kolektoru pro vytápění bytů v Gothenbergu

Množství solární energie je na jedné straně určeno klimatickými podmínkami dané lokality a na druhé straně dokonalostí konstrukce a polohy slunečního kolektoru z hlediska zachycení slunečního záření. Zatímco konstrukce a poloha kolektoru jsou v daném projektu konstantní (s výjimkou natáčecích kolektorů), klimatické podmínky slunečního záření a skutečné množství dopadající energie na povrch kolektoru jsou nestabilní a pro výpočet stanovovány na základě „dlouhodobých“ měření a statistických vyhodnocení. Důležitou roli hraje nejen oblačnost, ale také znečištění ovzduší. V zásadě platí požadavek rovnosti mezi množstvím zachycené energie solárním kolektorem (dáno návrhem zařízení s určením celkové plochy kolektorů) a potřebou energie v objektu závisející na typu soustavy (samostatné vytápění, samostatný ohřev teplé vody a kombinace pro oba systémy s celoročním využitím) a době využití. Rovnost zachycené energie a okamžité potřeby je vyrovnáván využitím akumulace energie a případným vybíjením přebytků energie.



Sluneční energie v legislativě Zákon o hospodaření energií a související vyhlášky Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií definuje obnovitelný zdroj energie a definuje národní program hospodárného nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných a druhotných zdrojů, který je zveřejňován v Obchodním věstníku. Samostatnou problematikou solární energie, ve které by bylo nutné z hlediska legislativy se zabývat využitím solární energie se zákon ani stávající vyhlášky k zákonu nezabývají. Nepřímo lze spojit potřebu využití solární energie s požadavkem na snižování emisí při spalování paliv ve stávajících zdrojích tepla. Evropské předpisy ČSN EN 832 popisuje v přílohách jakým způsobem lze započítat využití prvků pro zachycení solární energie do celkové bilance potřeby tepla. Také „Direktiva 2002/91/EC Evropského parlamentu a rady z roku 2002 o energetickém provedení budov“ plánuje další rozvíjení norem EN 832 a prEN 13790 a konstatuje, že aplikace alternativních systémů získávání energie není všeobecně prozkoumána v celém jejím potenciálu (z hlediska životního prostředí, z hlediska technického a ekonomické dostupnost alternativních systémů) a že získávání energie má být zváženo členským státem, např. pomocí studie, které sestaví seznam opatření pro zachování energie, pro průměrné podmínky místního trhu, splňující kritéria efektivnosti nákladů. Energeticky úsporná opatření s využitím sluneční energie Návrh úsporných opatření v energetických auditech běžně zvažuje variantu využití solární energie pro ohřev teplé vody (dříve TUV) a pro menší objekty (bytové domky) také variantu využití solární energie pro ohřev topné vody.



Příklad použití solární energie pro bytové domy Teplá voda Při návrhu plochy kolektorů pro ohřev TUV je potřeby vycházet ze spotřeby teplé vody v daném objektu, která má v denním průběhu většinou velké výkyvy, ale z hlediska měsíční spotřeby je poměrně stabilní. Oproti potřebě energie je zachycená energie solárními kolektory ve využívaném ročním období s ohledem na polohu slunce variabilní. Při návrhu je potřeba provést časový průběh energetické bilance potřeby a zachycené energie a diference (přebytky energie) řešit vhodným využitím nebo zmařením.



Topná voda Návrh ohřevu topné vody v kombinaci s teplou vodou je v zásadě stejný, ale liší se složitější kombinací energetické bilance energie, optimalizací polohy kolektorů a odlišnou dobou využívání. Svoji roli také hrají teplotní spády obou systémů. Ekonomický pohled V energetickém auditu je nutné prokázat efektivnost navržených opatření. Rozhodující pro ekonomické výpočty při porovnávání variant jsou dány především investičními náklady, provozními náklady a finančním vyjádřením úspor. V úsporách se finančně neoceňuje zlepšení kvality životního prostředí. Dále je nutné si uvědomit, že solární energie je doplňkovým zdrojem tepla a je nutné zároveň navrhnout stabilní zdroj tepla pro období, kdy slunce nesvítí. Tím se zvyšují investiční náklady. Při plnění kritérií požadovaných ve státních programech je složité bez podpůrné politiky prosazovat solární zařízení. Příklad využití sluneční energie v bytovém domě Princip řešení vytápění v bytovém domě s využitím solární stěny Zdrojem tepla budou VZT jednotky s rekuperačními výměníky umístěné v nástřešním prostoru budovy. Stávající dálkový zdroj tepla pro vytápění bude zachován a. bude sloužit v případě potřeby ke krytí tepelných potřeb pro vytápění a k zabezpečení dohřevu teplé vody (TUV). Stávající dálkový rozvod tepla bude sloužit také k odvedení přebytků tepla ze solárních kolektorů. Tak bude přes stávající rozvod převedena přebytečná energie do ostatních objektů, kde je jí potřeba. Pro dochlazení kolektorů na hodnotu cca 80-85°C bude využito topné vody o letních parametrech 70/50°C. Měřič spotřeby tepla bude v provedení, které umožní zvlášť zaznamenat tok tepla od budovy (dochlazení) a k budově (ohřev). Dodávka tepla do budovy bude realizována pomocí centrálního větrání, které je rozděleno na dvě stejné větrací jednotky s průtokem vzduchu 1500 m3/h. Nejprve bude venkovní vzduch přicházející ze solárního kolektoru a v případě nutnosti bude v rekuperátoru - deskovém křížovém výměníku tepla předehřán. Takto předehřátý vzduch může být v případě potřeby dohříván nízkoteplotním centrálním topným registrem. Cílem je dosáhnout s pomocí výměníku tepla popřípadě pomocí topného registru teploty vzduchu 20°C. Takto může být dosaženo izotermy přívodního vzduchu již na centrálním zařízení. Následně bude ohřátý vzduch přiveden obytných prostorů přes decentrální dohřívací registry v jednotlivých bytech a upraven na požadovanou teplotu. Dohřívací registry mohou dosáhnout zvýšení teploty o max 30°C a slouží ke krytí tepelných ztrát v jednotlivých bytech. Pomocí dohřívacích registrů bude přívodní vzduch do prostor při normové venkovní teplotě ohříván na teplotu maximálně 50°C. V každém bytě může být jednou řídící jednotkou na přívodním vzduchu řízena teplota v prostoru bytu. Různé požadavky na teplo u jednotlivých bytů, které vyplývají jednak z různých požadavků uživatelů, jednak dílčími solárními zisky, mohou být vyrovnány pomocí decentralizované regulace teploty v každém bytě.



Nouzový radiátor Stávající budova bude s ohledem na materiálové řešení a způsob vytápění v kategorii B – velmi úsporná. Z těchto důvodů jsou očekávány také podstatné úspory v roční potřebě tepla. Návrh topného systému vychází z normovaných venkovních teplot . Ve skutečnosti se mohou krátkodobě vyskytnout nižší venkovní teploty, což může vést k momentálně vyšší potřebě tepla. Z tohoto důvodu je navrženo zřízení nouzového radiátoru. K tomu budou použity pouze stávající radiátory v rohových místnostech které budou napojeny na stávající rozvody vytápění. Za běžného provozu bude na směšovacím uzlu v suterénu udržována teplota vody v radiátorech v rozmezí 22-25°C tak, aby nedocházelo k přenosu tepla žádným směrem a ventily byly plně otevřené. V okamžiku nouze (porucha, extrémní mrazy, apod.) bude centrální regulační ventil naplno otevřen a v okruhu bude udržována ekvitermě regulovaná voda 80/60°C. Podobně je řešen případ radiátorů v suterénu (sušárna, komerční prostory,apod.). Zde je ale ekvitermní teplota (předpokládaný spád 55/45°C) udržována sezónně a fakturace nákladů probíhá odděleně. Pro budovu je navržen teplovzdušný otopný systémem s pojistným teplovodním radiátorem. Pro systém se bude připravovat ekvitermně regulovaná voda (čidlo na severní straně objektu) s plným nasazením individuální regulace tepla v místnostech. Otopný systém bude klasický dvoutrubkový s horním (VZT registry) a dolním (otopná tělesa) rozvodem a bude uzavíratelný sekčními regulovatelnými uzávěry a regulátory diferenčního tlaku. Vlastní napojení repasovaných otopných těles ve většině vytápěných prostor bude provedeno přes regulační šroubení a termostatické ventily s hlavicemi tak, jak to požaduje Vyhláška č.151/2001. Otopná tělesa budou vzhledem k minimalizaci problémů se zavzdušněním litinová článková. Rozvody bude možno po kontrole a redukci tras ponechat stávající. Solární kolektor 2

Solární zařízení na jižní fasádě bude montováno na ploše cca 160 m a slouží jako zdroj tepla pro přípravu teplé vody a zdroj ohřevu vzduchu pro vzduchotechnická zařízení objektu. Energie získaná z kolektorů bude uskladněna v stratifikačním zásobníku tepla. Ukládání v zásobnících se uskutečňuje v závislosti od teploty ve dvou různých výškách a proto může být dosaženo rozvrstvení teplot v zásobníku. Při tomto rozvrstvení teplot mohou být využity také nižší teploty ze solárních kolektorů pro předehřívání topné vody. V zásobníku obsažené množství tepla může být na jedné straně využito pro topný registr vzduchotechnické jednotky, na druhé straně k ohřevu teplé vody. Pokud teplota v zásobníku nestačí, potom mohou být ze strany dálkového tepelného zdroje dohřívány obě možnosti odběru. V případě přebytku tepla v zásobnících bude také možnost odvedení této přebytečné energie do rozvodné sítě dálkových rozvodů a takto je předat pro ostatní objekty. Z hlediska zabezpečení bude každý zdroj vybaven pojistným ventilem a otopná soustava jako celek bude osazena membránovou expanzní nádobou, jak na straně glykolového okruhu, tak na teplovodní straně. Potřeby energie



Vypočtené tepelné ztráty (dle ČSN 06 0210) bytového domu po regeneraci jsou 71,6 kW. Tepelné ztráty původního stavu před regenerací byly 130 kW. Výpočet roční potřeby tepla na vytápění (celkové, redukované a měrné) provedený dle Vyhlášky 291/2001 Sb. je uveden v následujících tabulkách 1 a 2. Vyhláška stanovuje výpočet pro referenční vstupní hodnoty a skutečná spotřeba tepla na vytápění se v závislosti na odchylce od referenčních hodnot odlišná. Nová technická norma ČSN 73 0540-2 z listopadu 2002 stanovuje energetické hodnocení pomocí stupně energetické náročnosti SEN. Vypočtené hodnoty jsou uvedeny v tabulce 1. Tab.1 - Stanovení energetické náročnosti budovy Potřeba tepla při vytápění budovy ke krytí tepelných ztrát prostupem tepla Evp

kWh/a

102 179

Potřeba tepla při vytápění budovy ke krytí tepelných ztrát větráním EvV

kWh/a

74 526

Tepelné zisky z vnitřních zdrojů tepla za otopné období Evz

kWh/a

42 996

Tepelné zisky ze slunečního záření za otopné období Evz

kWh/a

21 498

-

0,9

kWh/a

118 661

Požadavek

kWh/(m .a)

16,6

29,1

%

56,9

Stupeň využití tepelných zisků η Roční spotřeba tepla na vytápění Eh Měrná potřeba tepla při vytápění budov eV

3

Stupeň energetické náročnosti SEN

B – Velmi úsporná

Klasifikace energetické náročnosti budovy

Výpočet SEN vychází z Vyhlášky č.291/2001 Sb. a provádí se bez uvažování zpětného získávání tepla, za podmínky nepřetržitého vytápění a větrání (s intenzitou výměny vzduchu n = 0,5) a konstantními tepelnými zisky. Stanovení energetické bilance potřeb tepla dle EN 832 s využitím skutečných provozních hodnot regenerovaného objektu je uveden v tabulce 2.



Tab. 2 – Bilance spotřeby a potřeby tepla

Bilanční položka

Před realizací úsporných

Po realizaci úsporných

opatření

opatření

vypočtená

naměřená

vypočtená

kWh/ m2 , rok

kWh/ m2 , rok

kWh/ m2 , rok

141

142,8

30

2. Větrání

2

0

4

3. TUV

39

39,3

26

Celkem

182

182,1

60

1. Vytápění

Výsledky simulace V rámci návrhu teplovzdušného vytápění prezentované obytné budovy byly na univerzitě v Gratzu na základě údajů v energetickém auditu provedeny simulace několika variant optimalizace potřeb energie pro teplovzdušného vytápění v závislosti na kvalitě obvodového pláště budovy. Na obrázku je ukázka výstupu s řešením ročního průběhu požadovaných teplot vzduchu přiváděného do místnosti a požadovaného výkonu pro pokrytí tepelných ztrát pro obytnou místnost v posledním podlaží s orientací na sever. Prezentovaná varianta odpovídá výše uvedeným výpočtům.

Závěr Zkušenosti z provozování solárních systémů především v rodinných domech ukazují, že optimálně zvolená plocha kolektorů a zásobníků vede, i při prozatím stále vysokých nákladech (které se postupně snižují) na jejich pořízení, k úspoře energie a zajištění požadované tepelné pohody vnitřního prostředí. Lze také konstatovat, že při vhodném návrhu systému vytápění a ohřevu teplé vody, je možné využívat svislých kolektorů s orientací na jih jako součástí fasádních systémů. Otázkou zůstává, jak nakládat s případnými přebytky energie získané ze slunečního záření v letním období. S výhodou lze přebytky využít k ohřevu vody v bazénu, ale také se dá využít tepla k sušení prádla či ručníků v koupelně. Bez užitku lze přebytky mařit nočním vytápěním kolektorů při reverzním chodu nebo vyhříváním půdy v zahradě. Závěrem bych rád konstatoval, že by při návrhu solárních systémů neměla veškerá práce přejít na dodavatelskou firmu či výrobce, ale vždy na základě reálných požadavků zákazníka, co nejpřesnějších klimatických údajů v dané lokalitě a časových průběhů energetické bilance by měl svůj díl práce odvést projektant. Není dnes již snad nutné uvádět, že nedílnou součástí všech systémů je dobrá regulace, řízení a měření dílčích spotřeb energie.



Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Cihelka, J.: Sluneční vytápěcí systémy, SNTL Praha 1984 Hirš, J.: Kombinace teplovzdušného a klasického vytápění v bytovém domě Hirš, J. a kol.: Energetický audit obytného domu (Brno, 2002) Hirš, J., Tichavská, R.: Regenerované nízkoenergetické panelové bytové domy (Sborník přednášek VII. Vědecké konference SF TUK, Košice, 2002) Rakouská studie využití solárních kolektorů, Česko - Rakouské partnerství (KWI Vídeň 2002) Schreiber, P., Brestič, J.: Projektová dokumentace – vytápění , vzduchotechnika (Ateliér Zlámal + Stolek, Brno 2002) Drápalová, J., Tichavská, R., Hirš, J.: Dílčí výsledky 5.RP EU – INTERACT EVK4-2001-20005 Výsledky simulace obytného domu (IWT – TUG, Gratz, 2002)

Portál www.TZB-info.cz



SBORNÍK PŘEDNÁŠEK konference TZB-2003

Recommend Documents