Spôsoby navrhovania solárnych systémov pre bytové domy Ing. Alfréd Gottas
[email protected]
Skúsenosti z praxe a cieľ prezentácie
Skúsenosti z praxe: Nerealistické očakávaniami investorov alebo projektantov, čo sa týka úspor energie na ohrev TÚV pomocou solárnych termických systémov
Cieľ prezentácie: A. Objasniť niektoré technické a ekonomické aspekty využívania väčších systémov B. Naznačiť reálne dosiahnuteľné úspory energie
Návrh veľkosti solárneho systému v bytovom dome
Hlavné údaje pre určenie počtu kolektorov a objemu solárneho bojlera: - denná spotreba TÚV v bytovom dome – priemerná hodnota - priebeh spotreby (ročný, denný) – odberové špičky a minimá - orientácia kolektorov na svetové strany a ich uhol sklonu (pri šikmých strechách) - lokalita – meteo údaje B. - plocha (strechy) využiteľná na umiestnenie kolektorov
Zjednodušený príklad: - denná spotreba TÚV: 4000 litrov (100 obyvateľov, 40 L na 1 obyvateľa za 1 deň) - priebeh spotreby: denný - ranná a večerná špička, ročný - mierne znížená spotreba počas dovolenkového obdobia - orientácia kolektorov na svetové strany a ich uhol sklonu: juh, 45° - lokalita – napr. stredné Slovensko, Prievidza - dostatočná plocha (strechy) využiteľná na umiestnenie kolektorov
denný priebeh spotreby
ročný priebeh spotreby
Návrh veľkosti solárneho systému v bytovom dome
Zjednodušenie: Budeme brať do úvahy len ohrev studenej vody (z 10°C na 50°C) v solárnom bojleri a zanedbáme energiu, potrebnú na straty tepla v rozvodoch TÚV a v cirkulačnom potrubí ( !!! tieto straty môžu dosahovať 30 - 60% celkovej spotreby energie na TÚV !!!). KONVENČNÝ DOOHREV PREDHRIATEJ VODY
Principiálna schéma zapojenia solárneho systému na TÚV v bytovom dome:
SOLÁRNY PREDOHREV STUDENEJ VODY
SOLÁRNY BOJLER
DOHRIEVACÍ BOJLER
Porovnanie pre rôzne počty kolektorov
20 kolektorov
- simulácia činnosti solárneho systému pomocou prog. T*SOL Expert 4.5
Porovnanie pre rôzne počty kolektorov
40 kolektorov
- simulácia činnosti solárneho systému pomocou prog. T*SOL Expert 4.5
Porovnanie pre rôzne počty kolektorov
60 kolektorov
- simulácia činnosti solárneho systému pomocou prog. T*SOL Expert 4.5
Porovnanie pre rôzne počty kolektorov
80 kolektorov
- simulácia činnosti solárneho systému pomocou prog. T*SOL Expert 4.5
Porovnanie pre rôzne počty kolektorov
Získaná energia za rok [MWh]
60 50
80 kolektorov úspora 75%
40 30
60 kolektorov úspora 69%
20 40 kolektorov úspora 58%
10 0 0
20
40
Počet kolektorov
60
80 20 kolektorov úspora 37%
Zvyšovaním počtu kolektorov nestúpa úmerne aj množstvo získanej slnečnej energie (úspora „platenej“ energie) – dôvody: Na to, aký max. energetický zisk sa dá dosiahnuť zo sol. systému majú vplyv dva limitujúce faktory:
1. Ohraničená denná spotreba TÚV 2. Krivka účinnosti slnečného termického kolektora (fyzikálny princíp jeho fungovania)
Limitujúci faktor 1
Ohraničená denná spotreba TÚV: Dokážeme všetku energiu z kolektorov využiť počas aktuálneho alebo nasledujúceho dňa?
V lete, pri spotrebe TÚV 4000 l/deň, ohreje 60 (alebo 80) kolektorov od rána do popoludnia bez problémov celú dennú spotrebu TÚV na požadovanú teplotu. Zvyšok času do západu slnka sú kolektory počas teplých letných dní nevyužité a prehrievajú sa.
Maximálne teploty kolektorov počas roka
60 kol. až 150°C
Limitujúci faktor 1
Dôsledky častého letného prehrievania: - vo všeobecnosti nespôsobuje technické problémy ak sú použité kvalitné kolektory a ďalšie komponenty, a ak je správne navrhnutý systém (napr. veľkosť expanzky) - znižuje životnosť teplonosnej kvapaliny - znižuje ročný energetický zisk z 1 m2 inštalovaných kolektorov (kWh/m2) a tým zhoršuje návratnosť
Maximálne teploty kolektorov počas roka
80 kol. až 160°C
Limitujúci faktor 1
Limitujúci faktor 1: Z hľadiska návratnosti existuje maximálny „rozumný“ počet kolektorov, ktorý pri danej spotrebe TÚV nemá veľké letné prebytky nevyužitého tepla „Poddimenzovaný“ systém s vysokým energetickým ziskom z 1 m2 kolektorovej plochy
Max. „rozumný“ počet kolektorov = približne 1 kol. TS300 na 100 l/deň TÚV
Prekročený max. „rozumný“ počet kolektorov - v lete ich nedokážeme „naplno“ využiť
Limitujúci faktor 2
Pri variantoch s 20 a 40 kolektormi nemáme nevyužité letné prebytky tepla – Prečo potom nevieme získať zo 40 kolektorov dvakrát toľko energie ako z 20 kolektorov? „Poddimenzovaný“ systém s vysokým energetickým ziskom z 1 m2 kolektorovej plochy
Max. „rozumný“ počet kolektorov = približne 1 kol. TS300 na 100 l/deň TÚV
Fyzika: Čím je na výstupe z kolektora nižšia teplota kvapaliny, tým účinnejšie kolektor premieňa dopadnuté slnečné žiarenie na využiteľné teplo.
Limitujúci faktor 2
Straty tepla z kolektora do okolia sa zväčšujú so stúpajúcou požadovanou teplotou na výstupe kolektora.
Limitujúci faktor 2
Kolektor, ktorý je lepšie chladený odberom tepla do spotrebiča, „vyrobí“ viac energie ako menej chladený kolektor pri rovnakých podmienkach (slnečné žiarenie, vonkajšia teplota, vietor):
Limitujúci faktor 2
kolektory
50 °C
bojler
30 °C
20 kolektorov bude pri 4000 litrovej dennej spotrebe schladených (cez výmenník a bojler) natoľko, že aj počas najhorúcejších slnečných dní solárny systém zabezpečí len pred-ohrev studenej vody na teplotu napr. 30 °C → → regulátor drží teplotu na výstupe z kolektorov na max. 40 - 50 °C.
Ak zvýšime počet kolektorov na 40, získame celkovo zo slnka viac energie, ale kolektory budú pri nezmenenej dennej spotrebe TÚV (4000 l/deň) menej ochladzované ako pri 20 kolektoroch. Počas najteplejších letných dní zohreje 40 kolektorov vodu v solárnom bojleri až na požadovaných 50 °C → regulátor drží teplotu na výstupe z kolektorov na max. 60 - 70 °C.
kolektory
70 °C
bojler
50 °C
Limitujúci faktor 2
20 kolektorov:
1320 W 1170 W
vzduch 30
°C
vzduch 30
°C
kolektory
50 °C 40 kolektorov:
kolektory 70°C - 30°C
50°C - 30°C
70 °C Limitujúci faktor 2: Účinnosť kolektora závisí od rozdielu teploty medzi absorbérom a okolitým vzduchom. Chladnejší kolektor premení väčšiu časť zachyteného slnečného žiarenia na využiteľné teplo vo forme zohriatej teplonosnej kvapaliny ako teplejší kolektor (pri rovnakých podmienkach).
Časté problémy veľkých solárnych systémov
Zatienenie kolektormi
Zatienenie kolektormi
- vzájomné tienenie – leto/zima – minimálna akceptovateľná vzdialenosť 2,5 m
Nedostatočná kvalita izolácie
Výsledok činnosti vtáctva a degradácie izolácie
Automatický odvzdušňovací ventil - náš nepriateľ
keď už to musí byť, tak aspoň takto...
Nezvládnutá expazia + automatický odvzdušňovací ventil – 06/2012, Zvolen
Ďakujem za pozornosť...
