TECHNICKÉ PODKLADY pro projektanty
Díl 4, část l
Solární technika (stav 11/07)
reflex_TKS.indd 1
12.11.2007 14:22:33
Solární technika
2
Jak to chápat. 1) V celé knize používáme v textu TUV (teplá užitková voda) a na schématech a obrázkách po novu TV (teplá voda). V obou případech myslíme to stejné – ohřátá pitná voda je teplá voda nebo (postaru) teplá užitková voda. 2) Pojmy tlak a přetlak jsou v textu celé knihy identické. V topenářství (až na naprosté výjimky) se vždy jedná o přetlak, ale používá se často pojem tlak. Vždy se jedná o tlak nad atmosférickým tlakem. 3) Používané jednotky: Tlakové – 1 bar = 10 m vodního sloupce = 100 kPa = 0,1 MPa Energie – J = W/s, 1 kWh = 3,6 MJ = 3600 kJ, 1 kcal = 4,2 kJ Výkon – 1kW = 860 kcal/h, 1000 kcal/h = 1,16 kW
reflex_TKS.indd 2
12.11.2007 14:22:35
Obsah
Solární technika
Strana
Teorie....................................................................................................................................4–5 Využití tepla............................................................................................................................. 6 Solární systémy ...................................................................................................................... 7 Kolektory ............................................................................................................................8–10 Hnací sady ............................................................................................................................ 11 Zásobníky ............................................................................................................................. 12 PAST...................................................................................................................................... 13 Regulace ..........................................................................................................................14–15 Návrh systému .................................................................................................................16–23 Zapojení ...........................................................................................................................24–31
3
reflex_TKS.indd 3
12.11.2007 14:22:59
Solární technika Teorie
Úvod hranici atmosféry cca 1360 W/m2. Toto množství energie se před dopadem na povrch Země zmenší o část vyzářenou zpět do kosmu, a o část záření, které se vstřebá při průchodu atmosférou. Na zemský povrch tak dopadá maximálně okolo 1000 W/m2. Je logické se snažit tuto energii zachytit a využít pro různé aplikace ve formě tepla či elektrické energie, zejména pokud si uvědomíme, že Slunce nám tuto energii poskytuje zcela zdarma.
Stále více se zesiluje tlak na využití obnovitelných zdrojů energie. K těmto zdrojům patří i energie Slunce, které je z našeho pohledu nevyčerpatelný energetický zdroj. Energie Slunce vzniká z termonukleární přeměny vodíku v helium a její množství je tak obrovské, že ač Země zachytí necelé 2 miliardtiny slunečního energetického toku, dopadá na
Sluneční záření
4
Při průchodu slunečního záření zemskou atmosférou dochází k jeho rozptylu na prachových částicích obsažených ve vzduchu a dále k jeho odrazu při dopadu na různé překážky. Jen část záření dopadne přímo na zemský povrch, tato část se nazývá přímé záření. Je směrové, největší intenzita je ve směru slunečních paprsků. Druhá, odražená či rozptýlená část se nazývá difúzní záření. Třetí složka, odražené záření, není častá a je nepodstatná. Toto záření je všesměrové, jeho intenzita je ve všech směrech obdobná. Za jasné oblohy tvoří difúzní záření jen cca 1/5 celkového záření, při zatažené obloze je sluneční záření tvořeno jen zářením difúzním.
difuzní
přímé
odražené
Obr. 1: Rozdělení slunečního záření
Množství slunečního záření dopadlého na zemský povrch v dané lokalitě značně kolísá, což je způsobeno množstvím faktorů. Jsou jimi především: umístění lokality na zemském povrchu. V našich zeměpisných šířkách cca okolo 5 rovnoběžky je intenzita slunečního záření menší než v tropických či subtropických oblastech, umístění lokality vzhledem k okolí. Intenzita záření v čistých horských oblastech je větší, než v městských aglomeracích. Je to způsobeno znečištěním atmosféry, které působí podobně jako sluneční clona,
JASN Á OBLOHA 1000 W/m2
OBČASNÉ MRAKY 600 W/m2
orientace plochy, na které měříme sluneční záření. Nejvíce slunečního záření dopadá na plochy orientované k jihu, méně již na plochy orientované k ostatním světovým stranám, sklon dané plochy. V letních měsících dopadá nejvíce záření na plochu mírně skloněnou, optimálně cca 30°, v zimním období na plochu s větším sklonem, optimálně cca 64–70°, odražená či rozptýlená, část se nazývá difúzní záření. Toto záření je všesměrové, jeho intenzita je ve všech směrech obdobná. Za jasné oblohy tvoří difúzní záření jen cca 1/5 celkového záření, při zatažené obloze je sluneční záření tvořeno jen zářením difúzním.
CELKOVĚ ZATAŽENO 300 W/m2
ZIMNÍ INVERZE 1000 W/m2
Obr. 2: Intenzita slunečního záření
reflex_TKS.indd 4
12.11.2007 14:23:00
Solární technika Teorie
Obr. 3: Vliv sklonu kolektoru na množství získané energie Sklonem, případně orientací plochy je ovlivněno hlavně přímé záření, intenzita difúzního záření je ve všech směrech obdobná. Výška Slunce nad obzorem se během roku mění. Ideální celoroční sklon kolektoru pro orientaci na jih je 45°. Při tomto sklonu se vyrobí nejvíce energie. V zimě by měly být kolektory strmé (65–75°) v létě ploché (30–35°). Většinou se kopíruje sklon střechy.
Měsíc Záření (kWh/m2) Svit (hod)
1 22 53
2 36 90
3 83 157
4 117 187
5 150 247
Další faktor, ovlivňující množství dopadlého záření, je časové období. Tento faktor je velmi důležitý zejména pro využití přeměny slunečního záření na teplo, v letním období, kdy je obvykle nejmenší spotřeba tepla, je množství slunečního záření největší a naopak v období zimním, kdy je největší potřeba tepla, je množství dopadlého slunečního záření nejmenší. To je hlavně způsobeno dobou slunečního svitu, např. v Praze svítí slunce v červnu a červenci cca 266 hodin, zatímco v prosinci jen 35 hodin.
6 167 266
7 169 267
8 139 238
9 100 190
10 56 117
11 25 58
12 19 35
5
Rok 100% 100%
Tab. 1: Doba svitu a celková intenzita slunečního záření v Praze
léto jaro, podzim zima
Obr. 3a: Výška Slunce nad obzorem a sklon
reflex_TKS.indd 5
Obr. 3b: Vliv orientace a sklonu na výrobu tepla
Obr. 3c: Globální záření v ČR za rok [kWh/m2]
12.11.2007 14:23:01
Solární technika Využití tepla
Využití slunečního záření Sluneční záření lze využívat 2 způsoby. Přímé využití je založeno na zachytávání slunečního záření a jeho následnou přeměnu na teplo nebo elektřinu. Nepřímé využití je např. využití biomasy, uhlí, větru, vody (vše vzniká působením Slunce). Ale v TK se přidržíme pouze přímého využití slunečního záření. Přímé využití na výrobu elektřiny je prováděno fotovoltaickými panely. Panely jsou tvořeny polovodičovými přechody, obvykle z mono- nebo z polykrystalického křemíku. Po vystavení panelu slunečnímu záření dojde dopadem fotonů ke vzniku elektrického proudu. Účinnost této přeměny je poměrně nízká, činí cca 9–18 % dle konkrétních materiálů a podmínek.
6
Přímé využití záření Slunce přeměnou na teplo je častější. Rozeznáváme dva systémy pro zachycení této energie: pasivní a aktivní. Pasivní systém využívá různých stavebních konstrukčních prvků pro co největší zachycení slunečního záření, které se přeměňuje na teplo a zvyšuje tak teplotu v místnosti. Aktivní systém zachytává sluneční záření na solárních kolektorech, kde dochází k jeho přeměně na teplo, které je následně odváděno k jednotlivým spotřebičům. Tento systém poskytuje značné výhody: je bez problému regulovatelný, je možná akumulace pro vyrovnání časových intervalů mezi slunečním zářením a spotřebou tepla a teplo také můžeme využít různými způsoby od ohřevu teplé užitkové vody až pro vytápění objektu. Slunce nám tuto energii poskytuje zcela zdarma.
Žluté – nadbytek Modré – nedostatek Červené – využité
a – Spotřeba energie b – Tvorba energie
Obr. 4: Obvyklé průběhy zisku kolektorů a spotřeby energie pro typický objekt
V domácnosti se vyrobené teplo nejvíce používá na: 1) Přípravu teplé užitkové vody (TUV). 2) Ohřev bazénové vody. 3) Podporu topení – akumulace. Osvědčené je využití na ohřev teplé užitkové vody, eventuálně použít přebytky na bazén (při doporučeném dimenzování ušetříte až 60 % ročních nákladů na ohřev vody). Nebo instalace pouze pro bazén (neexistuje levnější způsob ohřevu). Pokud chcete použít teplo na podporu topení, používají se speciální solární akumulátory tepla, kde TUV se ohřívá průtokem. V našich klimatických podmínkách sluneční kolektory mohou pomoci s temperancí objektu, ale v žádném případě se nedá uvažovat s plnohodnotným vytápěním (viz následující grafy). Podpora vytápění objektu se z výhodou kombinuje např. s ohřevem venkovního bazénu, kdy po ukončení provozního období bazénu je teplo používáno právě k temperování objektu.
Měsíc Slunce tvorba TUV a topení spotřeba
1 2 16
2 3 12
3 8 12
4 10 9
5 13 5
6 16 3
7 16 3
8 13 3
9 9 4
10 5 6
11 3 12
12 2 15
Rok 100% 100%
Tab. 2: Průměrné hodnoty tvorby a spotřeby energie v %
reflex_TKS.indd 6
12.11.2007 14:23:02
Solární technika Solární systémy
Solární systém
7
Obr. 5: Schéma solárního systému pro ohřev teplé vody
Základním prvkem solárního systému je solární kolektor (obr. 5, poz. 1), ve kterém dochází k přeměně slunečního záření na teplo. Kolektory se umísťují na nosné konstrukce pomocí montážních sad (obr. 5, poz. 2), které se liší dle typu kolektoru a použité střešní krytiny. Montáž kolektorů je značně variabilní, může být provedena na šikmou střechu, do střechy, nebo volně na plochou střechu či na zem. Teplo z kolektoru je odváděno teplonosnou látkou (obvykle směs glykolu a vody) pomocí hnací sady (obr. 5, poz. 4) do spotřebičů tepla. Hnací sada je tvořena čerpadlem, zpětnou klapkou, kulovými kohouty s teploměry, pojistným ventilem a dalšími součástmi nutnými pro správný chod solárního systému. Pro zabezpečení solárního okruhu musí být dále nainstalovaná vhodná expanzní nádoba (obr. 5, poz. 3), odolávající příslušným koncentracím nemrznoucí směsi.
reflex_TKS.indd 7
Spotřebič tepla (obr. 5, poz. 5) je obvykle akumulační zásobník, který umožňuje vyrovnávat časové rozdíly mezi ziskem a spotřebou tepla, dalším spotřebičem může být např. bazénový výměník pro ohřev bazénové vody. Zásobník se používá buď pro ohřev teplé užitkové vody (nepřímotopné zásobníky s jedním nebo dvěma trubkovými výměníky), nebo lze z výhodou použít kombinovaných zásobníků, které umožní jak přípravu teplé vody, tak temperování objektu. Regulace (obr. 5, poz. 6) řídí celý systém dle požadavků na potřebu tepla a dle aktuálních tepelných zisků kolektorů.
12.11.2007 14:23:02
Solární technika Kolektory
Solární kolektory Kolektory jsou nejdůležitější součást solárních systémů, neboť zachycují sluneční záření a převádí ho na teplo. Je mnoho typů solárních kolektorů, ovšem běžně se používají nejvíce dva typy: deskový a vakuový trubicový. Deskový kolektor je tvořen rámem, do kterého je osazen absorbér. Ten je obvykle tvořen měděným plechem se speciální povrchovou úpravou a s registrem měděných trubek, kterými odvádí nemrznoucí solární kapalina zachycené teplo. Absorbér je ze shora překryt transparentním krytem, obvykle solárním tvrzeným sklem, a ze spodu zaizolován minerální vatou. Jedná se o nejvíce používaný typ kolektoru s vynikajícím poměrem cena/výkon.
8
Trubicový vakuový kolektor je tvořen dvouvrstvou skleněnou trubicí s vakuem a absorbční vrstvou mezi skly, která je navlečena na měděné trubici s teplonosnou látkou. Pro lepší odvod tepla je do skleněné trubice vložen měděný nebo hliníkový plech. Trubice jsou shora napojeny do společného sběrače, přes který se odvádí získané teplo ke spotřebičům. Vakuové trubice se umísťují do parabolických zrcadel z leštěného plechu, které odrazem paprsků zaručují optimální výkon kolektoru během celého dne. Trubicové vakuové kolektory jsou vyráběny ve dvou typech: neprůtočné (tepelné trubice) a průtočné (U trubice).
Obr. 6: Deskový kolektor
Konstrukce kolektorů Kolektory se největší mírou podílejí na míře účinnosti celého solárního systému, proto se na jejich správný výběr musí klást velký důraz. Nejdůležitější na kolektoru je povrch absorbéru. Standardně se rozlišují dva typy povrchů: selektivní a neselektivní. Oba typy povrchů mají obdobnou absorbci, zachytí až 95% dopadající energie. Výrazně se liší emisemi, tj. množstvím energie vyzářené zpět z povrchu absorbéru. U neselektivních povrchů kolektorů činí emise cca 35% zachycené energie, zatímco u selektivního povrchu se tato hodnota pohybuje mezi 5–15%.
Obr. 7: Vakuový trubicový kolektor
Obr. 8: Řez deskovým kolektorem
reflex_TKS.indd 8
12.11.2007 14:23:03
Solární technika Kolektory Neselektivní povrch tvoří černá matná barva, proto jsou obvykle tyto kolektory výrazně levnější než kolektory se selektivní vrstvou. Své opodstatnění mají hlavně pro sezónní využití přes letní měsíce, např. pro ohřev venkovního bazénu, kdy se příliš neprojevují jejich nepříznivé vlastnosti. Ovšem při nižších teplotách okolního vzduchu, např. v přechodném období, dodávají neselektivní typy kolektorů výrazně méně tepla než kolektory se selektivním povrchem a během zimy je množství dodaného tepla téměř zanedbatelné. Selektivní povrch tvoří vrstva oxidu titanu nebo jiné vhodné látky, která je vakuově nanesena na kovový povrch absorbéru. Jsou známy pod různými obchodními názvy – Tinox, Sanselect, atd. Vytvoření takového povrchu je velmi náročné, proto i cena selektivních kolektorů je výrazně vyšší, než cena kolektorů neselektivních. Ovšem jejich výborné vlastnosti je předurčují k celoročnímu využití pro všechny aplikace, včetně podpory vytápění.
Obr. 8a: Různé uspořádání trubek absorbéru
Sluneční záření zachycené kolektorem je odváděno z plechového absorbéru do registru trubek a následně do teplonosné kapaliny. Trubky absorbéru mohou být uspořádány množstvím způsobů, nejběžnější je registr trubek uspořádaný do tvaru H, dále trubky uspořádané do tvaru U, případně meandrovitě zahnuté – viz obr. 8a. Různé uspořádání registru trubek nijak výrazně nesnižuje či nezvyšuje účinnost kolektoru, ale rozhoduje o možnostech hydraulického připojení a zapojení kolektorů do jednotlivých kolektorových polí. Další součást kolektoru, která se do velké míry podílí na vlastnostech kolektoru, je transparentní kryt. U levnějších, obvykle neselektivních, kolektorů se používá tvrzené normální sklo, do dražších selektivních kolektorů se standardně osazuje speciální tvrzené solární sklo s malým obsahem železa a s velkou propustností slunečního záření.
9
Poslední součást kolektoru je tepelná izolace, která výrazně snižuje prostup tepla z absorbéru přes zadní a boční stranu deskového kolektoru, případně izoluje rozdělovač a sběrač u trubicového vakuového kolektoru. Používá se minerální vata o tloušťce 3 – 5 centimetrů. TAB. 3: Vlastnosti kolektorů Typ
NBC 18
Druh
plochý
NSC 18
NSC 25 FSC 24
KS 23
KS 24
MK 2
MK 4
MK 6
VTT 20
VTT 30
VSC 25
trubice
Uspořádání
–
H
H
H
Absorber
–
Cu-barva
Cu-selektivní
Výška
mm
1940
1945
Šířka
mm
940
945
1233
1180
1139
1140
2000
3975
5948
1496
2196
1647
Plocha celková
m2
1,82
1,84
2,47
2,37
2,32
2,32
1,83
3,64
5,44
2,885
4,236
1,84
Plocha absorpční
m2
1,57
1,65
2,23
2,14
2,14
2,14
1,66
3,4
5,1
1,61
2,42
1,6
Max. prac. tlak
bar
10
10
10
10
10
10
10
10
10
8
8
10
Max. prac. teplota
°C
200
200
200
202
199
199
182
182
182
200
200
270
Koef. absorpce
–
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,96
Koef. emise
–
0,35
0,11
0,11
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,06
0,06
0,06
2003
U (lyra)
M (meanrd)
H
H
H
H
Heat Pipe
Heat Pipe
Přímé
2009
2039
2040
915
915
915
1929
1929
1120
Připojení
mosaz
Rp 3/4“
Rp 3/4“
Rp 3/4“
Rp 1/2“
15x1
18x1
22x1
22x1
22x1
22x1
22x1
Rp 3/4“
Hmotnost
kg
31
38
48
45
43
43
38
80
120
63
95
31
Objem svazku
litr
2,3
1,2
1,3
1,5
1,2
1,5
1,5
2,9
4,4
0,5
0,8
1,6
Průtok
litry/h
100
100
103
200
120
150
270
270
270
120
180
30
Průtok
litry/min
1,7
1,7
1,7
3,3
2,0
2,5
4,5
4,5
4,5
2,0
3,0
0,5
reflex_TKS.indd 9
12.11.2007 14:23:04
Solární technika Kolektory Účinnost kolektorů Účinnost kolektorů se určuje měřením a obvykle se vynáší do grafu v závislosti na podílu rozdílu teploty absorbéru. Vodorovná osa je rozdíl střední teploty absorbéru a teploty okolí dělený intenzitou slunečního záření. Svislá osa je účinnost
(0,8 = 80%). Charakteristika kolektoru je jedinečná pro daný typ kolektoru a umožňuje jednotlivé kolektory porovnávat. Účinnost se mění podle podmínek a nelze kolektor charakterizovat jednou hodnotou.
Obr. 9: Graf účinnosti kolektoru 10
Montážní sady kolektorů Kolektory musíme při montáži připevnit k nosné konstrukci, která je dostatečně dimenzována i pro zvýšenou zátěž kolektorů např. při silném větru nebo sněhové pokrývce. V případě jakýchkoliv nejasností ohledně nosnosti a vhodnosti umístění kolektorů je nutná konzultace se statikem, případně jiným odborným pracovníkem. Nejčastěji se kolektory instalují na šikmou střechu
(montážní sada na střechu), nebo na rovnou plochu (montážní sada volná), méně často do střechy (montážní sada do střechy). Montážní sady jsou vyrobeny z hliníkových profilů nebo žárově pozinkovaných ocelových profilů. V detailech se ještě liší podle typu použitých kolektorů. Podle druhu krytiny je nutno zvolit příslušné upevňovací prvky (háky, vruty, zatěžovací bloky).
Montážní sada na střechu s háky
Montážní sada na střechu s vruty
Montážní sada do střechy a vanou Obr. 10: Montážní sady
Montážní sada volná
reflex_TKS.indd 10
12.11.2007 14:23:04
Solární technika Hnací sady
Hnací sady solárních systémů Hnací sady solárních systémů tvoří vzájemně propojené hydraulické komponenty, které jsou potřebné pro správnou funkci solárního systému. Jsou to zejména: čerpadlo, zpětná klapka pro zabránění zpětné samotížné cirkulace, průtokoměr se škrtícím ventilem pro přesné nastavení průtoku, kulové kohouty s integrovanými teploměry a pojistný ventil s možností připojení expanzní nádoby. Hnací sady jsou dodávány ve dvou typech: jednotrubkové s umístěním na zpátečku otopného systému a dvoutrubkové, kde na zpátečce jsou umístěny hlavní hydraulické komponenty a na výstupní trubce z kolektoru je osazen kulový kohout s teploměrem. Všechny komponenty jsou zaizolovány snímatelnou izolací z tvrdé polyuretanové pěny.
Obr. 11: Hnací sada Regusol III.
11
Hnací sada REGUSOL III. TECHNICKÉ ÚDAJE : Manometr Maximální pracovní teplota Otevírací tlak pojistné armatury Oběhové čerpadlo Napětí Příkon (I. - II. - III. stupeň) Průtokoměr Rozměry (š x v) Rozteč výstupní a vratné trubky
: : : : : : : : :
10 barů 120°C 6 barů Wilo-Star ST 25/6 230 V, 50 Hz 34-44 / 46-63 / 68-82 W 2 – 15 lt/min 250 x 375 mm 100 mm
Obr. 12: Charakteristika oběhového čerpadla hnací sady Regusol III.
reflex_TKS.indd 11
12.11.2007 14:23:05
Solární technika Zásobníky
Teplonosná látka Na teplonosnou látku pro solární systémy jsou kladeny velké nároky: musí mít co nejnižší bod tuhnutí, co nejvyšší bod varu, musí být chemicky stálá a nesmí zatěžovat životní prostředí. Těmto požadavkům nejlépe vyhovují látky na bázi glykolu, obvykle zdravotně nezávadný polypropylen glykol s dalšími přísadami. Pro deskové kolektory se používá solární látka PS, pro vakuové trubicové kolektory solární látka FSV odolávající vyšším teplotám na kolektorech. Solární látky se obvykle ředí s vodou na bod tuhnutí cca okolo -30°C. Při této koncentraci mají oproti čisté vodě menší tepelnou kapacitu (cca 3,477 kJ/kg.K) a několikanásobně větší viskozitu, za studeného stavu při 20°C cca 6x větší, při 80°C cca 2x větší než čistá voda. Při návrhu solárního systému se musí s těmito vlastnostmi počítat.
Zásobníky Zásobníky pro solární systémy se dělí dle použití na ohřívače teplé vody, ve kterých se přes výměník ohřívá studená voda z vodovodního řadu a na akumulační, ve kterých se teplo ze solárního okruhu předává otopné vodě. Speciální solární zásobníky jsou kombinované, které umožňují zároveň akumulovat teplo pro vytápění a ohřívat teplou vodu. Zásobníky zároveň musí mít možnost připojení dalšího zdroje tepla pro vyrovnání nepravidelných dodávek tepla ze solárních kolektorů. 12
Solární systém je vždy nutné oddělit od otopné či vodovodní soustavy výměníkem tepla, aby nedošlo ke smíchání nemrznoucí solární látky a vody. Výměník musí být dostatečně dimenzovaný, aby přenesl plný (teoretický) výkon kolektorového pole při minimálním teplotním rozdílu. Pro ohřev teplé vody se používají tzv. bivalentní zásobníky, které mají dva trubkové výměníky nad sebou – viz obr. 13.
Vrchní výměník je určen pro připojení dalšího zdroje tepla (kotle), který takto ohřívá vrchní polovinu zásobníku na nastavenou teplotu (50–60°C). Na spodní výměník se připojuje solární okruh, který takto ohřívá druhou polovinu zásobníku a zároveň celý zásobník na vyšší teploty (dle nastavení, často až 90°C). Při tomto zapojení je nutné osadit na výstup teplé vody ze zásobníku třícestný směšovací ventil, který zabrání opaření na odběrných místech.
Obr. 13: Bivalentní zásobník pro ohřev teplé vody
reflex_TKS.indd 12
12.11.2007 14:23:12
Solární technika PAST
PAST – solární akumulátor Příkladem kombinovaných zásobníků je Past Delta – viz obr. 14. V celém zásobníku je otopná voda, ve které se akumuluje teplo ze solárních kolektorů i všech dalších zdrojů tepla v systému. Teplo z nádrže je rozváděno do jednotlivých otopných okruhů. Zároveň je od otopné vody průtokově ohřívána studená voda z řadu, která se nejprve předehřeje ve spodním výměníku a potom dohřeje ve svrchním výměníku na potřebnou teplotu. Teplota výstupní teplé vody se pohybuje cca 510 K pod teplotou vody v horní části nádrže, proto je nutné i zde pamatovat na třícestný směšovací ventil na výstupu.
Obr. 15: Napojení PASTi na topný okruh
13
Obr. 14: Solární akumulátor PAST Delta
reflex_TKS.indd 13
Obr. 16: Napojení PASTi a bazénu
12.11.2007 14:23:12
Solární technika Regulace
Regulace solárního systému Regulace do značné míry ovlivňuje účinnost solárního systému a určuje hydraulické zapojení systému. Principy zapojení jednotlivých spotřebičů tepla budou popsány u konkrétních hydraulických schémat.
TR 0301 Pro nejjednodušší systémy s jedním spotřebičem tepla se používá regulace TR 0301 (obr. 17), která umožňuje připojit 3 čidla teplot a ovládat 1 silový výstup (např. oběhové čerpadlo, třícestný přepínací ventil apod.).
Provozní napětí: Vlastní spotřeba: 3 vstupy pro teploty: 1 výstup: Ukazatel: Krytí: Povolená teplota okolí: Montáž: Hmotnost: Skříňka: Rozměry – d x š x v:
230 V, 50 Hz 1 W PT 1000 relé, příkon max. 800 W animovaný LCD-displej, 2barevný, podsvětlený IP 20 / DIN 40050 0 až + 45°C na zeď 250 g recyklovatelná, třídílná skříňka 136 x 133 x 37 mm
Obr. 17: Regulace pro jeden spotřebič TR 0301
14
TR 0603 Pro složitější systémy s více spotřebiči tepla je nutné použít regulaci TR 0603 (obr. 18), do které je již možno připojit 6 vstupů a kterou je možné ovládat 3 silové výstupy. Do vstupů je možné zapojit jak čidla teplot, tak například impulzní měřič tepla. Ovládání a nastavení regulace je díky animovanému displeji a 15 přednastavených typů solárních systémů velice jednoduché a rychlé.
Provozní napětí: Vlastní spotřeba: Vstupy pro teploty: Vstup impulzní, teplotní: Typ čidel: Výstupy: Výstupy: Ukazatel: Krytí: Povolená teplota okolí: Montáž: Rozměry – d x š x v:
reflex_TKS.indd 14
230 V, 50 Hz 3 W 6 1 PT 1000 1x relé, příkon max. 800 W 2x Triac pro řízení rychlosti otáček čerpadla animovaný LCD-displej, 2barevný, podsvětlený IP 20 / DIN 40050 0 až + 45°C na zeď 170 x 170 x 46 mm
Obr. 18: Regulace pro tři spotřebiče TR 0603
12.11.2007 14:23:13
Solární technika Regulace
UVR 1611 Pro nejsložitější systémy, často se zahrnutím ovládání jednotlivých otopných okruhů a dalších zdrojů tepla, se používá regulace UVR 1611 (obr. 19). Tato regulace disponuje 16 variabilními vstupy a 11 výstupy. Vstupy i výstupy je možné v případě potřeby rozšířit modulem CAN-I/O se 4 vstupy a 4 výstupy. K regulaci je rozsáhlé příslušenství včetně venkovních čidel a prostorových dálkových ovládání s funkcí termostatu. Programování probíhá přes počítač přesně pro daný systém, takže je možné zvolit libovolnou logiku řízení okruhů.Vzhledem k univerzálnosti lze přebytečné vstupy a výstupy použít i pro netopenářské aplikace (ovládání skleníků, apod.).
Obr. 19: Universální regulace UVR 1611
Provozní napětí: Vstupy:
Výstupy: Rozměry:
reflex_TKS.indd 15
230 V, 50 Hz 16 vstupů pro senzory KTY10 nebo PT1000 impulsní vstup nebo na analogové vstupy 4–20 mA, resp. 0–10 V (ovládání kotlů apod.) 4x Triac s regulací otáček (1A), 7x relé (3A), výstup 0–10 V, beznapěťové relé 210x155x75
15
12.11.2007 14:23:14
Solární technika Návrh systému
Návrh solárního systému Před návrhem solárního systému je nutné si nejdříve ujasnit, pro co všechno chceme solární systém využívat. Dle známých skutečností popsaných v úvodu, je hlavní oblast využití solárních systémů pro aplikace, jejichž požadavky na teplo jsou buď celoroční, nebo do značné míry soustředěné do letních měsíců. Je to hlavně ohřev teplé užitkové vody, ohřev bazénu a podpora vytápění. Všeobecné zásady, na které si musíme dát při návrhu solárního systému pozor, jsou:
16
1. Volba vhodného typu kolektoru. Ne vždy ten nejlepší kolektor musí být pro daný účel ten nejvhodnější. Např. pro sezónní ohřev teplé užitkové vody na chatě plně postačí neselektivní deskový kolektor na místo 3–4x dražšího trubicového kolektoru. Naopak pro podporu vytápění, kdy potřebujeme, aby kolektor dodával teplo i při nízkých venkovních teplotách a menších intenzitách slunečního záření, musíme zvolit kvalitní selektivní deskové kolektory, nebo kolektory z vakuových trubic.
se často z důvodu počáteční úspory využívá čerpadlo filtrace. Pak může dojít k tomu, že regulace sepne ohřev bazénu i při malém tepelném zisku třeba 300 W, a aby se tento výkon přenesl, běží čerpadlo filtrace s elektrickým příkonem okolo 500–1000 W. Také zbytečně předimenzované oběhové čerpadlo solárního okruhu může výrazně snížit celkovou energetickou bilanci, neboť při celoročním provozu solárního systému je oběhové čerpadlo v chodu 2000 a více hodin za rok.
2. Správné určení potřeby tepla, zejména při použití akumulačních zásobníků. Příliš velký zásobník svými tepelnými ztrátami snižuje účinnost systému a svou větší cenou i oddaluje návratnost celé investice.
5. Vždy počítat s využitím dalšího zdroje tepla. Dodávka sluneční energie je velmi časově proměnná, proto i v letním období musíme mít v záloze další zdroj tepla (kotel, elektrickou topnou tyč, apod.). Při návrhu systému jen s dodávkou tepla ze solárních kolektorů vycházejí buď extrémně velké akumulační nádoby, aby se překonaly možné několikadenní výpadky v dodávkách energie, nebo musíme počítat s výrazně sníženým komfortem dodávky tepla, zejména potom teplé užitkové vody. Doplňkový zdroj tepla můžeme vypustit pouze při ohřevu venkovního bazénu, kdy výkyvy v dodávkách tepla překonává přímo velká akumulace tepla v bazénové vodě.
3. Volba optimálního počtu kolektorů. Pokud zvolíme více kolektorů, budeme mít přebytek tepla a kolektory budou zbytečně stagnovat, což snižuje efektivitu systému. Méně kolektorů zase nepokryje potřebu tepla ani v nejteplejších letních měsících. Správně nadimenzovaný systém by měl dodávat stejně, či o něco více tepla, než jaká je spotřeba. To znamená, že doplňkový zdroj tepla by měl být v letním období co nejméně v provozu a zároveň čerpadlo solárního systému by mělo při tepelném zisku kolektorů co nejméně stát. 4. Použití vhodných hydraulických komponent, zejména oběhových čerpadel. Na toto si musíme dát pozor zejména při ohřevu bazénu, kdy
reflex_TKS.indd 16
6. Spotřebiče tepla dimenzovat na co nejnižší vstupní teploty, neboť účinnost kolektorů se zvyšující se teplotou na absorbéru silně klesá. Proto je vhodné použít např. podlahové topení s nízkými vstupními teplotami, bazénové výměníky dimenzovat na vstupní teploty okolo 55°C, apod.
12.11.2007 14:23:14
Solární technika Návrh systému
Dimenzování solárního okruhu pro ohřev TUV Využití slunečního záření pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) je nejběžnější způsob využití sluneční energie a to i z hlediska velmi rychlé návratnosti celé investice. Postup návrhu je následující: 1) 2) 3) 4)
určení spotřeby TUV, např. z počtu osob, bytů, apod. určení velikosti akumulačního zásobníku a určení počtu solárních kolektorů rozvržení umístění kolektorů a jejich vzájemné propojení (viz další kapitoly) rozvržení hydraulického zapojení s vazbou na použitou regulaci a určení komponent solárního systému – hnací sady, expanzní nádoba, potrubí
Určení potřeby TUV Určením spotřeby teplé užitkové vody se zabývá mnoho jiné literatury postup je popsaný i v technické normě, takže se jím zde nebudeme dopodrobna zabývat. Pro potřeby návrhu solárního systému pro menší objekty – rodinné domy, menší bytové domy a pod, můžeme použít následují hodnoty: nižší spotřeba TUV, např. starší lidé, osazené jen sprchové kouty: 35-40 litrů/osobu, den střední spotřeba TUV, např. rodiny s dětmi, osazené normální vany: 50 litrů/osobu, den vysoká spotřeba TUV, např. nadstandardní vybavení koupelen: 75 litrů/osobu, den
17
Při návrhu solárního systému pro stávající objekty je vždy nejlepší vycházet ze stávající spotřeby teplé užitkové vody, stejně tak i při návrhů systémů pro větší objekty.
Určení velikosti zásobníku Pro menší objekty určíme denní spotřebu teplé užitkové vody dle výše uvedených hodnot. Platí zásada, že pro tyto objekty by měl objem solárního zásobníku odpovídat cca 1,5-násobku denní spotřeby teplé užitkové vody, tedy Vzásobníku = 1,5 . (počet osob) . (spotřeba TUV na osobu) Pro větší objekty s velkou spotřebou teplé užitkové vody by takto navržené zásobníky vycházely značně velké, proto zde s ohledem na cenu a možnost umístění volíme zásobníky tak, aby jejich objem odpovídal minimálně denní spotřebě teplé užitkové vody.
Určení počtu kolektorů Počet kolektorů se orientačně určí dle velikosti zásobníku podle následující tabulky 4: Velikost zásobníku Počet kolektorů, cca 2 m2
l ks
100
200
300
400
500
1
2
3
4
5
Tab. 4: Dimenzování počtu kolektorů dle velikosti zásobníku
reflex_TKS.indd 17
12.11.2007 14:23:14
Solární technika Návrh systému Pro přesnější určení počtu kolektorů je možné použít následující grafy. Grafy jsou zpracovány pro tři různé spotřeby teplé vody v rozmezí 38 – 75 litrů na osobu a den. Je uvažována orientace kolektorů na jih, sklon kolektorů 45°, umístění kolektorů v Praze. Pro jinou orientaci kolektorů je možné použít přirážku na kolektorovou plochu – viz grafy v dalších kapitolách.
18 Obr. 20: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby
Obr. 21: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby
reflex_TKS.indd 18
12.11.2007 14:23:15
Solární technika Návrh systému
Obr. 22: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV dle počtu osob a výše spotřeby
19
Dimenzování solárního okruhu pro ohřev bazénové vody Solární ohřev bazénové vody je druhým nejvíce využívaným solárním systémem s velmi dobrou návratností počáteční investice. Přesný návrh systému je poměrně složitý, proto se pro menší aplikace (soukromé bazény) používá spíše empirických vzorců. Pro návrhy rozsáhlých systémů se téměř vždy provádějí podrobné simulace specializovanými programy (např. Reflex Solar). Složitost návrhu je zejména v přesném určení potřeby tepla pro ohřev bazénu. Orientačně lze vycházet z následujících vztahů: – venkovní bazén nezakrytý plocha kolektorů = cca 2/3 plochy bazénu – venkovní bazén zakrytý plocha kolektorů = cca 1/3 plochy bazénu –
bazén vnitřní dle skutečných tepelných ztrát bazénu, velmi orientačně se dá použít vzorec pro venkovní zakrytý bazén.
Ohřev bazénové vody probíhá vždy přes bazénový výměník , který musí být dostatečně nadimenzovaný. Musí přenést špičkový výkon kolektorového pole (pro účely výpočtu cca 900 W/m2) při relativně malých vstupních teplotách – okolo 55°C na výstupu z kolektorů. Obvykle se používají trubkové nerezové výměníky. Dále musíme počítat s osazením vhodně dimenzovaného oběhového čerpadla na sekundární straně výměníku; z důvodu velkých příkonů není vhodné použít čerpadlo filtrace bazénové vody.
reflex_TKS.indd 19
12.11.2007 14:23:16
Solární technika Návrh systému
Dimenzování solárního okruhu pro podporu vytápění V našem podnebí se solární systém dá použít jen na podporu, nikoliv na plnohodnotné, vytápění proto musí být v systému zapojen další zdroj tepla. Abychom mohli využívat solární systém pro vytápění s rozumnou účinností, je nutné nadimenzovat spotřebiče tepla na co nejnižší teploty na vstupu. Ideální je použití podlahového nebo stěnového topení, které je obvykle dimenzované na teploty na vstupu max. 40–45°C. Pro poru zdroji (např.
přesné návrhy solárních systémů pro podvytápění, zejména v kombinaci s dalšími tepla, je vhodné použít simulační programy Reflex Solar).
Pro orientační návrh počtu kolektorů je možné použít následující grafy, které zahrnují spotřebu tepla pro podporu vytápění v nízkoteplotním systému a pro ohřev teplé užitkové vody okolo 200 l/den (cca 4 osoby, střední spotřeba TUV). Při výpočtu bylo uvažováno s orientací kolektorů na jih, sklon 45° a s umístěním v okolí Prahy. Grafy jsou vytvořené pro čtyři hodnoty (v rozmezí 25–40%) odhadovaného pokrytí spotřeby energie pro vytápění a ohřev teplé vody dodávkou tepla ze solárního systému. Uvedené hodnoty pokrytí solárního systému jsou pouze orientační, do značné míry se mohou lišit v závislosti na místních podmínkách a v závislosti na konkrétním systému a jeho provozu (např. dle spotřebičů tepla, nastavení regulace, použitých akumulačních zásobníků, apod.).
20
Obr. 23: Určení počtu kolektorů pro ohřev TV a podporu vytápění dle předpokládaného zisku
reflex_TKS.indd 20
12.11.2007 14:23:16
Solární technika Návrh systému Obr. 24:
Obr. 25:
21
Obr. 26:
reflex_TKS.indd 21
12.11.2007 14:23:17
Solární technika Návrh systému
Stanovení celkového počtu kolektorů pro kombinované systémy Pro stanovení celkového počtu kolektorů nejprve odděleně určíme počet kolektorů pro jednotlivé spotřebiče tepla. Z těchto čísel potom navrhneme celkový počet kolektorů dle následujících pravidel: – kombinace TUV + bazén celkový počet kolektorů = počet kolektorů pro TUV + počet kolektorů pro bazén – kombinace TUV + vnější bazén + podpora vytápění
Celkový počet kolektorů se stanovuje dle předcházejícího vzorce, neboť podpora vytápění je aktivována po ukončení provozu bazénu. U ostatních kombinací musíme postupovat dle specifik jednotlivých systémů a finanční náročnosti investice. Zejména u kombinací s podporou vytápění musíme volit maximální počet kolektorů s ohledem na ostatní spotřebiče tepla aktivní přes letní měsíce, aby nedocházelo k příliš častým stagnacím solárního systému.
Orientace a sklon kolektorů
22
Výše popsané vztahy a grafy pro určení počtů kolektorů byly navrženy pro orientaci kolektorů přímo na jih. Ne vždy můžeme kolektorové pole takto orientovat, proto je nutné do výsledného počtu kolektorů započítat korekci na jejich odlišnou orientaci vzhledem ke světovým stranám. Korekce se provádí zvětšením kolektorového pole o procentuální hodnotu uvedenou v následujícím grafu.
Obr. 27: Přirážka v % dle orientace kolektorové plochy
Další hodnota, kterou je nutné při finálním návrhu zohlednit, je sklon kolektorového pole. V našich podmínkách je nejlepší pro celoroční využití volit sklon kolektorové plochy okolo 45°. Pro jiné sklony ploch je nutné sklon plochy zohlednit zvýšením celkového počtu kolektorů procentuální přirážkou dle níže uvedeného grafu. Hodnotou 0° je označena svislá plocha, plocha vodorovná má potom 90°.
reflex_TKS.indd 22
12.11.2007 14:23:18
Solární technika Návrh systému
Teprve po započítání přirážek zaokrouhlíme výsledné číslo na celý počet kolektorů. Vždy je vhledem k orientačním návrhům lepší zvolit vyšší počet kolektorů.
Obr. 28: Přirážka v % dle sklonu kolektorové plochy, 0° – svislá plocha
Hydraulické propojení kolektorů 23 Kolektory navzájem propojujeme do větších celků. Nejvíce používané vzájemné propojení je do série za sebou (viz obr. 19), které klade minimální nároky na hydraulické vyvážení solárního okruhu. Při tomto způsobu zapojení musíme dle typu kolektoru ověřit, zda počet kolektorů nepřesáhl maximální množství kolektorů (viz tab. 5).
Typ
NBC 18 NSC 18 NSC 25 FSC 24
Max. počet v sérii/ks
6
6
6
6
KS 23
KS 24
MK x
VTT 20
VTT 30
VSC 25
5
5
dle ztrát
6
5
5
Tab. 5: Maximální počty kolektorů zapojených do 1 pole
Pokud zapojujeme více kolektorů, nebo není možné kolektory zapojit do série, použijeme paralelní zapojení. V těchto systémech je nutné zabezpečit stejný průtok solární látky jednotlivými kolektorovými poli. Pro menší počet stejných polí se používá zapojení dle Tichel-
Obr. 29: Zapojení kolektorů do série
reflex_TKS.indd 23
manna (viz obr. 30), které při správném návrhu a následném provedení podmínku stejného průtoku splní. Pro rozsáhlejší nebo pro nevhodně umístěné systémy musíme na každé pole použít hydraulické vyvažovací ventily.
Obr. 30: Paralelní zapojení kolektorů dle Tichelmanna
12.11.2007 14:23:19
Solární technika Zapojení
Zapojení solárních systémů Při návrhu hydrauliky solárního systému je nutné si nejprve ujasnit, pro co všechno budeme solární systém používat, dále prioritu ohřevu jednotlivých spotřebičů tepla, uspořádání kolektorů do polí (např. zohlednit různou orientaci kolektorových polí) a v neposlední řadě se zamyslet nad možnostmi zakomponování stávajících prvků otopného systému do solárního okruhu.
Základní prvky hydraulického zapojení
Kolektorová pole je možné připojit na jedno oběhové čerpadlo (hnací sadu), jen pokud jsou kolektory shodně orientovány vzhledem ke světovým stranám a zároveň mají zapojené kolektory stejné nebo podobné vlastnosti. Schéma takového zapojení je znázorněné na obr. 31.
24 P T
P
T EXP
EXP
Obr. 31: Zapojení s 1 kolektorovým polem
Obr. 32: Zapojení s 2 kolektorovými poli
V ostatních případech je nutné každé kolektorové pole připojit zvlášť na svoji hnací jednotku, neboť každé kolektorové pole musíme ovládat dle jiného teplotního čidla. Takto se vyrovnají rozdíly výkonu kolektorových polí během dne, případně u různých typů kolektorů (např. kombinace deskových kolektorů a vakuových trubic) i rozdíly výkonu při nízkých venkovních teplotách. Dále při tomto způsobu zapojení odpadají nároky na přesné hydraulické vyvážení systému. Příklad tohoto typu zapojení je na obr. 32 kde na jedno kolektorové pole je použita dvoutrubková hnací sada Regusol III. a na druhé pole pomocná hnací sada Regusol I.
reflex_TKS.indd 24
12.11.2007 14:23:19
Solární technika Zapojení
Více spotřebičů tepla v solárním okruhu je možné zapojit dvěma způsoby. V praxi je nejvíce používané zapojení pomocí třícestného přepínacího ventilu na zpátečce solárního okruhu, který otočením kuličky otevírá, nebo uzavírá průtok solární kapaliny přes jednotlivé spotřebiče tepla (viz obr. 33). Je tedy možný ohřev jen jednoho nebo druhého spotřebiče tepla. V praxi se obvykle jako první spotřebič zařazuje zásobník pro ohřev teplé vody, pokud ten se nahřeje, přepne třícestný ventil a je ohříván druhý spotřebič tepla, obvykle bazénový výměník, nebo akumulační zásobník. Je možné zařadit třícestné ventily do série a připojit tak více spotřebičů tepla.
Druhý způsob je zapojení více spotřebičů tepla přes vlastní oběhová čerpadla (viz obr. 34). Sepnutím oběhového čerpadla je zapnut ohřev daného spotřebiče. Mezi výhody tohoto systému patří možnost souběžného nahřívání jednotlivých spotřebičů tepla, nevýhodou je vyšší příkon elektrické energie a nemožnost regulace průtoku solární látky v kolektorech pomocí otáček čerpadel.
25
Obr. 33: Zapojení s ventily
reflex_TKS.indd 25
Obr. 34: Zapojení s čerpadly
12.11.2007 14:23:20
Solární technika Zapojení
Solární systémy pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) Solární systémy pro ohřev teplé užitkové vody se liší hydraulickým zapojením hlavně dle dopňkových zdrojů tepla. V těchto systémech je vždy nutné pamatovat na osazení třícestného termostatického směšovače na výstup teplé užitkové vody ze zásobníku. Je to z důvodu zamezení opaření na odběrných místech v důsledku vysokých teplot v zásobníku. Jednoduchý systém je na obr. 35, kde solární systém ohřívá teplou užitkovou vodu přes výměník v nepřímotopném zásobníku. Další zdroj tepla tvoří elektrická topná tyč v zásobníku. Ohřev teplé užitkové vody v bivalentním zásobníku je na obr. 36). Do vrchního výměníku je zapojen kotel, který ohřívá otopnou vodu v horní části zásobníku na nastavenou teplotu (obvykle 50–60°C). Do výměníku ve spodní části zásobníku je připojen solární systém, který v případě zisku z kolektorů nahřívá spodní část zásobníku a zároveň přehřívá celý objem zásobníku na vyšší teplotu (dle nastavení až na 90°C).
Obr. 35: Ohřev TUV v bojleru
26
Obr. 36: Ohřev TV v bivalentním bojleru
reflex_TKS.indd 26
12.11.2007 14:23:20
Solární technika Zapojení Pokud má být solární systém zakomponován do stávajícího objektu, můžeme s výhodou využít původní zásobník (viz obr. 37). Solární systém se zapojí do předřadného zásobníku teplé užitkové vody s jedním výměníkem, dohřev TUV (kotlem, elektrický boiler) potom zůstane v původním zásobníku. Oba zásobníky se zapojí do série. Studená voda je přivedená do spodní části solárního zásobníku, kde se ohřeje teplem ze solárního systému. Ohřátá voda je postupně otevřením odběrného místa přepouštěna do druhého zásobníku. Pokud je teplota vody dostatečná (větší než nastavená žádaná teplota), potom doplňkový zdroj tepla nespíná. Pokud mají kolektory menší zisk, potom se v solárním zásobníků voda pouze předehřívá a dohřev na požadovanou teplotu probíhá v druhém zásobníku. Účinnost takto navrženého zásobníku můžeme ještě zvýšit zapojeným přečerpávacím čerpadlem v kombinaci s jednoduchou poměrovou regulací. Čerpadlo funguje tak, že při nahřátí solárního zásobníku na vyšší teplotu, než je v druhém zásobníku, přečerpá obsah druhého zásobníku do solárního. Lépe se tak využije celé množství akumulace a omezí se dodávky tepla z dodatečného zdroje tepla. Velikost solárního zásobníku musíme zvolit s ohledem na celkovou akumulaci teplé vody, která by měla odpovídat cca 1,5–2násobku denní spotřeby teplé vody. Tyto tři základní systémy mají mnoho dalších obměn, mezi nejčastěji používané patří využití deskového výměníku pro ohřev teplé vody solárním okruhem (viz obr. 38). Jedná o stejný systém jako výše uvedené, pouze výměník není v zásobníku, ale externí. Často se takto dají využít i starší zásobníky, např. při rekonstrukcích otopných soustav.
Obr. 37: Ohřev TUV s kombinací stávajícího zásobníku
27
Obr. 38: Ohřev TUV přes deskový výměník
reflex_TKS.indd 27
12.11.2007 14:23:25
Solární technika Zapojení
Speciální systémy pro ohřev teplé užitkové vody Mezi speciální systémy pro ohřev teplé užitkové vody patří systémy Matic, Matrix a PHT. Všechny systémy fungují zcela nezávisle na zdroji elektrické energie a jsou proto vhodné i pro rekreační objekty. Matic (obr. 39) je sestava deskového selektivního kolektoru o ploše 2,47 m2 a 150litrového zásobníku na teplou užitkovou vodu. Zásobník je umístěný na konstrukci nad kolektorem, cirkulace solární látky na bázi glykolu proto probíhá samotíží. Solární látka se ohřeje v kolektoru, stoupá nahoru do zásobníku, kde se akumuluje. Teplá voda se ohřívá průtokem přes vnořený výměník se žebrované trubky a zároveň ochlazuje solární látku, která klesá a v dolní části vstupuje do kolektoru. Matrix (obr. 40) je zcela odlišné konstrukce. Zásobník o objemu 100 litrů je umístěn za deskovým selektivním kolektorem o ploše 1,9 m2. Jako teplonosná látka se používá líh, který se v kolektoru odpaří, páry postupují do výměníku (registru trubek) v zásobníku. Ve výměníku páry předávají teplo do vody, kondenzují a stékají do spodní části kolektoru.
28
Systém PHT (obr. 41) je kombinací termického a fotovoltaického systému. Termický systém může být zcela libovolný s nuceným oběhem solární látky. Oběh zabezpečuje speciální čerpadlo, které je napájeno z malých fotovoltaických panelů. Systém pracuje zcela samoregulačně. Pokud je dostatečná intenzita slunečního záření, které ohřeje termické kolektory, fotovoltaické panely zároveň vyrobí elektrický proud a oběhové čerpadlo se rozeběhne. Čerpadlo má v sobě integrovaný termostat pro ochranu spotřebičů tepla proti přetopení.
Obr. 40: Systém Matrix
reflex_TKS.indd 28
Obr. 39: Systém Matic
Obr. 41: Systém PHT
12.11.2007 14:23:28
Solární technika Zapojení Solární systémy pro podporu vytápění
Pro podporu vytápění potřebujeme poměrně velkou akumulaci topné vody. S výhodou můžeme použít speciálních solárních zásobníků, které slouží jako akumulační a zároveň se v nich připravuje teplá voda. Uspoří se tak značné množství místa, neboť nejsou potřeba dva samostatné zásobníky. Nejčastěji používaným zásobníkem je Past (Předávací Akumulační Stanice Tepla). Schéma jednoduchého zapojení Pasti je na obr. 42. Solární okruh je připojen přes spodní výměník a ohřívá akumulovanou otopnou vodu, která je dále rozváděna do jednotlivých otopných okruhů. Studená voda z řadu je připojena do spodního výměníku, kde se předehřívá a následně proudí horním výměníkem, kde dojde k dohřátí na požadovanou teplotu (je tedy připravována bez akumulace průtokovým způsobem). Další zdroj tepla tvoří elektrické topné tyče umístěné uprostřed zásobníku, které v případě potřeby ohřívají vrchní polovinu Pasti. Zabezpečují tak dodávku tepla jak pro otopné okruhy, tak pro ohřev teplé užitkové vody. Do Pasti lze s výhodou zapojit další zdroje tepla, jako kotel na tuhá paliva, krbový výměník nebo tepelné čerpadlo. Složitější systém je na obr. 43. Solární okruh a příprava teplé užitkové vody se neliší od předchozího systému. Hlavní rozdíl je použitém dalším zdroji tepla – kotli. Ten je zapojen normálním způsobem do rozdělovače jednotlivých otopných okruhů. Před rozdělovačem (resp. z rozdělovače) je napojen okruh ohřevu teplé užitkové vody pro ohřev vrchní části Pasti na požadovanou teplotu. Zpátečka ze sběrače otopných okruhů je přivedena do třícestného přepínacího ventilu, který řídí jednoduchá poměrová regulace dle čidla na zpátečce a čidla v dolní části zásobníku. Pokud je teplota zpátečky menší než teplota v zásobníku, přepne se třícestný ventil a otopná voda protéká zásobníkem, kde dojde k jejímu ohřátí. Následně proudí přes kotel a kotlové čidlo. Pokud je teplota vody dostatečná (vyšší, nebo stejná jako žádaná teplota vody), kotel se o dstaví. Když dochází k vybíjení Pasti a klesá teplota vystupující vody, kotel sepne a dohřívá na požadovanou teplotu. Jakmile je zásobník vychlazený mírně nad teplotu zpátečky, přepne se třícestný ventil do původní polohy a voda ve zpátečce proudí přímo do kotle. Tento systém je možné vylepšit pomocí termohydraulického rozdělovače (THR, též zvaného anuloid) s osazeným kotlovým čidlem a umístěného před kotel. Zamezí se tak kotlovým ztrátám, neboť otopná voda proudí při dostatečné teplotě přímo do výstupu přes THR.
29 Obr. 42: Ohřev TUV a podpora vytápění s PASTí
Obr. 43: Ohřev TUV a podpora vytápění s PASTí a kotel
reflex_TKS.indd 29
12.11.2007 14:23:36
Solární technika Zapojení Zapojení systému se zásobníkem teplé užitkové vody a akumulačním zásobníkem, je na obr. 44. Připojení spotřebičů tepla je přes třícestný přepínací ventil na zpátečce solárního systému. Obvykle se nastavuje přednost ohřevu teplé vody, takže k přepnutí třícestného ventilu a ohřevu akumulačního zásobníku dochází až po nahřátí zásbníku na teplou užitkovou vodu.
Obr. 44: Ohřev TUV a podpora vytápění – 2 zásobníky
30
Solární systémy s ohřevem bazénu Ohřev bazénu se často kombinuje s dalšími spotřebiči tepla, zejména ohřevem teplé užitkové vody (viz obr. 45). Zapojení bazénového výměníku je přes třícestný ventil na zpátečce.
Obr. 45: Ohřev bazénové vody
reflex_TKS.indd 30
12.11.2007 14:23:41
Solární technika Zapojení Ohřev bazénu se často kombinuje s dalšími spotřebiči tepla, zejména ohřevem teplé užitkové vody (viz obr. 46). Zapojení bazénového výměníku je přes třícestný ventil na zpátečce. Kompletní systém se zapojenými všemi třemi hlavními spotřebiči tepla je na obr. 47. Pro ohřev teplé užitkové vody a podporu vytápění slouží Past, ohřev bazénové vody je pomocí deskového výměníku připojeného přes třícestný přepínací ventil na zpátečce. Vnitřní bazén je možné připojit přes výměník přímo na rozdělovač/sběrač jako otopný okruh, případně použít dva bazénové výměníky (jeden pro přímý ohřev bazénové vody solárním okruhem, druhý pro dohřev bazénu kotlem, či dalším zdrojem tepla).
Obr. 46: Ohřev TUV a bazénu
31
Obr. 47: Ohřev TUV, bazénu a podpora vytápění
reflex_TKS.indd 31
12.11.2007 14:23:44
Systémy udržování tlaku
www.reflexcz.cz Ta nejrychlejší linka k Reflexu
Odplyňovací systémy
volání zdarma: 800REFLEX
Systémy předávání tepla
Technické podklady pro projektanty, díl 4, obsahuje: část a: Tlakové expanzní nádoby reflex pro topné, solární a chladicí soustavy b: Tlakové expanzní nádoby refix pro systémy pitné a užitkové vody c: Kompresorové expanzní automaty reflexomat d: Čerpadlové expanzní automaty variomat s odplyňováním a doplňováním e: Čerpadlové expanzní automaty gigamat f:
Odplyňovací automat servitec s doplňováním
g: Doplňovací systémy h: Příslušenství pro expanzní, odplyňovací a doplňovací zařízení i:
Pájené deskové výměníky longtherm
j:
Odplynění topných a chladicích soustav
k: Výpočty expanzních systémů l:
Solární technika
m: Zásobníkové ohřívače – druhé rozšířené vydání 4/05 n: Odplyňovací automat servitec s doplňováním pro malé soustavy o: Kombinovaný solární zásobník Solarito II p: Předávací akumulační stanice tepla PAST-DELTA q: Automatická doplňovací armatura Fillcontrol
TK 11/07-19.CZ
r: Elektronické moduly reflex, příslušenství pro inteligentní spojení k řídící centrále s: Kompresorový expanzní automat minimat t: Akumulační zásobníky (PH, PHF, PHW) u: Fillsoft - Změkčovací armatura pro vaši topnou soustavu REFLEX CZ, s.r.o. Průmyslová 5, 108 00 Praha 10, tel: 272 090 311, fax: 272 090 308, e-mail: reflex@reflexcz.cz, www.reflexcz.cz
REFLEX SK, s.r.o. Rakovo pri Martine, 038 42 Rakovo, tel: 00421 43 423 9154, fax: 00421 43 423 0983, e-mail: reflex@reflexsk.sk, www.reflexsk.sk
reflex_TKS.indd 32
12.11.2007 14:23:48
reflex_TKS.indd 33
12.11.2007 14:23:49
