Velkoplošné instalace fototermických kolektorů pro velké odběratele

Velkoplošné instalace fototermických kolektorů pro velké odběratele

Pro Krajskou energetickou agenturu vypracovali: Ing. Ludvík Trnka, [email protected], 542 422 757 RNDr. Yvonna Gaillyová CSc., [email protected], 542 422 758 ZO ČSOP Veronica Panská 9 602 00 Brno tel.: 542 422 751, e-mail: [email protected]

Velkoplošné instalace fototermických solárních kolektorů........................................................1 Umístění kolektorových ploch....................................................................................................2 Způsob provozu solární soustavy ...............................................................................................5 Velkoplošný fasádní solární kolektor na SPŠ Břeclav ...............................................................6 Matřská školka Ostrava - Proskovice .........................................................................................8 Velkoplošné solární systémy v Ostravě – Vítkovicích...............................................................10 Domov důchodců a penzion Hvízdal, České Budějovice...........................................................12 Komentář k projektu regenerace panelového domu Oblá 14, Brno Nový Lískovec, připravovaného v rámci Česko-rakouského energetického partnerství ......................................13

S materiálem se smí nakládat pouze v souladu s uzavřenou smlouvou ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

Velkoplošné instalace fototermických solárních kolektorů Yvonna Gaillyová, Ludvík Trnka – Ekologický institut Veronica

vhodnost použití velkých termických solárních (fototermických) kolektorů: a) b) c) d) e)

domy pro více rodin domovy důchodců hotely velké kuchyně s celoročním provozem jiné technologické využití

typ kolektorů Ploché kolektory většinou se selektivním povrchem absorbéru, výjimečně s neselektivním. Velkoplošné prvky s dřevěným rámem pro integrální aplikaci a s hliníkovým rámem pro aplikaci na stojanech. Sklo tvrzené, ideálně perimetrické (zdrsněné) pro zamezení odlesku a tím rušení ptáku i lidí (při pohledu z blízkého kopce) oslněním (prudkým nečekaným odrazem Slunce na jinak relativně tmavém pozadí). Nevhodné jsou evakuované jak trubicové tak ploché a to z důvodu estetického, energetického a důvodu komplikovaného hydraulického řešení. (Není známa jediná velkoplošná instalace – tzn. dům s více bytovými jednotkami – těchto typů kolektorů, podrobněji viz Komentář k projektu regenerace panelového domu Oblá 14)

spotřeba vody a dimenzování Velmi přesné stanovení spotřeby vody je základem pro správné dimenzování kolektoru. Ve stávajících objektech je vhodné provést měření v délce nejlépe jeden rok. • Spotřeba na osobu je cca 30 litrů 60°C vody, dále se lze řídit výpočtem dle ČSN 06 0320. • Předběžně lze odhadnout plochu kolektoru na 1 – 2 m2/osobu. • Zásobník o objemu 40 – 60 litrů/m2kolektoru. • Specifický roční zisk 340 – 450 kWh/m2 kolektoru, podle stupně pokrytí a orientace.

(zdroj AEE INTEC) ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 1

Umístění kolektorových ploch • Kolektory integrované do střešní krytiny nejlépe jako součást šikmé střechy, jako plocha odvádějící vodu (krytina) sklonu 25 - 50°, orientace na jih ±50° Upozornění - vhodně používat obdélníkové tvary střechy - stejnoměrně zasklít celou plochu pro dosažení stejnoměrného vzhledu Výhody - jsou použitelné velkoplošné kolektory - jednoduchá a krátká montáž na stavbě - kolektor tvoří opticky jednotnou plochu s ostatní střechou - může být ušetřena krytina - cenově nejvýhodnější varianta Nevýhody - obtížný přístup pro údržbu a opravu - při poruše skla je narušena těsnost krytiny

(ilustrační fota z archivu AEE)

ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 2

• Kolektory na vlastní konstrukci na plochou střechu lze osadit kolektory na stojany obvyklé materiálové kombinace beton a hliník, případně ocelové konzoly přímo uchycené k plášťové konstrukci střechy či nosnému systému budovy Upozornění - kolektory musí být zajištěny proti působení větru - plocha střechy odolná proti poškození (pásový základ) - umístění projednat s dodavatelem kolektorových modulů Výhody - optimální orientace a sklon - dobrý přístup pro opravy a údržbu Nevýhody - dražší varianta - omezená velikost prefabrikátu



str. 3

• Fasádní kolektory vhodnou plochou je též rovná fasáda objektu, sklon kolektoru je 90°, specifický roční zisk snížen maximálně o 30%. Upozornění - riziko zastínění (arkýře, balkony) - obtížnější statické zajištění skla - nižší solární pokrytí na jednotku plochy Výhody - kolektor tvoří zároveň tepelnou izolaci pláště - úspora na jiných fasádních konstrukcích (omítky, zateplení) - možnost volby velkoplošných kolektorů, snadná krátká montáž na stavbě - žádné problémy s přetápěním a klidovým stavem v létě - kolektor je více na očích - větší využití odrazivosti povrchu (zejména sněhu) - menší tendence k zašpinění Nevýhody - obtížnější přístup pro údržbu a opravu - menší výtěžek ze stejné plochy



str. 4

obr.: výtěžnosti fasádních kolektorů a střešní aplikace (zdroj AEE)

Způsob provozu solární soustavy optimální provoz tzv. Low-Flow (nízký průtok) doplněný o zásobník se systémem stratifikace (vrstvení) vody. oproti systému High-Flow má systém Low-Flow následující výhody: • menší průměry potrubí - nižší investice • nižší výkony čerpadel - nižší provozní spotřeba elektřiny • menší ztráty v potrubí • dosahování vyšších teplot při stejné účinnosti kolektoru (stejná střední teplota) • snadnější stratifikace různě teplé vody v zásobníku nevýhody: • vyšší investice do nízkoprůtočného dostatečně účinného externího výměníku (většinou deskové výměníky se zvýšenou turbulencí) Volba systému s pouze jedním tepelným zásobníkem oproti baterii zásobníků vede k nižším ztrátám tepla, jednodužšímu zapojení, lacinějšímu řešení a lepší možnosti rozdělovat různé teploty vody jednoduchými mechanicko-fyzikálními prostředky (stratifikační trubice s klapkami). Kapacitou kryje několikadenní potřebu objektu. Druhý zásobník pak je zásobníkem teplé pitné resp. užitkové vody a svým objemem kryje okamžitou resp. špičkovou spotřebu TUV v domácnostech. Rozvod v objektu (nebo objektech) lze rozdělit na systém dvoutrubkový a čtyřtrubkový • Dvoutrubkový rozvod Systém cirkulace topné vody, kdy každé odběrné místo je vybaveno výměníkem (výměníkem s bojlerem, průtočným výměníkem nebo s bojlerem s interním trubkovým výměníkem). Samotné topné medium lze použít přímo na vytápění bez potřeby výměníku. V zimním období vede tento systém k menším ztrátám oproti čtyřtrubkové síti • Čtyřtrubkový rozvod Systém cirkulace TUV a topné vody. Ztráty vlivem cirkulace TUV jsou značné, 20 –100%. Výhodou jsou menší investiční náklady na centrální zásobník TUV oproti lokálním (bytovým) jednotkám ve dvoutrubkové síti.


str. 5

Velkoplošný fasádní solární kolektor na SPŠ Břeclav V měsíci březnu 2001 byla vypracována rakouskou institucí AEE Wien přípravná studie na možnosti solárního ohřevu TUV pro hlavní místa spotřeby, a to pro internát a školní kuchyni. Verbrauch 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00

Roční profil spotřeby teplé vody v kuchyni.

12,00 10,00 8,00 6,00

1.037,44 spotřeba celkem 1.037 m3m³

4,00 2,00 0,00 Jan

Feb

Mär

Apr

Mai

Jun

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

Jan brc lkue

V kuchyni se denně připravuje cca 600 až 800 jídel, přes léto cca 300, což značí spotřebu 5200 litrů ve školním roce a 3200 litrů vody teplé 60 °C přes prázdniny. [ ]

Verbrauch 160,0

Roční profil spotřeby teplé vody na internátě.

140,0 120,0 100,0

Internát má kapacitu 120 lůžek, spotřeba teplé vody kolísá mezi 4.500 a 7.400 litry TUV. Spotřeba v letních měsících je zhruba stejná neboť internát je turisticky využíván.

80,0 60,0 3 spotřeba celkem 1.640 mm³ 1.640,18

40,0 20,0 0,0 Jan

Feb

Mär

Apr

Mai

Jun

Jul

Aug

Sep

Okt

Nov

Dez

Jan brc lheim .ver

Vzhledem k prostorovým možnostem a na požadavek AEE byl prověřen očekávaný užitek zařízení na principu fasádního kolektoru a náklady s jeho instalací. Po zvážení všech hledisek byl zadán a AEE vyprojektován solární systém a fasádním kolektorem o velikosti 80m2 kolektorové plochy. Na základě výběrového řízení byla na realizaci vybrána firma Ekosolaris, a.s., která splnila veškeré požadavky projektu a instalovala solární systém s nuceným oběhem s fasádním kolektorem rakouské firmy AKS Doma solartechnik, stojatý akumulační zásobník o velikosti 4 000 lt, provozní zásobník o objemu 1 000 lt a další potřebnou technologii včetně regulace a měření. Kolektorové zapojení využívá princip Low-Flow, což umožňuje v kolektorech s malou tepelnou kapacitou ohřát vodu velmi rychle na provozní teplotu a předat bez ztrát při smíchávání teplo do zásobníku, a to do vrstvy příslušné teploty. Tak je díky zvrstvení zásobníku opatřeného přepínacím ventilem ve dvou různých výškách možno rychle získat teplou vodu pro okamžitou spotřebu. Aby se horní část zásobníku ihned dostala na provozní teplotu, je zařazen ve zpátečce solárního okruhu přepínací ventil ze dvou různých výšek zásobníku. Přednosti Low - Flow systému * U středních a větších solárních systémů postačí díky nižšímu objemovému toku menší potrubí, a tím se sníží náklady na potrubí i ztráty v potrubí, protože lze použít tenčí trubky s menším povrchem. * jednoduchá technika systému diky ukládání v zásobníku podle teploty. V současné době nahrazuje solární ohřev oproti minulým letům přibližně jednu třetinu z původní spotřeby zemního plynu na ohřev TUV pro dané objekty, což pro školu znamená úsporu cca 80 tisíc korun. ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 6

Monitoring SPŠ Břeclav Měsíční analýza

Di.14.10.2003

So.12.10.2003

M o.13.10.2003

Fr.10.10.2003

Sa.11.10.2003

Do.09.10.2003

Di.07.10.2003

Mi.08.10.2003

M o.06.10.2003

So.05.10.2003

0% Fr.03.10.2003

0 Sa.04.10.2003

10%

Mi.01.10.2003

20

Do.02.10.2003

20%

Di.30.09.2003

40

So.28.09.2003

30%

M o.29.09.2003

60

Sa.27.09.2003

40%

Fr.26.09.2003

50%

80

Do.25.09.2003

100

Di.23.09.2003

60%

Mi.24.09.2003

120

M o.22.09.2003

70%

So.21.09.2003

140

Fr.19.09.2003

80%

Sa.20.09.2003

160

Do.18.09.2003

90%

Di.16.09.2003

180

Mi.17.09.2003

100%

So.14.09.2003

200

M o.15.09.2003

[kW h/d]

Stupeň solárního pokrytí

Datum Solární výtěžek

Investice: Dotace SFŽP: Příspěvek:

Dotápění

Stupeň solárního pokrytí

2 243 000 Kč 1 571 000 Kč Úřad vlády Dolního Rakouska - 350 000, - ATS

Adresa: SPŠ Edvarda Beneše Bratří Mrštíků 4 690 30 Břeclav Ing. Josef Rouček, ředitel Ing. Josef Spěvák tel.: 519 308 150 e-mail: [email protected]

Realizace: Ekosolaris a.s. Kotojedská 2381 767 01 Kroměříž Ing. Zdeněk Svoboda [email protected]

Projekt: AEE Niederösterreich - Wien Dipl. Ing. Michael Berger A - 2700 Wiener Neustadt Tel. +43 - 2622 - 21389


str. 7

Matřská školka Ostrava - Proskovice Projekt bytové nástavby mateřské školy v Ostravě – Proskovicích může sloužit jako typový projekt pro tyto druhy objektů, které je díky použitým technologiím možné řešit tak, aby vhodně doplnily a oživily ráz obce (na rozdíl objektů od původních). Představovaný projekt dokazuje v praxi možnost dosažení faktoru 41 a více – zde se jedná o méně než poloviční spotřebu energie pro vytápění a ohřev TUV v původním objektu za současného zdvojnásobení užitné plochy.

Aplikace velkoplošného solárního zařízení Střecha nástavby byla navržena s úhlem sklonu 50 °C tak, aby mohly vzniknout dostatečné plochy solárních kolektorů, které současně tvoří střešní plášť. Zvolen byl „drain back“ systém SOLARNOR. Tím je umožněno vsadit do plochy libovolná okna a navíc svou hmotností 10 kg/m2 nezatěžuje střešní konstrukci. Celková absorpční plocha činí 120 m2. Vzhledem k azimutu střechy -27° byla oproti výpočtu absorpční plocha kolektorů o cca 10 % zvětšena. V přechodném období je solární energie využívána přednostně pro přitápění, jelikož topná voda bude mít teploty 30-40°C, což je podstatně méně než TUV. Mimo topnou sezónu se počítá s ohřevem TUV pro mateřskou školu, kuchyni, prádelnu a venkovní bazénky a sprchy. Solární nádrž o celkovém objemu 12 m3 je umístěna v kotelně. Jedná se o beztlakou nádobu s hliníkovým pláštěm a vyztužením, přičemž izolace byla navržena v tloušťkách 10-20 cm. Nádrž má charakter „buffer tank“, tzn. je pro krátkodobou akumulaci. Solární systém je osazen čidly teploty a ultrazvukovými měřiči tepla, které jsou napojeny na CŘS fy Honeywell. Veškeré měřené hodnoty jsou vyvedeny na dispečink, umístěný na radnici, který archivuje hodnoty i z jiných staveb městského obvodu. Po dokončení dispečinku budou hodnoty přístupny přes Internet.

Konečná podoba objektu (29.8.2002) (Zdroj Závěrečná zpráva projektu VaV/320/6/00) 1

Faktor 4 podle Weizsäckera a Lovinse představuje situaci, kdy jsou zdroje využívány s poloviční spotřebou s dosažením dvojnásobného efektu; matematicky: 2 / 0,5 = 4 ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 8

Schéma systému vytápění a ohřevu TUV v projektu rekonstrukce a nástavby MŠ v Ostravě - Proskovicích Technické údaje - solární systém: Absorpční plocha solárních kolektorů Počet modulů; délka / šířka Objem solárního tanku Objem vody v kolektorech Váha jednoho m2 kompletního kolektoru Množství vodního média Celková váha 1m2 v provozním stavu Absorpce Max. klidová teplota Max. teplota solár. tanku Roční potřeba tepla z toho vytápění vč. řízeného větrání Ohřev TUV vč. venk. bazénků Roční solární zisk - využitelný Celkové pokrytí potřeby tepla

120,1 m2 42; 5,25 / 0,6 m 9,2 m3 360 lt 10,1 kg/m2 3 lt/m2 13,1 kg/m2 0,945 115° C 80°C, reálná 65°C 92,6 MWh/r 58,3 MWh/r 34,3 MWh/r 32,1 MWh/r 36% (zdroj: www.oze.cz)

Investor: Městský obvod Ostrava - Proskovice, Ing. Josef Němček, starosta Světlovská 2/82, 724 00 Ostrava Proskovice Tel.: 069/6768067

Projektant TZB: Petr Kramoliš Slavíkova 6143 708 00 Ostrava-Poruba tel.: 596 927 121, [email protected]


str. 9

Velkoplošné solární systémy v Ostravě – Vítkovicích Petr Kramoliš, autorizovaný projektant zařízení obnovitelných zdrojů Na domově důchodců v Ostravě – Vítkovicích byly koncem října 2003 namontovány dva solární systémy pro ohřev teplé vody (TUV). Budovy domova jsou již cca 20 let v provozu. Zvláštním rysem tohoto domova důchodců je podstatně vyšší procento dlouhodobě ležících klientů, což znamená zvýšenou spotřebu teplé užitkové vody. Stabilním zdrojem tepla pro celý komplex je centralizované zásobování spravované Zásobováním teplem Ostrava, a.s. Topným mediem je horká voda, sloužící také pro ohřev TUV. Celkové absorpční plochy jsou 150m2 a 160m2, celkem 310 m2. Návrh vycházel ze konceptu Low – Flow, tj. s nízkým průtokem teplonosného media 15 lt/m2 hod. Nízký průtok má řadu předností, jako např. menší světlosti potrubí, nižší tlakové ztráty a nižší čerpací práce, jakož i nižší investiční náklady. Na druhé straně však jsou vyžadovány speciální, velkoplošné kolektory, které umožňují nízký průtok řazením do větších sérií a spec. zásobníky umožňující teplotní vrstvení (stratifikaci). Kolektory jsou umístěny na plochých střechách dvou pavilonů. Každý kolektor má absorpční plochu 11,5 m2 a jsou řazeny do okruhů 13 ks – 149,5 m2 a 14 ks (161 m2), v sériích po 6 – 7 kusech. Délka potrubí je tak minimalizována. Jednotlivé série jsou zaregulovány pomocí vyvažovacích ventilů. V obou případech se jedná o ploché střechy s tepelnou izolací nad vodoizolací s povrchovým krytím kačírkem. Rozmístění kolektorů bylo provedeno podle umístění stávajících větracích hlavic a vzduchotechnických zařízení. S ohledem na architektonické řešení objektů byl zvolen nižší úhel náklonu tj. 30o. Kolektory jsou uzemněny pro odvod atmosférické elektřiny a blesku. Montáž kolektorů probíhala pomocí autojeřábu. Oba systémy byly namontovány za cca 6 hod. (mimo potrubního propojení) tj. 1m2 za cca 1,2 minuty. Z toho je vidět, že účinnost montážních prací je vysoká. Práce na tomto pilotním projektu probíhaly pod vedením pracovníka výrobní firmy. Připojovací měděné potrubí má dimenzi 28/1,5, přívodní potrubí pak DN 35/1,5. Teplonosným mediem je solaren s ředěním na – 25oC o max. provozním tlaku 4,0 bar. Množství solární energie je nerovnoměrně rozmístěné během roku i během dne. Z toho důvodu je nutné řešit alespoň krátkodobou akumulaci na 2 – 3 dny a při víkendovém provozu. Ve stávajících prostorách Domova důchodců byl veškerý prostor v suterénu již zabrán pomocnými provozy a proto akumulační objemy a umístění solárních tanků (nádrží) muselo být přizpůsobeno stáv. poměrům a potřebám provozu. V objektu „A“ byl nalezen prostor ve skladu vedle kotelny, avšak objem musel být mírně zmenšen. V objektu „B“ se místo nenašlo a tak solární tank byl postaven vedle kotelny ve dvorní části a obezděn. Stanovení akumulačního objemu záviselo na velikosti absorpční plochy a denních odběrech teplé vody. Vzhledem k navrženým externím deskovým výměníkům, mohly být použity beztlaké nádoby. Výhodou těchto nádob je dobré využití daného prostoru, jelikož nádrže mohou být ve tvaru krychle nebo kvádru. V objektu „A“ je objem dán skladem, který je k dispozici. Celkový objem vychází 8m3. Užitečný objem kvůli zvýšenému přepadu 7,4 m3. V objektu „B“ rozměry nemusely být redukovány. což představuje celkový objem 19,2 m3. Akumulační objem vystačí i pro rozšíření absorpční plochy v další etapě. Solární tanky byly svařeny z ocel. nerezových plechů tl. 1,5 mm jako beztlaká nádoba. Jakost materiálu je 17. 240. Svařován byl na místě samém za postupného obetonování s ocel. výztuží. Nádrže byly obloženy minerální vlnou v tl. 20 cm. Vnější povrch tvoří buď zdivo, nebo dřevěné latění. Pro ukládání solárního tepla do vrstev vody o odpovídající teplotě (stratifikace) jsou v solárním tanku umístěny speciální vestavby, které umožňují výše zmíněný efekt. Jedná se o tvarovky s tepelnou odolností 110oC. Na každém hrdle je osazena klapka z duralového plechu.


str. 10

Při provozu bez doplňování, by došlo ke kolísání hladiny v důsledku změny teplot vody v následujícím rozsahu: Δt 45o C 60o C 85o C Obj. „A“ 26,6 mm 41,8 mm 74,1 mm Obj. „B“ 43,4 mm 68,2 mm 120,9 mm Rozdíly mezi objekty jsou způsobeny různou výškou vodního sloupce v nádržích a také uvedenými rozdíly teplot mezi nejnižší a nejvyšší teplotou. Je třeba vzít v úvahu, že po převážnou část roku bude vyšší teplota pouze v horní části solárního tanku a její objem bude kolísat podle provozních stavů. Doplňování nové vody do tanku je zajištěné automaticky přes solenoidový ventil, řízený čidlem hladiny. Stávající ohřev teplé vody (TUV) pomocí stanic ASTRA zůstane v obou případech zachován. Ohřev solární energii je tomuto ohřevu předřazen. Probíhá v deskových výměnících Alfa – Laval. Nerovnoměrnost odběru teplé vody je vyrovnávána zásobní nádrží o obsahu 400 lt, čímž se sníží špičkový příkon pro ohřev teplé vody. Současně oběhová čerpadla nejsou tak často zapínána. Řešení se stávajícím ohřevem je bezpečné, protože za všech provozních stavů spolehlivě zajistí požadovanou teplotu TUV. Investor: Magistrát města Ostravy investiční odbor, oddělení energetiky

Projekt: Petr Kramoliš projekce obnovitelných zdrojů energie Ostrava-Poruba, tel: 596 927 121, e-mail: [email protected]


Realizace: I.G.B. Holding,a.s. Stodolní 4 Moravská Ostrava

str. 11

Domov důchodců a penzion Hvízdal, České Budějovice Orientace: jižní Sklon: 45° Instalované zařízení: sluneční kolektory Heliostar Rok instalace: 2001 Počet kolektorů: 72 ks Absorpční plocha kolektoru: 1,76 m2 Plocha celkem: 126,72 m2 Typ kolektoru: Heliostar 202 N2L Výkon: 697 kWh/den

Náklady na instalaci Jednotlivé montážní celky Instalace kolektorové ho pole a potrubní rozvody primárního okruhu Teplovodní úprava parametrů Zdravotní instalace v TÚV Stavební část, izolatérské práce Elektroinstalace, měření a regulace a uzemnění

Náklady v Kč 1 471 393,513 493,26 250,210 192,246 672,-

Struktura financování celkové náklady: 2 468 000,- Kč, dotace SFŽP: 1 727 600,- Kč (70% nákladů)

Další přínosy Solární systém, instalovaný na konci roku 2001 v domově důchodců a penzionu Hvízdal v Českých Budějovicích, je zařízení určené pro celoroční přípravu teplé užitkové vody. Pro ohřev vody využívá fototermální přeměny slunečního záření, dopadajícího na selektivní absorpční vrstvu plochých kolektorů HELIOSTAR 202 N2L. Aby byl zajištěn celoroční provoz solárního zařízení, je primární okruh naplněn cca 600 litry nemrznoucí směsi na bázi monopropylenglykolu (SOLAREN EKO) s bodem rekrystalizace – 32°C. Ani při poklesu teploty pod tuto hranici nedojde ke zvětšení objemu směsi a následnému poškození primárního-kolektorového okruhu solárního zařízení. (zdroj: technologický list ST001 Technologického centra AV ČR) ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 12

Komentář k projektu regenerace panelového domu Oblá 14, Brno Nový Lískovec, připravovaného v rámci Českorakouského energetického partnerství Jan Hollan, ekologický institut Veronica

Část každé budovy má být slunečním kolektorem V Česku byl první svislý solární systém uveden do provozu před rokem, na SPŠ v Břeclavi. Na první pohled je to podivné, umístit kolektory svisle, vždyť by měly být namířeny co možná ke slunci, tedy šikmo nad jih... Na druhé straně tradiční ,,solární kolektory“ sloužící pro vytápění budov jsou okna, a tam jsou nejvhodnější ta, která jsou součástí jižní stěny. V zimě je slunce nízko na nebi a svítí skoro kolmo do oken, takže prosvítí byt až na severní konec. Tehdy je také potřeba tepla nejvíc. V červnu a červenci se přes jižní okna dovnitř moc slunce nedostane. Jiná orientace oken, k východu či západu, ještě hůře pak šikmých, ve střeše, vede v létě k přehřívání, zato v zimě k topení sotva přispějí. Malé kolektory, kde každý metr čtvereční stojí přes 8 tisíc korun, se často instalují v co nejmenším množství a orientované pokud možno tak, aby alespoň ve slunných letních dnech ohřály tolik vody, kolik je potřeba. Užijeme-li však kolektor s cenou okolo 5 tisíc korun na metr čtvereční, mohou se orientovat i hodně jinak, než nakloněné o čtyřicet stupňů a k jihu. V těch měsících, kdy je den nejkratší, od listopadu do února, se dá ale získat více tepla ze svislé jižní plochy než z plochy nakloněné. Důvodů je několik: Pak se totiž plocha ochlazuje prakticky jen prouděním vzduchu, které ale v případě svislé orientace nejde rovnou od absorbéru ke sklu. Podobně, svislými hi-tech okny se za zimních nocí dům ochlazuje až o čtvrtinu méně než střešními okny. V letních měsících má svislý kolektor nižší výtěžnost, ale je-li dostatečně dimenzován pro pokrytí potřeby nemá na rozdíl od šikmých kolektorů tak významné přebytky tepla. Platí jednoduché pravidlo: jako kolektorová plocha má být využita ta osluněná část budovy, která není využita coby okna. Má-li budova střechu skloněnou k jihu, má alespoň její část být slunečním kolektorem. Pokud šikmou jižní střechu nemá, pak oním kolektorem má být neprůsvitná část fasády. Ušetří se tak za omítku či obložení a tepelná izolace, kterou dům stejně musí mít, má hned dvojí využití. Navíc, hlavně při použití hi-tech absorbérů s velmi nízkou emisivitou, se ta část pláště, která je opatřená kolektorovou plochou, stává v zimě za slunného počasí fakticky bezeztrátovou a i za pošmourných dní izoluje v průměru dvakrát lépe, než by odpovídalo tloušťce izolace.

Náklady, výnosy, estetická kritéria Kolektorová plocha se zlevní, když je součástí budovy. Přídavné náklady jsou v principu omezeny na cenu skla (kaleného a s nízkým obsahem železa, tzv. solárního) oproti jinému povrchovému materiálu budovy a ovšem cenu absorbérů a jejich propojení. U samostatných, neintegrovaných kolektorů se platí navíc jejich vana (často z drahého hliníku), těsnost a tuhost celého souvrství. A také množství propojení, jde-li o malé moduly. V neposlední řadě pak konstrukce pro jejich upevnění. Zvláště nákladná je taková konstrukce v případě, že stojí na ploché střeše (už proto, že musí zajistit kolektory proti vichřicím). Jedinou výhodou umístění na plochou střechu je, že je to ideální pro svépomocnou montáž bez jeřábů a pro údržbu, bude-li potřeba, např. odhrnování sněhu... A ovšem, oproti fasádním také to, že se z nich získá více tepla vztaženo na jednotky jejich plochy. V celoročním úhrnu až jedenapůlkrát více. Alternativa samostatných kolektorů na ploché střeše není použitelná v případě vícepatrových budov, kdy střecha není už dost velká. Aby se kolektory vzájemně nestínily, musí být od sebe daleko alespoň pětinásobek své výšky. Instalovat tak lze (při náklonu 45°) jen kolektorovou plochu, která činí ztěží třetinu plochy střechy. V našem případě by nebylo možné ani to, neb střecha obsahuje nástavbu výtahu a má tam být i nástavba tepelné techniky. I kdyby ta byla na severním okraji střechy místo na jižním, zbylo by na kolektorovou plochu stěží devadesát metrů čtverečních, ani ne tři metry čtvereční na byt... Byl by to drahý solární systém s velmi malými výnosy. Kolektory na ploché střeše jsou alternativou jen pro budovy s méně než pěti obytnými podlažími.


str. 13

Kolektorová plocha integrovaná do budovy je velmi pěkná na pohled. To se týká už šikmých střešních ploch, jsou-li pojaté jako jediný veliký kolektor. V případě fasád je to ale daleko zřetelnější - často iracionální snahu dvacátého století po skleněných fasádách tak mění na věc dokonale účelnou.

Dimenzování a využití zbytku fasády V případě domu na Oblé 14 by bylo zcela adekvátní pokrýt vodním kolektorem obě části štítu kolem oken. Zvýšilo by to ale náklady, absorbérová plocha ani upevnění skel (nebo hotové kolektory v dřevěném rámu) přece jen nejsou levné. Zato by se dokonale využilo všechno zimní slunce (připomínám, že nemrznoucí kapalina solárního okruhu se výborně hodí pro protimrazovou ochranu rekuperátorů). V úvahu by připadalo i využití tří čtvrtin dostupné souvislé plochy, zbylá čtvrtina by zůstala pro nezasklený vzduchový kolektor. Ať již využití souvislé plochy jižního štítu bude rozděleno mezi vodní a vzduchový kolektor jakkoliv, stále zůstává otázkou využití plochy mezi okny. Původní návrh na solární vyhřívání skrze stěnu vázne na nedostupnosti vhodné transparentní izolace, jak ji (extrémně draze) nabízí firma ESA Solarfassade ale není obdobný produkt na trhu pro jiné účely? Pokud se nenajde, je alternativou využití prostoru mezi okny pro členitý vzduchový kolektor, to by nemělo být obtížné, a slunce dopadající na štít mezi okny by bylo také alespoň zčásti využito. V takovém případě mi jako ideální, sice nákladné, ale nejlépe návratné, připadá pokrytí obou souvislých ploch štítu dvěma hi-tech kolektory s absorbéry typu TiNOX (takový absorbér předpokládá podklad [2], jak plyne z uvedených parametrů) a právě jen členité střední části plochy mezi okny vzduchovým kolektorem typu Solarwall, tedy děrovaným černým trapézovým plechem. Vhodnost takové maximální kolektorové plochy pro ohřev vody, ke třem stům metrů čtverečních, ukázal velmi zřejmě výpočet skupiny prof. Streichera, viz [2], až s ní lze docílit téměř poloviční pokrytí ohřevu teplé vody. Naopak plocha uvedená v projektu dává solární pokrytí potřeb teplé vody malé, ani ne třetinové.

Poznámka o typech kolektorů

Obchodníci u nás i v Německu často tvrdí, že ,,více tepla lze získat pomocí kolektorů vakuových, hlavně v zimě“. To je tvrzení, které mohlo platit v době, kdy se nepoužívaly selektivní absorbéry, které se málo nebo jen zanedbatelně ochlazují vyzařováním. Dnes již dávno neplatí. Pokud se jedná o ZO ČSOP Veronica, Panská 9, 602 00 Brno, 542 422 757, [email protected] velkoplošné instalace fototermických kolektorů v ČR

str. 14

ohřev pitné vody nebo o přitápění budov, kdy jde o ohřívání na teploty do šedesáti stupňů, pak lze z dané plochy fasády či střechy získat vždy více tepla pomocí hi-tech plochých kolektorů (s vakuově povrstvenými absorbéry a zakrytých ,,solárním sklem“ bez obsahu železa). To ilustruje obrázek účinnosti ohřevu vztažené na brutto plochu kolektoru. Při použití vakuových trubic je totiž absorpční plocha, kterou lze na danou fasádu (brutto plochu) umístit, značně malá. Více tepla než ploché kolektory by mohly dodat až při pracovních teplotách trvale nad osmdesát stupňů, tedy pro speciální technologické účely (ovšem ne levněji než kolektory ploché, protože jsou mnohem dražší, ekonomicky výhodnější se mohou stát až při pracovních teplotách hodně nad sto stupňů). Obrázek je syntézou dat zveřejněných solární zkušebnou ve švýcarském Rapperswilu [7]. Ukazuje zhruba nejlepší typy plochých i trubicových kolektorů. Pokud jde o low-tech kolektor, data jsou převzata z brožury Arsenal Research z Vídně (studie [6] uvádí vyšší účinnost low-tech kolektoru, dle mého názoru přehnanou, s ,,k“ nižším než 5 W/(m2K)). Pokud jde o holé absorbéry, jde o odhady autora (k či U 13 W/(m2K), resp. 20 W/(m2K)). Solarwall, tedy děrovaný plech, má účinnost blízkou nejnižší křivce, dle odkazu uvedeného v [2].

Ohřev teplé vody nad 60 °C je zbytečný Projekt obsahuje zmínku o periodickém ohřevu teplé vody nad 60 °C, jako prevenci proti množení legionel. To je ale zbytečné, v těsné vodovodní soustavě zůstává v Brně stále přebytek chlóru, který přítomnost legionel vylučuje. Když teplota vody nepřesáhne nikdy 60 °C, je pak také zbytečný regulační směšovací ventil, zabraňující opaření uživatelů. (Kromě toho lze obecně mít pochybnosti, zdali ohřev pod 80 °C vodu významně sterilizuje, ale to je zde vedlejší.)

Poznámka o sklech Sluneční kolektory se montují s kaleným sklem tloušťky 4 mm, je to něco jiného než velikánská tlustá nekalená skla používaná jako ,,skleněné fasády“. Někde jsem postřehl zmínku, že se počítá s tloušťkou 8 mm, takové solární sklo (bez obsahu železa) asi ani neexistuje, pokud ano, bylo by velmi drahé (ostatně i jeho upevnění).

Literatura [1] Stärz, N.: Planungsgrunsätze für Wohnungs-Lüftungsanlagen, Erneuerbare Energie, 2003/3 [2] Schmidl, J.: Energetická bilance na vzorovém objektu Oblá 14, E.V.A., Wien 2003. Vypracoval tým z Technické univerzity v Grazu (Štýrský Hradec), Institut tepelné techniky pod vedením a.o. Univ.-Prof. Dipl. Ing. Dr. techn. Wolfganga Streichera. [3] Thür, A: CEPHEUS (an)gemessene Ergebnisse, Erneuerbare Energie, 2003/3 [4] Gestaltungsgrundlagen Passivhäuser, Verlag Das Beispiel, 2001, ISBN 3-935243-00-6 [5] Los, M.: metoda rozúčtování nákladů na vytápění a vodu, viz www.lomex.cz [6] Bergmann, I., Weiß, W.: Fassadenintegration von thermischen Sonnenkollektoren ohne Hinterlüftung, AEE Gleisdorf 2002. Viz www.energytech.at/download/endbericht_bergmann_1302.pdf (209 stran, 3.413 kByte) [7] Institut für Solartechnik SPF, viz www.solarenergy.ch


str. 15

Velkoplošné instalace fototermických kolektorů pro velké odběratele

Recommend Documents