Solární technika

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