Solární kolektory

Solární kolektory a jejich realizační příklady

18. 8. 2014

Rodinný dům Mnichovice

Rodinný dům v Mnichovicích u Prahy je nízkoenergetická stavba s tepelnou ztrátou 5,2 kW. Dům je obýván čtyřčlennou rodinou se dvěma malými dětmi. Denní průměrná spotřeba teplé vody se pohybuje okolo 140 l. Hlavním zdrojem tepla jsou el. vložky (4 + 4 + 2 kW) v centrálním zásobníku. Solární kombinovaná soustava slouží pro přípravu teplé vody a ohřev otopné vody v centrálním akumulačním zásobníku tepla o objemu 900 l. Teplá voda je připravována průtočným způsobem ve vnitřním trubkovém výměníku vnořeném v zásobníku tepla. Otopnou vodou je napájen tepelný výměník ve vzduchotechnické jednotce pro teplovzdušné vytápění a otopná tělesa v koupelnách domu. Solární soustava je tvořena 4 plochými ležatými solárními kolektory Thermosolar TS 330 o celkové ploše apertury 7,3 rn". Kolektory jsou instalovány se sklonem 60° na ploché střeše přístřešku pro parkování automobilu. Primární okruh je tvořen měděným potrubím opatřeným tepelnou izolací. Je zapojen do vnitřního trubkového výměníku v dolní části akumulačního zásobníku a je naplněn nemrznoucí vodní směsí propylenglykolu.

Obr.: Grada, Rodinný dům Mnichovice se solárními kolektory na střeše přístavku

Provoz solární soustavy řídí regulátor, který v provozu mění průtok soustavou regulací otáček oběhového čerpadla tak, aby na výstupu z kolektoru byla k dispozici využitelná teplota. Solární soustava byla v letech 2008-2010 monitorována. Kromě tepelných zisků dodaných primárním okruhem solární soustavy do solárního zásobníku tepla byla měřena i spotřeba pomocné elektrické energie na pohon regulátoru a oběhového čerpadla solární soustavy, spotřeba teplé vody a spotřeba dodatkové elektrické energie pro vytápění a přípravu TV. Z dlouhodobého monitoringu solární soustavy v RD Mnichovice vyplývají obecnější závěry týkající se efektivity instalací malých solárních kombinovaných soustav v rodinných domech.

Solární ohřev vody a vytápění 173
Obr.: Grada, Tepelné zisky solární soustavy a dodatkový ohřev v RD Mnichovice

Průběh zisků a potřeby tepla během roku jsou uvedeny na obrázku. Celkový využitý tepelný zisk primárního okruhu solární soustavy za roky 2009 a 2010 je 3800 kWh. Hodnota ročních měrných využitých zisků 260 kWh/(m2.rok) je hodnotou běžně dosahovanou, běžně se reálné využité zisky kombinovaných solárních soustav pohybují od 250 do 350 kWh/(m2'rok) podle návrhového solárního pokrytí a energetické náročnosti domu. Roční solární pokrytí potřeby tepla na přípravu teplé vody a vytápění činilo v průměru 30%. Spotřeba elektrické energie pro pohon oběhového čerpadla a regulace dosahuje cca 5% z využitelných tepelných zisků. Spotřeba dodatkového zdroje (elektrické energie) na dohřev byla v letech 2009 až 2010 v průměru celkem 4500 kWh/rok a roční náklady na vytápění a přípravu teplé vody v domě se tak pohybují pouze okolo 10 tisíc Kč.

Bytový dům Velká Skála

Bytový dům v Praze 8 je tvořen 50 bytovými jednotkami. Průměrná denní spotřeba teplé vody je cca 5 m3. Přípravě teplé vody výměníkem soustavy centralizovaného zásobování teplem byla předřazena solární soustava. Původní příprava teplé vody zůstala ponechána beze změn pro dohřev. Solární soustava je tvořena 36 kolektory Regulus KPS11 v osmi paralelních polích o celkové ploše apertury 81,4 m2 a třemi solárními zásobníky, každý o objemu 1 000 l. Jeden z nich je provozován jako přednostní (pozice Z1) pro rychlý náběh na požadovanou teplotu, do zbylých dvou zásobníků (pozice Z2 a Z3) určených pro solární předehřev studené vody pro přednostní zásobník se solární soustava přepne po jeho nahřátí. Pro přenos tepla z kolektorového okruhu do zásobníků slouží nerezový deskový výměník. Dohřev zajišťuje stávající výměník CZT. Pokud má voda ohřátá solární soustavou dostatečnou teplotu, výměníkem pouze protéká a je přiváděna dále do objektu ke spotřebě.

Obr.: Grada, Kolektorové pole na střeše bytového domu a letecký pohled na střechu bytového domu s kolektory, zdroj: Regulus

Pro zvýšení využití sluneční energie v přípravě teplé vody krytím i tepelných ztrát cirkulace vody je do přívodu cirkulace z objektu instalován třícestný ventil. Pokud je v solárním zásobníku k dispozici dostatečná teplota pro ohřev, přepíná se do něj celý průtok cirkulace. Regulátor solá- rní soustavy zároveň umožňuje řízení provozu cirkulace objektu na základě teplot cirkulace i na základě času. Regulátor je připojen k internetu, zajišťuje online monitoring a je možné provádět zásahy do nastavení regulace na dálku.

Obr.: Grada, Schéma solární soustavy bytového domu Velká Skála, zdroj: Regulus

Solární zisky jsou vyhodnocovány v kolektorovém okruhu jako předané teplo přes výměník do solárních zásobníků. Dále je vyhodnocována potřeba tepla na ohřev vody, avšak bez tepelných ztrát cirkulace. Z toho důvodu v letních měsících přesahují zaznamenané hodnoty předaných solárních zisků potřebu tepla. Celkové solární zisky od začátku července 2011 do konce června 2012 byly 32,5 MWh. Z toho vyplývají měrné solární zisky na úrovni 400 kWh/(m2.rok).

Solární ohřev vody a vytápění 175
Obr.: Energetická bilance solární soustavy Velká Skála v letech 2011-2012

Doterm Servis

Obr.: Solární kolektory na střeše správního objektu firmy Doterm Servis (Meziboří), zdroj: D. Borovský

Solární soustava pro přípravu teplé vody byla ve správním objektu firmy Doterm Servis, s.r.o. v Meziboří u Litvínova realizována již v roce 1996. Součástí správního objektu jsou kromě kancelářských prostor (1. a 2. NP) také dílny v přízemí a turistická ubytovna ve 3. NP. Jde o jedinečnou instalaci, kde byly tepelné zisky solární soustavy a spotřeba teplé vody kontinu- álně monitorovány po dobu více než 12 let. Díky dlouhodobým údajům lze statisticky analyzovat trendy v energetických přínosech soustavy. Solární soustava pro ohřev vody je součástí plynové kotelny zajišťující vytápění a přípravu teplé vody celého objektu. Solární soustava se skládá z 15 ks solárních kolektorů Thermosolar Heliostar 201 o celkové ploše apertury 27 m2 a soustavy tří pohotovostních zásobníků 3 x 300 I a předehřívacího ležatého zá- sobníku o objemu 6300 I pro ukládání přebytků tepla v předehřevu studené vody. Regulátor řídí soustavu pro rychlé nabití pohotovostních zásobníků a po splnění požadavku je primární okruh přepnut do velkoobjemového zásobníku. Na přívodu studené vody do soustavy přípravy teplé vody je instalován vodoměr, na kterém jsou odečítány měsíční údaje o spotřebě teplé vody. V primárním okruhu solární soustavy je instalován průtokoměr a teplotní čidla pro měření tepla dodaného ze solárních kolektorů. Průběh spotřeby teplé vody během jednotlivých let je uveden na obr. 5.46. Nevyrovnaný mezi roční charakter s rozdíly v jednotlivých měsících o více než 100% je způsoben nepravidelným využíváním turistické ubytovny.




Autor článku: Tomáš Matuška, použitá publikace Solární zařízení v příkladech, nakladatelství Grada