Kolektory na ohřev vody
Slunce je základním a nepostradatelným zdrojem energie pro celou naší planetu. Sluneční záření dopadající na zemský povrch se skládá z přímého a rozptýleného (difúzního) záření. Přímé je záření slunečního disku, které tvoří svazek prakticky rovnoběžných paprsků. Rozptýlené (difúzní) sluneční záření vzniká rozptylem přímých slunečních paprsků na molekulách vzduchu, vodních kapkách a ledových krystalcích a na různých aerosolových částečkách. Rozptýlené záření se jeví jako světlo oblohy a díky němu se nám nebe zdá modré. Kdyby nebylo, jevila by se obloha i během jasného dne jako černá s ostře zářícím slunečním kotoučem. Součet přímého a rozptýleného záření se v praxi velice často označuje jako tzv. celkové neboli také globální sluneční záření.
Množství energie, které získává celý zemský povrch ze slunečního záření, převyšuje více než 15 000krát současnou celosvětovou spotřebu energie. Existuje hned několik základních možností, jak tento obrovský a prakticky nevyčerpatelný zdroj energie využít a sluneční energii přímo přeměnit na teplo či elektřinu. Přeměna světelného záření na teplo (tzv. fototermální přeměna) může být pasivní (principy tzv. solární architektury – vhodně orientované prosklené fasády, zimní zahrady apod.) nebo aktivní (pomocí přídavných technických zařízení – sluneční kolektory). Elektrickou energii lze v našich podmínkách získávat především s využitím tzv. fotovoltaického jevu pomocí fotovoltaických článků.
Vzhledem k velkému časovému posunu mezi výrobou a spotřebou tepla jsou solární systémy využívající fototermální přeměny slunečního záření standardně navrhovány a instalovány s odpovídající akumulací získané tepelné energie.
Pasivní solární systémy nevyžadují pro svou činnost žádné speciální zařízení zabezpečující transport energie. Mezi pasivní systémy lze zařadit každou budovu či její část, kde její architektura je navržena tak, aby tepelné zisky z dopadajícího slunečního záření do interiéru pasivními solárními prvky bylo možno co nejlépe využít. Jako pasivní solární prvky se nejčastěji využívají prosklené plochy na jižní straně budov, zimní zahrady, prosklené lodžie, solární okna či verandy nebo tzv. Trombeho stěny či transparentní tepelné izolace. Při návrhu pasivních solárních systémů je nutné pamatovat na:
Aktivní solární systémy se od pasivních jasně odlišují tím, že sběrné zařízení (kolektor) a zařízení pro akumulaci tepla jsou řešeny jako samostatné technické instalace, funkčně nesouvisející s budovou a téměř vždy je možné je dodatečně instalovat do již existujících objektů. Transport energie z kolektoru do akumulátoru probíhá prostřednictvím rozvodného systému, který je naplněn vhodným teplonosným médie, jakým je např. nemrznoucí solární kapalina. Nejčastějšími fototermickými aktivními solárními systémy jsou dnes systémy pro celoroční předehřev teplé vody, ohřev vody v bazénech, přitápění nebo temperování budov a nebo jejich kombinace.
Schéma zapojení systému pro celoroční předehřev teplé vody
Na obrázku je schématicky znázorněno principiální schéma zapojení zřejmě nejrozšířenějšího systému využívajícího fototermální přeměny slunečního záření – systému pro celoroční předehřev teplé vody.
Mezi hlavní komponenty tohoto systému patří:
- Solární kolektory:
Solární tepelný kolektor slouží k přeměně energie slunečního záření na využitelné teplo. Skládá se z absorbéru, zasklení a rámu kolektoru nejčastěji vyplněným tepelnou izolací. Pro celoroční předehřev teplé vody se nejčastěji využívá plochých deskových kapalinových kolektorů. Pro orientační návrh takovýchto kolektorů platí, že 1 m2 jejich absorpční plochy dokáže za jeden den při optimálních podmínkách (letní den, jasná obloha) ohřát 50 litrů vody na teplotu okolo 65°C.
- Solární stanice
Jedná se o kompaktní jednotku obsahující oběhové čerpadlo kolektorového okruhu, zpětné klapky, regulační armatury, tlakoměr, teploměr a popř. též další komponenty dle konkrétní aplikace. Takovéto kompaktní provedení velmi zjednodušuje a urychluje montáž a v konečném důsledku také snižuje její celkovou cenu.
- Regulace
Elektronická regulace řídí bezobslužný automatický provoz. Nejčastěji jsou používány tzv. diferenční regulátory, které porovnávají teplotu kolektorového pole a spotřebiče (zásobník teplé vody, akumulátor ÚT, topný systém, bazén, apod.) a při dosažení nastavené teplotní diference je spínáno oběhové čerpadlo. Další důležitou funkcí regulace někdy bývá omezení teploty ve spotřebiči.
- Rozvody, potrubí, tepelné izolace
Potrubí primárního (solárního) okruhu od kolektorů k akumulační nádobě je nutné dimenzovat na teplotu okolo 180°C a tomu odpovídajícím tlakům. V žádném případě nelze použít pro přívodní a vratné potrubí plastové trubky, které nevyhovují provozním podmínkám solárních soustav. Veškeré potrubí je opatřeno tepelnou izolací odolávají teplotám min. do 180°C, u venkovních částí je navíc potřebná ochrana proti UV záření a nenavlhavost.
- Zabezpečovací zařízení
K vyrovnání tlaku vlivem značného kolísání teploty je do okruhu připojena expanzní nádoba, jejíž konstrukce a umístění musí odpovídat předpokládané maximální teplotě, objemu a tepelné roztažnosti teplonosné kapaliny. Pro případy extrémního zvýšení tlaku a následného poškození systému je dále bude instalován pojistný ventil
- Akumulační zásobník
Akumulační zásobník je dimenzován na základě předpokládané spotřeby teplé vody (normovaná denní spotřeba je přibližně 50 litrů na osobu) a obvykle bývá navrhován jako bivalentní, kdy v době nedostatečného slunečního svitu je voda ohřívána z náhradního zdroje (nejčastěji se používají elektrické topné spirály, ale je možné použít i jiných zdrojů vč. tepla ze soustav centralizovaného zásobování teplem). Objem zásobníku musí být takový, aby i v létě dokázal akumulovat zachycenou energii.
- Termostatický směšovací ventil
Především v letních měsících může teplota teplé vody překročit hodnotu 60°C, pro max. využití akumulace se velice často nastavuje až na 85°C. Proto je nutné instalovat termostatický směšovací ventil na výstupu teplé vody z akumulační nádoby, který snižuje riziko opaření a zároveň slouží k centrálnímu nastavení teploty teplé vody. Termostatický ventil přimíchává k teplé vodě ze zásobníku tolik studené vody, aby teplota po smísení nepřekročila nastavenou hodnotu.
Schéma zapojení kombinovaného systému pro předehřev teplé vody a podporu vytápění
S rozvojem vyššího standardu bydlení a zateplení budov (nízkoenergetické a pasivní domy) nacházejí stále větší uplatnění také složitější a dokonalejší kombinované systémy pro předehřev teplé vody a přitápění příp. též ohřev bazénové vody. Základními požadavky na kombinované solární soustavy jsou maximální zateplení domu (minimální tepelné ztráty), nízkoteplotní otopná soustava (podlahové či stěnové vytápění, vhodná otopná tělesa), jižní orientace kolektorů bez stínění, dostatečná akumulace popř. možnost spotřebovat teplo získané solární soustavou v letním období. Principiální schéma jednoho z možných zapojení takového solárního systému ukazuje obrázek č. 3.
Hlavní součásti tohoto systému jsou obdobné, jako u dříve popisovaného systému pro celoroční předehřev teplé vody, pouze akumulační zásobník je zde nahrazen kombinovaným zásobníkem pro podporu vytápění a předehřev teplé vody, který je zároveň opatřen více vstupy a výstupy pro připojení dalších, tzv. bivalentních zdrojů. Rozdíl je také v použité regulaci, kdy v tomto případě již nedostačuje funkce spínání pouze na základě teplotní diference, ale jsou nutné ještě další funkce optimalizující provoz celého systému a využití zdrojů.
Aby solární tepelný systém pracoval po celou dobu své životnosti ideálně, spolehlivě a ekonomicky, je vždy nutné se nejprve dokonale seznámit s místními podmínkami (lokalita, typ budovy, převládající způsob využití, způsob přípravy teplé vody, druh otopné soustavy, umístění kolektorů) a teprve poté systém navrhnout a instalovat. V opačném případě se může velice snadno stát, že i přesto, že na první pohled se zdá být všechno v pořádku, už na ten druhý tomu tak být nemusí. Mezi nejčastější chyby při návrhu a instalaci termických solárních systémů patří především použití nevhodných materiálů, nesprávný výběr a dimenzování kolektorů i akumulačních zásobníků, neodborně provedená montáž, anebo nevhodně zvolené napojení na rozvody teplé vody popř. vytápění.
Vysoce kvalifikovaní, odborně proškolení a dostatečně zkušení specialisté firmy TERMS CZ s.r.o. jsou zárukou toho, že naše systémy jsou vždy přesně takové, jaké potřebujete pro ekonomicky i technicky optimální využití sluneční energie ve Vašem objektu. Rozhodnutí pro solární termické systémy navržené, dodané a instalované firmou TERMS CZ s.r.o. je vždy rozhodnutím pro nejvyšší kvalitu, které Vás navíc překvapí velice příznivou cenou.