Solární výměník - levné a ekonomicky návratné řešení ohřevu teplé a užitkové vody

Obr. 1

Na obrázku č. 1 je fotografie solárního výměníku SR - 3 o výkonu 3 kW, jehož rozměry jsou šířka 500 mm, hloubka 500 mm a výška 700 mm.

Na obrázku č. 2 je schematicky znázorněno umístění výměníku v půdních prostorách domu a jeho další - všeobecně známé zapojení do systému.

Obr. 2 - Zapojení solárního rekuperátoru

Hlavní části: 1. výměník SR - 3 2. solární zásobník 3. elektrický dohřev vody 4. regulátor 5. čidlo (teplota vzduchu) 6. čidlo (teplota vstupní vody)

Abych více objasnil funkci solárního výměníku, uvedu jeho popis a popis jeho funkce. Viz obrázek č. 3. Zařízení, jehož srdcem je solární výměník, se skládá z expanzní nádrže poz. č. 1, výměníku tepla, poz. č. 2, ventilátoru poz. č. 3, oběhového čerpadla poz. č. 4 a podstavce ventilátoru poz. č. 5. Všechna zařízení jsou sestavena do kompletu, který funguje tak (viz obr. č. 3), že ventilátor nasává přes výměník horký vzduch, kterému je ve výměníku odjímána tepelná energie. Ochlazený vzduch je pak přes podstavec vyfoukáván směrem k podlaze. Tím se omezuje mísení horkého a studeného vzduchu a současně se chladí podlaha půdy.

Obr. 3 - Solární rekuperátor

Horký vzduch ohřívá ve výměníku kapalinu. Teplá kapalina je vedena do solárního bojleru. Výměník je předimenzován tak, aby co nejvíce využil nízkopotencionálního tepla. Například při teplotě nasávaného teplého vzduchu 50°C má výstupní voda teplotu 48°C.

Výkon solárního rekuperátoru SR - 3 je 3 kW. Tento výkon je dosažen při teplotě nasávaného vzduchu 50°C a teplotě vstupní chladné vody 20°C. Je-li teplota nasáveného vzduchu vyšší, je výkon výměníku větší. Protože vestavěný ventilátor nasaje 120 l vzduchu za vteřinu a nasátý vzduch se z 50°C ochladí na výstupu na 24°C, je výkon získaný ve výměníku dán:

Q = m . C_p . (t₂ - t₁) = 1,29 . 0,120 . 1003 (50-24) = 4036 W

kde:

Q [W]	je výkon přeměněný ve výměníku
m [kg/s]	je hmotnost vzduchu nasátého za 1 vteřinu
Cp [J/kg]	je specifické teplo vzduchu
t2 [°C]	je teplota nasávaného vzduchu
t1 [°C]	je teplota vzduchu na výstupu.

Pro výkon SR - 3 je tedy rozhodující co nejvyšší teplota nasávaného vzduchu a co nejnižší teplota vstupní chladné vody.

Pro orientaci uvádím, že nejvyšší teplota vzduchu pod střechou je závislá na krytině střechy. Teplota dosahuje v letním období u cihlových a betonových tašek 55°C až 60°C, u bonského šindele 60°C až 65°C, u plechových střech 65°C až 70°C. Z toho vyplývá, že maximální teplota ohřáté vody dosahuje v letním období 55°C až 70°C a výkon výměníku při teplotě nasávaného vzduchu 70°C dosahuje 7 kW. Je třeba poznamenat, že i tento výkon se dá zvětšit při stejných teplotách nasávaného vzduchu zvětšením nasávaného množství, tedy výměnou stávajícího ventilátoru za ventilátor silnější.

Aby zařízení SR - 3 mohlo pracovat po celý rok, naplňuje se kapalinový okruh nemrznoucí směsí, protože pod střechou teploty nepřekračují 80°C, zařízení není třeba ochraňovat proti varu kapaliny. Systém je konstruován jako systém beztlaký, s expanzní nádrží otevřenou, umístěnou na nejvyšším místě. Přítok kapaliny do expanzní nádrže je v nejvyšším místě expanzní nádrže a je umístěn nad hladinou vody. To proto, aby vodní okruh byl přerušen a nemohlo dojít k samovolné cirkulaci kapaliny v zimním a letním období.

Pohyb kapaliny v okruhu zajišťtuje ponorné čerpadlo o výkonu 35 W, které je umístěno v expanzní nádrži. Pro dimenzi zařízení je nutno vědět, jak velkou plochu střechy potřebujeme pro získání námi požadovaného množství energie. Na základě zkušeností lze konstatovat, že z 1 m² střechy lze získat při nejlepších podmínkách příkon 300 W. Tedy pro zařízení SR - 3 postačuje velikost střechy 10 m². Protože většina střech má plochu mnohonásobně větší, je možno toto zařízení instalovat prakticky pod každou střechou.

Obr. 4

Zařízení je možno instalovat i na ploché střeše, viz. obr č. 4. V tomto případě je nutno postavit malý skleník o minimální půdorysné ploše 9 m². Skleník na obrázku č. 4 má půdorysnou plochu 4 x 2,5 m. Je používán pro ohřev vody do bazénu. V létě, od června do září, je v poledne při jasném slunci odebírán výkon 13 kW. Teplo zachycené skleníkem je odčerpáváno solárním výměníkem složeným ze 3 výměníků SR - 3, jednoho ventilátoru a jednoho oběhového čerpadla. Kromě toho je současně je v tomto skleníku umístěn malý solární výměník SR - 3 pro ohřev teplé užitkové vody pro domácnost.

Pro představu uvádím výkony odebírané z tohoto skleníku jedním výměníkem SR - 3 v únoru tohoto roku. Dne 27.2.2003, jasný den venkovní teplota +4°C. Začátek ohřevu v 10:15, ukončení ohřevu v 15:40. Nejvyšší teplota dodávané vody byla dosažena ve 13:00 hodin 36°C, maximální výkon zařízení byl 1,5 kW, voda dvousetlitrového solárního bojleru byla ohřáta ze 7°C na 31°C.
Zařízení má vzhledem k dodávanému množství tepla zanedbatelnou vlastní spotřebu energie ve výši 70 W.

Výhody zařízení ve srovnání se solárními kolektory stejného výkonu

Pětkrát nižší cena za kompletní zařízení včetně automatické regulace. Zařízení SR - 3 o výkonu 3 kW nabízíme za cenu 16 000,- Kč bez DPH a za cenu 32 000,- Kč včetně solárního bojleru. Možnost instalace v půdních prostorách bez zásahu do střechy, což umožňuje instalace solárních zařízení i v městských památkových zónách a v chráněných krajinných oblastech. Možnost instalace i na ploché střechy. Výrazně jednodušší instalace a provoz zařízení. Zařízení pracuje mnohem delší dobu než solární kolektory, pracuje i v období kdy slunce nesvítí. Pracuje po celou dobu, kdy teplota na půdě je vyšší než teplota ohřívané vody. Zařízení využívá tepelnou setrvačnost rozehřáté půdy. Proto například v létě při ohřevu vody do bazénu zařízení pracuje až do půlnoci a mnohdy je funkční celých 24 hodin. Viz obrázek č. 5. Graf zobrazuje výkon zařízení v průběhu celého dne, poklesy výkonu ve špičce jsou způsobeny oblačností. Obr. 5 Výhodou provozu zařízení v létě je skutečnost, že při současném ohřevu vody chladí půdní prostor. Zařízení lze po napojení na chladnou studniční nebo potoční vodu používat jako velmi výkonný klimatizér a chladič. Viz obrázek č. 6. Obr. 6

Nevýhody zařízení

Maximální teplota ohřáté vody je vždy nižší než teplota vzduchu na půdě. Praktický ekonomický přínos a ohřev vody u zařízení instalovaného na půdě je od března do listopadu. Zařízení lze vhodně doplnit tak, aby pracovalo i v listopadu, prosinci, lednu a únoru, ale efekt tohoto přínosu není velký. Uvedu příklad: V prosinci 2002 byly v některých dnech teploty vzduchu venku až 19°C a teplota vstupní vody 7°C. Zařízení spínalo a pracovalo i v noci s tím, že předehřálo vstupní vodu ze 7°C na 19°C.

Další možnosti použití zařízení
Ohřev vody do bazénu je ideálním příkladem využití zařízení. Vyšších výkonů je dosahováno zapojením většího množství jednotek.
V letním období klimatizace prodejen obchodních řetězců, klimatizace autoservisů, čerpacích stanic, kuchyní, klimatizace veřejných prostor atd.
Ohřev teplé a užitkové vody s využitím odpadního tepla
- v lakovnách
- ve velkých kuchyních
- v pekárnách
- v papírnách
- v kovárnách
- v sušárnách dřeva
- v kadeřnictví
- pro ohřev koupelové vody teplem shromážděným pod střechami továrních hal
- pro ohřev vody veřejných koupališť, v bazénech

V kartonážce Model Obaly Nymburk, a.s. bylo postaveno na stejném principu rekuperační zařízení, které získává odpadní teplo ze vzduchu teplého 50°C o výkonu 80 kW. S tímto teplem jsou pak vytápěny vedlejší výrobní haly. V tomto zařízení bylo instalováno v roce 2002 30 kusů základních jednotek rekuperátorů (viz obrázek č. 7).

Obr. 7

Shrnutí
Výsledkem vlastního technického vývoje je unikátní výměník. Jeho výjimečnost spočívá mimojiné v teplosměnných plochách vyrobených z plastů. To umožňuje jednoduché a velmi efektivní čištění. Celé řešení je chráněno průmyslovým vzorem.

V současnosti naše firma jedná s MŽP o možnosti poskytnutí dotace na pořízení tohoto solárního zařízení obdobně, jak je běžné u jiných solárních zařízení. Budou-li tato jednání úspěšná, klesnou investiční náklady při pořízení popisovaného solárního výměníku na 10% pořizovacích nákladů stávajících solárních systémů. Za těchto podmínek lze předpokládat masové rozšíření a v jeho důsledku značné energetické úspory, které se významným způsobem pozitivně odrazí i na stavu životního prostředí.

---