Tepelné solární soustavy pro rodinné domy v programu Nová zelená úsporám

Zpracováno na základě přednášky Ing. Heleny Křišíkové přednesené během veletrhu ForArch v Praze. Přednáška byla součástí semináře Moderní řešení technických systémů budov, který organizovala Společnost pro techniku prostředí a jejímž odborným garantem byl doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

V současné době se v souvislosti s dotačními programy nejčastěji mluví o využití podpory na výměnu neekologických kotlů na tuhá paliva za zdroje ekologické, jako jsou např. tepelná čerpadla, kondenzační plynové kotle, kotle na biomasu atd. Ještě před několika lety se masivně podporované instalace tepelných solárních soustav dostaly tak trochu na okraj pozornosti většiny informačních médií. Jde o zcela neoprávněný postoj, neboť podle informací SFŽP k programu Nová Zelená Úsporám tvoří dotace poskytované na tepelné solární soustavy prakticky jednu čtvrtinu z dotací na modernizaci a ekologizaci zdrojů tepla (podle informací z přenášek, Martin Kotěra, metodik, oddělení metodiky a strategie SFŽP). V současnosti je k dispozici časová řada roční výroby tepla ze solárních tepelných soustav v celé ČR od roku 2003 do roku 2016. Z ní je vidět, že má trvale vzestupnou tendenci. Celková plocha instalovaných slunečních kolektorů v ČR do konce roku 2016 dosáhla cca 570 000 m².

Tab. Celková energie vyrobené v solárních termických soustavách za rok (GJ/a) – časová řada (zdroj: MPO ČR)

Obr. Příklad instalace solárních kolektorů na svislou fasádu nad okny

Jak ukazuje obrázek, tak solární soustava může mít i dvojí užitečnou funkci. V první řadě je zdrojem tepla. V druhé řadě může být při svém vhodném umístění a tvarování důležitým prvkem odstínění interiéru od přímého osálání Sluncem v době, kdy je to nejvíce zapotřebí. Tedy kdy jsou dodatečné tepelné zisky nežádoucí. Čím výše je Slunce na obloze, tím méně jsou okna vystavena přímému slunečnímu záření.

V prostředí internetu lze pro sledování dosahu stínu využít například grafický program www.suncalc.org, se kterým lze poměrně snadno určit stínem zasaženou plochu, a to po vyhledání polohy, zadání její výšky nad okolním terénem. Program je vhodné například využít pro zjištění, zda uvažované kolektory nebudou zastíněny okolím, například i vzrostlými stromy, jinou budovou atp. K tomu je nutné v programu (na mapě, souřadnicemi) nejprve vyhledat konkrétní místo, odkud stín půjde (například roh střechy stínícího objektu), zadat jeho výšku nad terénem, den a čas. Denní dobu lze měnit plynule pohybem oranžového bodu nahoře pod časovou stupnicí, a tak si prohlížet, kam stín dosahuje. Lze si tak pro začátek úvah hledat možná umístění solárních kolektorů, uvažovat, jak instalace ovlivní architektonický vzhled RD atp. Je nutné si uvědomit, že zejména krátkodobé zastínění kolektoru v létě, a i dlouhodobější v zimě, může mít prakticky jen bezvýznamný vliv na celoroční bilanci zisku tepla, tedy na solární pokrytí v případě přípravy teplé vody, případně i vytápění teplem ze solární soustavy. V tomto směru, při pochybách, je žádoucí spolupracovat s odborníky, kteří tyto procesy dokáží přesně posoudit a vyhodnotit.

Obr. Příklad dosahu stínu, šedá čára, z rohu budovy o výšce 8 m, 28.11.2017 v 12:59 UTC+1, české časové pásmo.

Základní parametry solárních soustav pro rodinné domy v rámci programu NZÚ

Orientační stanovení kolektorové plochy (příklad aplikace "příprava TV v rodinném domě")

Stanovení potřeby tepla:

Vychází z denní spotřeby teplé vody (l/os.den). Nutno uvažovat reálné hodnoty, např. 60 I/os.den ohřáté o 50 stupňů K.

Denní potřeba energie na ohřev vody pro jednu osobu pak je Q_qos = (m.c.ΔT) = 3,5 kWh/(os.den)

Pro 4člennou rodinu vychází Q_potř = 4 x 3,5 = 14 kWh/den

Stanovení kolektorové plochy:

Maximální denní zisk z kolektoru je cca q_kol = 3,5 až 4 kWh/(m².den)

Kolektorová plocha A_kol = Q_potř / q_kol = 14 / 3,5 = 4 m²

Pro jednu osobu tak v průměru potřebujeme cca 1 m² plochy kolektoru.

Pro stanovení požadovaných energetických parametrů solární soustavy je dotačním programem NZÚ vyžadována bilance dle metodiky TNI 73 0302. Tato metodika pracuje s měsíčním krokem simulace a představuje zjednodušený postup bilancování solárních soustav. Má i svá jistá omezení, např. je možné ji využít pro bilancování solárních soustav s kolektory do 45° odklonu od jihu.

Pro přesnější bilancování solárních soustav existují další výpočtové programy, které jsou z hlediska fondu rovněž akceptovány. Tyto programy pracují s hodinovým krokem ve výpočtu a je možné je použít pro celou škálu instalací, s možností přesného zadání solární soustavy jak do sklonu slunečních kolektorů, odklonu od jihu, průměru solárního potrubí atd. Jedná se např. o program Getsolar nebo Polysun.

Výstup z energetické bilance poskytuje návrhové parametry solární soustavy, které jsou dále využívány pro kompletaci žádosti a státním fondem hodnoceny.

Z formuláře je zřejmé, že všechny podmínky dotačního programu Nová zelená úsporám pro oblast podpory C.3.1 (solární soustava pro přípravu teplé vody) jsou splněny.

Součástí každé energetické bilance dle TNI 73 0302 je i grafická část, ve které jsou přehledně znázorněny výsledky výpočtu.

Jak již bylo zmíněno, výpočet solárních soustav dle metodiky TNI 73 0302 je zjednodušený a slouží především pro účely dotačního programu Nová zelená úsporám. Slouží pro porovnání různých slunečních kolektorů v obdobných solárních soustavách. Tuto bilanci ovšem nelze využívat k hodnocení provozu reálně instalovaných solárních soustav. Každá solární soustava je specifická a celkové energetické zisky jsou závislé na jejím přesném umístění, na vzdálenosti slunečních kolektorů od akumulace tepla, na průměru, délce a kvalitě tepelné izolace solárního potrubí, na velikosti a rozložení odběrů tepla v průběhu dne apod.

Vzhledem k legislativním požadavkům na energetickou náročnost nových budov, energetickým přínosům solárních soustav pro systémy přípravy vody a vytápění můžeme i do budoucna předpokládat, že počet solárních soustav bude v České republice i v Evropě vzrůstat.