Dimenzování solárních soustav (III)

U kombinovaných solárních soustav se kromě přípravy teplé vody snažíme využít sluneční energii i pro pokrytí tepelných ztrát domu otopnou soustavou a to zvláště v přechodovém období (nízká tepelná ztráta, dostatek slunečního záření).

Při návrhu je nutné stanovit potřebu tepla pro přípravu teplé vody v závislosti na obsazenosti objektu a pro vytápění v závislosti na tepelně technických vlastnostech objektu (tepelné ztráty prostupem, větráním).

Potřeba tepla na přípravu teplé vody

Pro stanovení potřeby teplé vody a tepla na její přípravu Q_TV platí stejná pravidla jako u návrhu solárních soustav čistě pro přípravu teplé vody [1].

Potřeba tepla na vytápění

V současné době existuje řada metodik pro stanovení potřeby tepla na vytápění. Zjednodušený výpočet průměrné denní potřeby tepla na vytápění v určitém období (měsíci) vychází z metody, uvedené např. ve [2, 3] a je dán vztahem

kde [kW] je výpočtová tepelná ztráta objektu stanovená pro výpočtovou (jmenovitou) teplotu venkovního vzduchu t_ev [°C] a teplota vnitřního vzduchu t_iv [°C] podle příslušné normy, např. [4]. Pro přepočet tepelné ztráty na jiné podmínky (průměrný den vybraného období) je nutné znát příslušnou průměrnou denní vnitřní teplotu t_ip [°C] a průměrnou denní venkovní teplotu t_ep [°C]. Korekční součinitel ε [-] zahrnuje nesoučasnost tepelné ztráty větráním a prostupem, snížení teploty v místnosti během dne či zkrácení doby vytápění. Korekční součinitel ε je možné určit z odborné literatury nebo podle vlastních zkušeností. Detailní tabulka pro stanovení korekčního součinitele je uvedena v [2, 3]. Součinitel η_o [-] vyjadřuje "účinnost" obsluhy či regulace (závisí na typu zdroje tepla, regulaci otopné soustavy, atd.), součinitel η_r [-] je definován jako účinnost rozvodu vytápění (závisí na tepelných ztrátách rozvodů tepla). Běžně používané hodnoty součinitelů jsou uvedeny v [2, 3].

Pro přesnější stanovení potřeby tepla na vytápění je možné použít standardizovanou metodiku podle ČSN EN 832 [5], která zahrnuje výpočet solárních zisků okny, vnitřních tepelných zisků, vliv akumulace tepla do vnitřních částí konstrukcí na využití tepelných zisků (včetně stanovení časové konstanty objektu), případně výpočty nestandardních prvků (Trombeho stěna, apod.). Výpočet potřeby tepla se provádí pro jednotlivé měsíce, denní potřeba se získá z měsíčních hodnot prostým podělením počtem dní příslušného měsíce. Metodika je velmi detailní ve výpočtu a výsledky vykazují relativně dobrou shodu s dynamickými simulačními metodami (při použití stejných klimatických dat). Nevýhodou je potřeba rozsáhlého množství informací, především o zasklení (nejen tepelné, ale i optické vlastnosti), o stínění oken (výpočet stínění přesahy a markýzami), vlastnostech materiálů všech konstrukcí (hustota, tepelná kapacita).

Stanovení plochy kolektorů pro přípravu TV a vytápění

Solární kombinované soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění se navrhují na pokrytí celkové potřeby tepla (teplá voda, vytápění) v okrajových měsících přechodového období: měsíce duben a září (stanoví se průměr). Nejčastějším řešením kombinovaných solárních soustav je zapojení s centrálním zásobníkem otopné vody, který zajišťuje i přípravu teplé vody (ve vnitřním nebo vnějším tepelném výměníku). Střední teplota teplonosné látky v kolektoru se volí t_m = 50 °C (objem centrálního zásobníku je větší než u samostatné přípravy teplé vody, vyšší teplotní úrovně). Plocha solárních kolektorů se stanoví ze součtu denní potřeby tepla na přípravu teplé vody a vytápění

kde účinnost solárních kolektorů η_k [-] a denní dávka slunečního ozáření H_T,den [kWh/m²] se stanoví z obecných vztahů [6]. Přirážka na tepelné ztráty solární soustavy p se uvažuje okolo 5 %.

Pokud by řešení solární soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění vycházelo ze dvou samostatných zásobníků (zásobník teplé vody, zásobník otopné vody), bylo by nutné stanovit potřebnou plochu kolektorů samostatnými výpočty pro přípravu teplé vody [1] a pro vytápění. Pro určení střední teploty v kolektoru t_m pro vytápění je nutné odhadnout průměrnou denní teplotu v zásobníku s ohledem na teplotní spád soustavy a velikost zásobníku.

Obr. 1 - Průběh potřeby tepla na přípravu teplé vody a vytápění
a potenciálních solárních zisků z kolektoru

Z návrhu plochy vyplývají vysoké letní přebytky energie z kolektorové plochy (viz obr. 1), které lze eliminovat buď sklonem kolektorů, např. využitím integrace solárních kolektorů do fasád (vyšší zisky v zimě, nižší v létě), kdy nedochází k nutnému maření energie při stagnaci kolektorů nebo využít zisky pro jiný spotřebič tepla, nejčastěji bazén.

Literatura

[1] Matuška, T.: Dimenzování solárních soustav II - Příprava teplé vody, Portál TZB-info 2007.
[2] Brož, K.: Vytápění. Skriptum ČVUT v Praze, 1995.
[3] Výpočtový on-line nástroj TZB-info pro stanovení potřeby tepla na vytápění. Portál TZB-info.
[4] ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění, ČNI, 1994.
[5] ČSN EN 832 Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění - Obytné budovy. ČNI, 2000.
[6] Matuška, T.: Dimenzování solárních soustav I - obecné vztahy. Portál TZB-info 2007. odkaz