FOTO Termika

Termální solární systémy

solární ohřev vody, topení, ...

FOTO Termika - solární tepelná energie - ohřev

Fototermika se využívá pro předehřev topné vody, ohřev užitkové vody, včetně ohřevu bazénů i jako přitápění. V období mimo topnou sezónu pokryje prakticky celou spotřebu teplé užitkové vody. Systém částečně pracuje i v zimních měsících, kdy není dostatek slunečního záření pro plné pokrytí.

Solární kapalinové kolektory

plochý nekrytý kolektor - zpravidla plastová rohož bez zasklení s vysokými tepelnými ztrátami závislými na venkovních podmínkách, zvláště na rychlosti proudění větru; nekryté kolektory jsou proto určeny hlavně pro sezónní ohřev bazénové vody o nízké teplotní úrovni;
plochý neselektivní kolektor - zasklený deskový kolektor s kovovým absorbérem se spektrálně neselektivním povlakem (např. černým pohltivým nátěrem); neselektivní kolektory mohou být vzhledem ke značným tepelným ztrátám vlivem sálání absorbéru v zimním období využity pouze pro sezónní předehřev vody při nízké teplotní úrovni; na trhu se v současné době příliš nevyskytují;
plochý selektivní kolektor - zasklený deskový kolektor s kovovým absorbérem se spektrálně selektivním povlakem a s tepelnou izolací na boční a zadní straně kolektorové skříně; vzhledem k výrazně sníženým tepelným ztrátám sáláním absorbéru se ploché selektivní kolektory využívají pro solární ohřev vody a vytápění celoročně a tvoří naprostou většinu zasklených kolektorů na trhu;
plochý vakuový kolektor - zasklený deskový kolektor v těsném provedení s kovovým absorbérem se spektrálně selektivním povlakem a tlakem uvnitř kolektoru nižším než atmosférický tlak v okolí kolektoru (absolutní tlak cca 1 až 10 kPa) pro zajištění nízké celkové tepelné ztráty; ploché vakuové kolektory jsou určeny pro celoroční solární ohřev vody a vytápění, případně průmyslové aplikace s provozními teplotami okolo 100 °C;

Solární zásobníky

Zásobníky tepla hrají v solární technice významnou roli, často se o nich hovoří jako o srdci solární soustavy. Slouží pro akumulaci tepelné energie přiváděné z kolektorů nepravidelně podle klimatických podmínek pro pozdější využití při proměnlivém odběru. Z praxe vyplývá poznatek, že solární soustava se sebelepším solárním kolektorem v kombinaci s nevhodně navrženým zásobníkem bude vykazovat nízké celkové zisky a zajistí nízké pokrytí potřeby tepla. Ekonomicky přijatelnými pro praktická řešení solárních soustav v bytových domech jsou vodní zásobníky. Podle účelu použití lze rozlišit:

- zásobníky teplé vody,
- zásobníky tepla (otopné vody)

Zásobníky teplé vody
Zásobníky teplé vody slouží k akumulaci tepla přímo do připravované teplé vody a podléhají hygienickým požadavkům na pitnou vodu. Zásobník musí být na vnitřní straně ve styku s vodou opatřen povrchovou úpravou s hygienickým atestem a vysokou trvanlivostí nebo vyroben z nerezové oceli. Zatímco běžné smaltované zásobníky se cenově příliš neliší od jednoduchých ocelových nádrží, nerezové zásobníky jsou podstatně dražší (více než dvojnásobně)
Zásobníky tepla
Pro akumulaci tepla se využívá běžných ocelových nádrží bez vnitřní úpravy. Zásobníků tepla lze využít jak pro solární soustavy k přípravě teplé vody tak pro kombinované soustavy s přitápěním. Řešení se zásobníky tepla pak pro přípravu teplé vody využívá externích deskových výměníků pro průtokový ohřev vody.Podle konstrukce se zásobníky dělí na:
- tlakové,
- beztlaké.

Solární příprava teplé vody

Využití sluneční energie pro předehřev a přípravu teplé vody je výhodné vzhledem k celoročně přibližně konstantní spotřebě tepla. Solární soustavy pro přípravu teplé vody proto mají dobrou využitelnost, jsou rozšířené a známé a veřejností jsou vnímány jako smysluplné opatření.

Solární soustavy pro přípravu teplé vody jsou kromě obytných budov vhodné i pro využití v terciárním sektoru např. pro ústavy sociální péče, domovy důchodců, hotely, sportovní centra, apod., kde je stálá spotřeba teplé vody celoročně nebo s výraznými špičkami odběru v letním období.

Maloplošné solární soustavy pro přípravu teplé vody v rodinných domech jsou zpravidla standardním řešením jako průmyslové vyráběné a dodávané komplety. Vzhledem k běžné spotřebě teplé vody 30 až 50 l/os.den jde o solární soustavy s plochou kolektorů 4 až 8 m² se solárním zásobníkem teplé vody o objemu 200 až 400 l. Používají se solární soustavy ve variantách:

- s předehřívacím solárním zásobníkem - solární zásobník je předřazen konvenční přípravě teplé vody;
- s bivalentním solárním zásobníkem - solární zásobník má vestavěný dodatkový zdroj tepla.
Malé soustavy se vyznačují především jednoduchým řešením, ale také výrazným podílem tepelných ztrát (20-30 %) a proto relativně nízkými měrnými tepelnými zisky.

Velkoplošné solární soustavy pro přípravu teplé vody s kolektorovou plochou nad 50 m², které mezi primárním kolektorovým okruhem a zásobníkem používají deskový výměník, lze rozlišit na soustavy:

se solárními zásobníky teplé vody - odběrový okruh (studená a teplá voda) přímo napojen na solární zásobníky;
se solárními zásobníky tepla - oddělení odběrového okruhu výměníkem tepla (průtokový, zásobníkový ohřev vody).

- s velkoobjemovým solárním zásobníkem - vhodné pro novostavby
- s objemem rozděleným do více menších zásobníků - vhodné pro rekonstrukce, zásobníky zapojeny paralelně nebo sériově

Solární vytápění

Se snižováním potřeby tepla na vytápění budov (nízkoenergetické domy, energeticky pasivní domy) nachází stále větší uplatnění solární vytápění, tedy solární soustavy sdružující přípravu teplé vody a vytápění, tzv. solární kombinované soustavy. Propojení solární soustavy s otopnou soustavou pro krytí potřeby tepla zvláště v jarních a podzimních měsících je možné vzhledem k nízkým provozním teplotám otopné vody (nízkoteplotní vytápění) výhodným pro efektivní provoz solárních kolektorů. Potřeba tepla na vytápění budov se však během roku časově rozchází se špičkami dostupných solárních zisků a lze proto dosáhnout vždy jen částečného pokrytí potřeby tepla. Zpravidla ekonomicky přijatelné jsou roční hodnoty pokrytí mezi 15 a 35 % celkové roční potřeby tepla pro přípravu teplé vody a vytápění. Požadovaná hodnota solárního pokrytí ovlivňuje návrh zařízení a jeho energetické přínosy.

Základními předpoklady úspěšného návrhu solárních kombinovaných soustav jsou:

dostatečná tepelná izolace domu a kvalitní okna - nízkoenergetický nebo pasivní standard budov;
nízkoteplotní otopná soustava - velkoplošné sálavé vytápění, vhodná otopná tělesa;
vhodná návaznost na ostatní zdroje tepla a technologie v budově včetně regulace;
sklon kolektoru cca 45° až 90°, jižní orientace kolektoru v nezastíněném prostranství;
možnost využít letní přebytky solární soustavy (bazén, sušení, akumulace).

Maloplošné solární kombinované soustavy pro rodinné domy lze pořídit jako průmyslově vyrobené a dodávané komplety nebo jako soustavy dodané na objednávku, vyznačující se různým stupněm originality v závislosti na požadované funkci a využívaných zdrojích tepla. Lze rozlišit dvě základní koncepce:

se dvěma solárními zásobníky - solární zásobník teplé vody, solární zásobník otopné vody;
s centrálním (integrovaným) solárním zásobníkem tepla - zásobník otopné vody s přípravou teplé vody přes dodatečnou teplosměnnou plochu: vestavěný zásobník TV v solárním zásobníku, průtočný výměník vestavěný v solárním zásobníku (viz obr. 1), externí deskový výměník pro průtokový ohřev vody.

Velkoplošné solární kombinované soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění nejsou tak častým řešením jako soustavy čistě pro přípravu teplé vody. Využívá se velkoobjemového solárního zásobníku tepla nebo více zásobníků tepla o menším objemu (s ohledem na dopravu).

Dodatkový zdroj tepla je zapojen buď do centrálního zásobníku nebo na jeho výstupu (dohřev). V zásadě se používají dvě koncepce zapojení sekundární části:

čtyřtrubkový rozvod - příprava teplé vody je centrální a v objektu je veden potrubní rozvod: teplá voda, cirkulace, přívodní, vratná otopná voda;
dvojtrubkový rozvod - příprava teplé vody je lokální, v objektu je rozvod otopné vody (přívodní, vratná) veden do jednotlivých odběrů (bytové předávací stanice pro vytápění a přípravu teplé vody), viz obr. 2.

Parametry solární soustavy - ohřev vody

Parametry solárních kolektorů udávaných výrobcem jsou doloženy protokolem o zkouškách v souladu s EN 12975 z akreditované zkušebny.
Pro uchycení kolektorů jsou použity nosné konstrukce doporučené výrobcem nebo je jejich použití doloženo statickým výpočtem.
Objem solárního zásobníku odpovídá ploše solárních kolektorů: 50 až 70 l/m² (příprava teplé vody), 70 až 100 l/m² (podpora vytápění).
Primární okruh solární soustavy je naplněn zdravotně nezávadnou nemrznoucí kapalinou s bodem tuhnutí ≤ -30 °C (kontrola refraktometrem) a pH ≥ 8 (po naplnění, kontrola lakmusovým papírkem) a musí splňovat další podmínky výrobce kolektorů, pokud jsou stanoveny.
V primárním okruhu solární soustavy je zajištěno řádné odvzdušnění / odplynění, např. instalací uzavíratelných odvzdušňovacích armatur v nejvyšších místech solární soustavy.
Odvzdušnění primárního okruhu je během provozu solární soustavy odstaveno (ruční odvzdušnění, automatický odvzdušňovací ventil zapojen před uzavírací kohout).
V primárním okruhu solární soustavy je instalován alespoň orientační měřič průtoku a průtok primárním okruhem je nastaven v rozmezí 15 až 70 l/(h.m²) plochy solárních kolektorů.
Všechny materiály, tvarovky a prvky použité v primárním okruhu v blízkosti kolektorů jsou odolné maximálním teplotám (150 °C) a tlakům (> 3 bar) v provozu.
Pro rozvod primárního okruhu je použito kovové potrubí, s vyloučením pozinkovaného. Pro solární soustavy se zasklenými kolektory nelze použít plastové potrubí.
Kolektorová pole a úseky potrubí (kromě vlnovcových) s délkou nad 10 m jsou vybaveny prvky pro kompenzaci dilatací a jsou v pravidelných úsecích uchyceny k pevné konstrukci (všechny typy potrubí).
Rozvod je opatřen souvislou tepelnou izolací s teplotní odolností nad 150 °C a pokud není opatřena oplechováním, také s odolností proti vnikání vlhkosti a odolností proti UV záření.
Tloušťka tepelné izolace samostatně izolovaných rozvodů je minimálně rovna průměru potrubí. U předizolovaných dvojitých kompaktních potrubí může být tloušťka izolace poloviční. U světlostí nad DN40 je možné tloušťku tepelné izolace snížit na základě výpočtu hospodárné tloušťky izolace.
Primární okruh solární soustavy je vybaven prvkem zabraňujícím obrácenému proudění vlivem vztlaku (zpětná klapka, termosifon z potrubní smyčky, plovák v měřiči průtoku, aj.).
Kolektorový okruh je vybaven tlakovou expanzní nádobou určenou pro solární soustavy (materiál, tlaková odolnost).
Expanzní nádoba je připojena na přívodním potrubí ke kolektorům za zpětnou klapkou ve směru proudění kapaliny.
Objem expanzní nádoby je minimálně 2,5 l/m² plochy solárních kolektorů.
Otevírací tlak pojistného ventilu je nižší nebo rovný maximálnímu dovolenému tlaku nejslabšího prvku solární soustavy (např. deskový výměník, zásobník).
Mezi pojistným ventilem solární soustavy a solárními kolektory není instalována uzavírací armatura.
Plocha vnitřního výměníku v zásobníku je větší než 0,2 m²/m² plochy kolektoru.
Teplotní čidlo kolektoru (rozběhové) je umístěno v kolektoru v jímce v kontaktu s absorbérem nebo v připojovací tvarovce přímo na výstupu teplonosné kapaliny z kolektoru.
Teplotní čidlo zásobníku (rozběhové) je umístěno v jímce v úrovni výměníku tepla (u zásobníků s vnitřním výměníkem) nebo v dolní části zásobníku (u zásobníků s externím výměníkem).
Výstupní teplota teplé vody ze solárního zásobníku je omezena na maximálně 65 °C, např. termostatickým trojcestným směšovacím ventilem nebo nastavením regulátoru solární soustavy.
Primární okruh solární soustavy je vybaven napouštěcím a vypouštěcím ventilem.

Obecná doporučení

Optimální sklon solárních kolektorů je 45°, nicméně pro systémy celoroční přípravy teplé vody lze uvažovat sklon 15 až 50°, pro podporu vytápění 45° až 90°.
Optimální orientace kolektorů je ve směru jihovýchod až jihozápad (odchylka ± 45° od jihu), možná je i orientace na východ (snížení zisků o 25 %) nebo západ (snížení zisků o 20 %).