Solární ohřev bazénu

Solární ohřev bazénové vody

Jedním z nejvyužívanějších způsobů v důsledku akumulace tepelných zisků v letních měsících je využití solární techniky k ohřevu vody v bazénech. Efektivita těchto řešení se zobrazuje zejména k nízké náročnosti dosažení požadované teploty (do 30°C). Zapojení solárních soustav u sezonních bazénů není složité, neboť bazénová voda může protékat přímo solárními kolektory-plastovými absorbéry. U profesionálního řešení se jedná o celoroční využití, kdy je použit výměník tepla a ohřev je řešen plochými selektivními kolektory.

Ohřev plastovými solárními kolektory

Zásobníkem a zároveň spotřebičem tepelné energie solárního systému je vlastní bazén a hydraulické schéma se skládá pouze z primárního okruhu. Tento typ solárního systému lze tedy použít ideálně pro otevřené venkovní bazény. Provoz tohoto zařízení se omezuje na letní sezonu a bazénová voda je současně i teplonosnou kapalinou. Vzhledem k vysokým letním teplotám se využívá levnější varianta kolektorů, a materiály použité k jejich výrobě nemusí splňovat takové nároky jako u systémů s celoročním provozem. Jedná se zpravidla o nezasklené plastové kolektory s absorpční plochou např. z PP nebo EPDM. Protože tyto absorbéry neobsahují žádný druh tepelné izolace ani krytí (sklo), dochází zde k vysokým tepelným ztrátám. Tyto kolektory se vyrábějí v různých tvarových provedeních, desky, pásy, spirály, apod. Plastové absorbéry jsou pro toto použití vhodné také z důvodu vysoké odolnosti proti chemickým přísadám, které bazénová voda obsahuje. Zapojení tohoto systému lze provést dvěma nejčastějšími způsoby a to tak, že filtrační čerpadlo běží celou provozní dobu a kolektorové pole se zapojí na jednu společnou větev filtrace. Zde je třeba také předpokládat při návrhu bazénového čerpadla s odporem  a tlakovou ztrátou v kolektorech. Důležitým předpokladem pro správnou funkci je také správné snímání teplot na výstupu z bazénu a na samotných kolektorech. Na základě teplotního rozdílu se potom  trojcestným ventilem buď přimíchává ohřátá voda z kolektorů, nebo se do okruhu kolektoru přepne celý průtok. Pokud jsou kolektory v neaktivním režimu, má tedy voda tendenci z něj odtéci, ale trojcestný ventil nebo zpětná klapka tomu zabraňuje. Samozřejmě v případě, kdy je kolektor umístěn nad hladinou bazénu. Nevýhodou těchto kolektorů je jejich sezonní provoz, protože v zimě by došlo k zamrznutí teplonosného média, v tomto případě bazénové vody, a k poškození plastového absorbéru mrazem.

 

Ohřev deskovými solárními kolektory

Pro bazény s celoročním provozem předpokládáme jeho zastřešení popř. umístění v pevné konstrukci jako např. uvnitř budovy samotné.  Důležitým předpokladem je zde nejen správné hydraulické zapojení celé soustavy, ale také zvýšený nárok na stavbu samotnou, s ohledem na použité izolační materiály. Jedná se především o co největší zamezení tepelných ztrát, jako je tomu např. u vytápění budov a objektů. Ohřev bazénu zde řešíme zasklenými plochými kolektory se selektivním povrchem- vzhledem k jejich celoročnímu provozu. Jedná se tedy o plnohodnotné kolektory používané i k ohřevu TUV či přitápění.  Teplonosnou kapalinou je v tomto případě nemrznoucí směs a solární okruh je oddělen od bazénové vody tepelným výměníkem. Tepelný výměník se umísťuje nejčastěji před dávkovače chemikálií potřebných pro udržování kvality bazénové vody. Ohřev bazénové vody lze realizovat pomocí různých druhů tepelných výměníků. Mezi nejčastěji používané patří trubkové tepelné výměníky z nerezavějící oceli řady OVB, titanové výměníky určené pro slanou vodu, deskové výměníky OVBD, keramické výměníky OVBC apod. Zapojení solární soustavy pak může být paralelně mimo filtrační okruh, nebo přímo do okruhu filtračního čerpadla. Profesionální řešení ohřevu bazénové vody selektivními deskovými kolektory se nejčastěji využívá realizací u již instalovaných solárních systémů k ohřevu TUV či  přitápění, kde lze takto bazénovou vodu ohřívat na základě tepelných přebytků celé solární soustavy. Samozřejmostí je dnes již možnost nastavení priority jednotlivých ohřevů mezi zásobníkem TUV, akumulačním zásobníkem a ohřevem bazénu. Na obrázku níže můžete vidět schéma zapojení solárního systému k ohřevu TUV a přitápění s možností ohřevu bazénu přes trojcestný ventil napojený na bazénový výměník.

Schéma zapojení solárního ohřevu bazénu přes bazénový výměník

 

Dimenzování solárního systému

Dimenzování profesionálních solárních systémů k ohřevu bazénu je závislé na jeho velikosti (objemu ohřívané vody), požadované teplotě, lokalitě, sklonu a orientaci vůči světovým stranám apod. U nekrytých bazénů lze použít výpočtové vodítko, kdy plocha plastového absorbéru by měla být mezi ½ až ¾ plochy bazénu. U krytých bazénů se jedná o 1/3 až 2/3 plochy bazénu.

 

Investice do solárního ohřevu bazénové vody

Stejně jako u dalších využití solárního termického systému je nutné zvážit nejen technickou, ale také ekonomickou stránku takové investice. V současné době se nabízí celá řada inovativních levnějších i dražších řešení, která se více čí méně osvědčila co se nejen kvality týče ale i finálním výsledkem.  

Na solární ohřev bazénové vody nelze čerpat dotace z podpory Nová zelená úsporám ani z žádného dalšího dotačního titulu. Pokud však již vlastníte solární systém k ohřevu TUV či přitápění, tento systém lze s největší pravděpodobností rozšířit i o ohřev bazénové vody s podstatně nižšími náklady.

Solární ohřev vody a přitápění

Solární ohřev vody a přitápění

Před detailnějším rozborem tohoto způsobu přitápění podotýkáme, že se jedná pouze o stručný výčet návrhu, dimenzování, způsobu provedení, výhodách a nevýhodách provedení solárního systému s podporou vytápění. Problematika solárního ohřevu TUV s přitápěním je obsáhlá a technologicky složitá. Často se setkáváme s realizovanými systémy, které mají znaky spíše komerčního tažení na zákazníka, než snahu o provedení solárního systému k užitku objednatele. Vakuové trubice v kombinaci se solárním přitápěním vody z tohoto článku zcela vyjmeme, protože si zaslouží obsáhlejší vyjádření. V praxi jsme se setkali se stovkami realizací solárních systémů na bázi vakuových trubic, které jsou buď zcela nebo z části nefunkční, jejich poruchovost dosahuje extrémních rozměrů. Nejdůležitějším faktorem při volbě solárního systému je jeho životnost, protože pouze ta je způsobilá zajistit návratnost vaší investice.

Nyní přejdeme k solárním systémům na bázi deskových plochých kolektorů, které si svojí spolehlivostí, životností a funkčností zaslouží svou vážnost.


Komu se vyplatí solární ohřev vody s přitápěním?

Solární ohřev vody s možností přitápění je vhodný zejména v nízkoenergetických a pasivních domech, které mají nízké tepelné ztráty. Hlavním předpokladem k instalaci je nízkoteplotní zdroj vytápění (podlahové topení).  K realizaci tohoto opatření by měli přistoupit především ti, kteří již při projektování otopné soustavy domu počítali s vhodnou velikostí akumulační nádrže s možností solárního přitápění jako alternativního způsobu k hlavnímu zdroji  tepla.

Pro koho není solární systém vhodný?

Způsobu solárního přitápění by se zcela měli vyhnout ti z vás, kdo mají domy s vyšší tepelnou ztrátou. Dále není systém vhodný k zapojení do otopného systému napojenému na otopná tělesa, radiátory, bez ohledu na způsobu vytápění objektu. Solární přitápění nelze řešit tam, kde není dostatečná plocha na instalaci solárních kolektorů (min. 10m2).


Způsob řešení solárního ohřevu a přitápění

Dimenzování solárního systému

Při návrhu solárního systému k ohřevu TUV a přitápění se musí přistupovat velice pečlivě. Zaměřujeme se na velikost RD v souvislosti s vytápěnou plochou, tepelné ztráty objektu, vnitřní a venkovní výpočtovou teplotu, návrhovou teplotu přívodní otopné vody do otopné soustavy, sklon střechy a její orientace vůči světovým stranám, objem akumulačního zásobníku, velikost bojleru, počet obyvatel apod. Pro přitápění se volí nejčastěji solární systémy s min. plochou od 10 m2 a více. Volba počtu kolektorů, potažmo kolektorové plochy má přímou souvislost s celkovým využitelným ziskem solárního systému. K instalaci takového řešení by měla být dostatečná plocha na střeše RD. Solární kolektory k využití přitápění se umísťují ve větším sklonu k horizontální rovině. Důvodem je využití co největšího tepelného zisku kolektorů v období slunečních dní, kdy je slunce na obloze nízko. Dimenzování solárních kolektorů lze provést prvotním jednoduchým výpočtem 1m2 solárního kolektoru na 100 l ohřívaného množství vody. Při tomto dimenzování lze předpokládat ohřev daného množství vody ve slunečný den na cca 65°C. Solární kolektory dosahují největších výkonů v období slunečního svitu od jara do podzimu. V toto období je však požadavek na vytápění  minimální. Hovoříme-li o podpoře přitápění jedná se o tzv. přechodná období. Musíme ovšem vzít v potaz, že v těchto obdobích nám předimenzovaný solární systém zvládne lépe ohřát TUV, avšak tepelný výkon dodaný do otopné soustavy bude i v tomto období malý. Naproti tomu bude docházet k častější stagnaci solárních kolektorů v období slunečního svitu, což bude v konečné fázi zkracovat servisní intervaly kladené na řádný provoz solárního systému.

Akumulační zásobníky

Tyto akumulační zásobníky jsou již zpravidla opatřeny výměníkem pro napojení tepelného výkonu ze solárních kolektorů. Aktuálně lze uvažovat o celé řadě rozličných druhů, typů akumulačních zásobníků. Zásobníky se liší primárně způsobem napojení solárního systému, způsobem ohřevu TUV, počtem napojení zdrojů tepla, velikostí a podobně. Akumulační zásobníky lze ohřívat nepřímotopně skrze vnitřní výměník nebo pomocí deskového výměníku umístěného mimo tuto nádrž. Tyto výměníky tepla mohou být měděné, ocelové, nerezové apod. Akumulační zásobníky mohou být řešeny současně s ohřevem TUV přes průtokový výměník TUV nebo vnořený zásobník TUV. Tyto akumulační zásobníky nacházejí své uplatnění především díky možné úspoře místa.

Řešení solárního ohřevu akumulace s integrovaným ohřevem TUV ovšem nepovažujeme za nejvhodnější. Výhodou je finanční úspora v podobě řešení 2 v 1 a menší nároky na prostor. Průtočný výměník i vnořený zásobník TUV lze v případě havárie vyměnit. Na prvním obrázku je znázorně systém k ohřevu vody a přitápění do akumulační nádrže s vnořeným zásobníkem vody. Tento systém je díky malé teplosměnné ploše vhodný spíše pro menší odběry. Druhý obrázek znázorňuje solární přitápění a ohřev skrze průtočný výměník umístěný v akumulační nádrži. Tento systém disponuje 2x větší teplosměnnou plochou pro ohřev TUV a lze jej tedy použít pro větší odběry. Vestavěný výměník bývá zpravidla o objemu 40 až 90 litrů. Toto ovšem nijak nesnižuje komplikovanost servisního zásahu a pro zákazníka může být značně časově nekomfortní zajištění včasného servisního úkonu. Pokud dojde k havárii tohoto typu akumulačního zásobníku, uživatel je v nezávidění hodné situaci. Tyto kombinované solární zásobníky jsou napojeny jak na ohřev vody, tak na přitápění, čímž může dojít k odstavení obou systémů. V jeden okamžik se tak můžete ocitnout jak bez teplé užitkové vody, tak bez možnosti vytápění. Navíc v případě havárie na větvi TUV může dojít k vyplavení technické místnosti skrze přetlakový ventil otopného systému, který má nižší otevírací tlak, než systém TUV. Proto v případě dostatečného prostoru v technické místnosti doporučujeme oddělit solární zásobníky pro přitápění a solární ohřev vody. Solární ohřev je pak řešen trojcestným ventilem, který řídí solární regulace na základě teplotních požadavků.

Obrázek č.1 - Schéma solárního přitápění a ohřevu vody s vnořeným zásobníkem TUVSolární ohřev TUV a přitápění s vnořeným zásobníkem vody 

Obrázek č.2 - Schéma solárního přitápění a ohřevu vody skrze průtočný výměník TUV

Solární přitápění a ohřev vody skrz průtočný výměník


Kolik stojí solární systém k ohřevu TUV a přitápění?

Zpravidla se jedná o statisícovou záležitost. Celou realizaci prodražuje celá řada rozličných faktorů, zejména: větší časové nároky na provedení realizace, větší objem nemrznoucí směsi  v solárním systému, větší délka potrubí, větší množství propojovacích prvků, více konstrukčních prvků k uchycení solárních kolektorů, větší expanzní nádoba, a v konečném důsledku i větší náklady na servisní úkony, které budou zpravidla častější, než u systémů řešených pouze k ohřevu teplé užitkové vody.

Aktuálně lze v programu Nová zelená úsporám čerpat na realizaci solárního ohřevu s podporou přitápění v oblasti programu C 3.2. částku až do výše 50.000,- Kč a zároveň do max. výše 50% způsobilých nákladů. Částku lze navýšit ještě o 5.000,- Kč na vypracování projektové dokumentace žádosti v oblasti programu podpory C 5. Podmínkou pro přiznání výše uvedené částky je splnění požadavků SFŽP ČR na solární systém. Jedná se zejména o vypočtený měrný využitelný zisk solární soustavy min. 2200 kW.m2/rok, vypočtený měrný využitelný zisk solární soustavy min. 280 kW/m2/rok, minimální měrný objem akumulace k ploše apertury systému 45 l/m2. Dotaci lze přiznat bez požadavků na % pokrytí.


Shrnutí

Solární systémy k ohřevu teplé užitkové vody a přitápění by měli být realizovány po důkladném zvážení investičních nákladů k přínosu dané solární sestavy. Tyto systémy jsou vhodné pouze pro nízkoenergetické domy s nízkoteplotním způsobem vytápění do podlahového topení. Realizaci tohoto opatření by měla provádět zkušená renomovaná firma, není zde prostor pro amatérské provedení. Nesnažte se trvat na realizaci solárního přitápění obzvláště pokud se solárním přitápěním nebylo kalkulováno při návrhu a stavbě domu. Vzhledem k množství firem nabízejících solární systémy na našem trhu se může stát, že i prodejce má  méně znalostí či zkušeností se solárním ohřevem, než poptávající. Rada na závěr je: ptejte se, ptejte se. Čím víc se budete ptát, tím více se toho dozvíte a budete schopni selektovat mezi dodavateli těchto systémů. Jedná se především o Vaše investice.

Sluneční energie

Obecně o sluneční energii

Slunce jako hvězda je více než milionkrát větší než planeta Země a její průměr je přibližně 1,4 mil.km. Největší podíl zastoupených prvků mají helium a vodík. Forma skladby je podobná jako u ostatních hvězd nebo planet. Tudíž v jejím středu se nachází jádro, které svou funkcí připomíná termonukleární reaktor, z něhož uvolněná energie postupně prostupuje k chladnějšímu povrchu, tzv. fotosféře a který ji zásobuje energií 10 000x více, než mohou všichni lidé dohromady spotřebovat. Zde teplota povrchu dosahuje cca 6000.000°C. Silné magnetická pole pak zabraňují konvenci a jsou důsledkem toku obrovských elektrických polí uvnitř slunce. Další skladbou nad fotosférou je tzv. chromosféra a korona, kde teploty dosahují až 3000.000°C. Zde se vytváří silný sluneční vítr, který vzniká proudy unikajícími z korony a jehož rychlost je několik stovek km za vteřinu. Z astronomického hlediska se tedy skutečně jedná o jednu z hvězd, kterých jsou v galaxii miliardy. 

Další nutnou zmínkou je, že se jedná o bezpečný, neradioaktivní zdroj,  který vysílá své záření do všech směrů a jen nepatrná část dopadne na naši planetu. Naše planeta Země pohlcuje sluneční záření a díky tomu je zde vhodné prostředí pro náš život. Většina energie, která se nachází na naší planetě pochází ze slunce. Bez slunce si tak život nelze představit. Největší přírodní solární kolektor jsou tak hladiny tropických oceánů. Tyto povrchy dokážou  pohltit až 100 TW  a díky tomu dochází k jejich ohřevu. Díky rozdílu teplot při povrchu a dně oceánů dochází k uskladňování pohybové energie ve vodě a ta pohání mořské proudy a stará se o cirkulaci vody. Využití sluneční energie nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Její množství závisí na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. 

Využití slunečního záření 

V dnešní době jsou nejvýhodnějším způsobem získávání sluneční energie solární kolektory, které jsou vhodné zejména pro ohřev teplé užitkové vody, přitápění nebo ohřev vody v bazénu. Přímo lze využívat sluneční energii i vhodně postavenou a orientovanou stavbou, kdy např. nízkoenergetický dům svými okny dokáže využít slunečního svitu a vyhřívat místnosti. Další možností je využití fotovoltaických článků k přeměně sluneční energie na energii elektrickou. Z praktického hlediska lze považovat solární energii za nevyčerpatelný, jelikož „životnost“ slunce lze počítat na řády miliard let. V našich zeměpisných podmínkách dopadá na 1m2 okolo 1.000 kWh slunečního záření. Přepočteno na plochu a peníze, jedná se o energii v hodnotě statisíců, kterou zatím nevyužíváme. Na místo toho si necháme dodávat teplo z tepláren, uhlí, dřevo k topení, platíme výrobu, distribuci a spotřebu elektrické energie. 

Sluneční energie je zadarmo a je tu pro všechny z nás. Využívat tuto energii znamená chovat se ekologicky k planetě Zemi. Můžeme tak ušetřit v přepočtu statisíce korun a ještě odlehčit Zemi v období silného průmyslového růstu. 

Pasivní a aktivní solární systémy 

Při pasivním využití sluneční záření se mění na teplo pomocí stavebního řešení budovy, které vychází z obdobných principů jako skleník. Množství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém řešení budovy a použitých materiálech. Doporučuje se používat skla a reflexní folií, která zabraňují zpětnému vyzařování tepla ven z místnosti a v létě zabraňují přehřívání. Pasivní systémy lze výborně využít u nově budovaných objektů (dekorativní a současně energeticky úsporné prvky). U starších objektů je možné dostavět prosklenou verandu, skleník. 


U aktivních systémů se sluneční záření přeměňuje na teplo pomocí zařízení tzv. solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se využívá přímo k přitápění, k ohřevu vody nebo se může ukládat v akumulačních nádržích a využívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Výhodou  solárních systémů je fakt, že slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie. Dalšími výhodami jsou nízké provozní náklady (sluneční energie je zdarma) a vysoká životnost zařízení 15 - 20 let a jeho nenáročná obsluha. Sluneční energii ovšem nelze využít jako samostatný zdroj tepla. Pro celoroční využití je nutný doplňkový zdroj energie - zemní plyn, elektrická energie, kapalná paliva, atd. (kotel nebo akumulační zdroj energie v zásobníku tepla), který pokrývá zvýšenou potřebu v době, kdy je slunečního záření nedostatek. 

Podmínky a využití v ČR

V ČR jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie slunečního záření, přestože množství sluneční energie v průběhu roku kolísá a největší množství sluneční energie dopadá v období, kdy spotřeba tepla je nejnižší. Ročně dopadá kolmo na 1 m2 plochy 800 - 1250 kWh solární energie. Od dubna do října 75% energie a 25% energie v období od října do dubna. Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách se pohybuje v rozmezí 1400 - 1800 hodin za rok. V horských oblastech dosahuje doba 1600 hodin za rok, v nížinách jižní Moravy 2000 hodin.  Avšak vzhledem k našim klimatickým podmínkám a tím nerovnoměrné spotřebě tepla v průběhu roku je nutné solární kolektory kombinovat s dalším stabilním zdrojem tepla, např. elektrokotlem. Solární kolektory vyrábí nejvíce tepla v letních měsících, kdy je potřeba tepla nejnižší. Pokud bychom chtěli sluneční energii využít i v chladnějších měsících pro topení či předehřev topné vody, pak je nutné soustava s větším počtem kolektorů (10 a více podle velikosti objektu, atd.). V letních měsících pak přebytečné teplo využijeme například na ohřev vody v bazénu. Jak již bylo napsáno v úvodu, má ČR poměrně dobré podmínky pro využití solární energie a tak je vhodné zvážit  jak využijme teplo ze solárních kolektorů. Tepelnou energii je možné pro potřeby vytápění i dlouhodobě akumulovat v zásobnících. Základní podmínkou instalace kolektorů je pečlivá analýza výchozích podmínek a to nejen technických a ekonomických, ale i zvážení provozních podmínek. Důležité je také umístění solárních kolektorů. Měly by být orientovány na jihozápad, což umožňuje lepší využití energie zapadajícího slunce. Zajištěn by měl také být celodenní osvit (maximum výkonu nastává kolem 14 hodin). Nejvhodnější je umístění kolektorů s požadovaným sklonem 25 - 50 st. k vodorovné rovině, pro celoroční provoz je optimální sklon 30 - 45 st.. Je nutné zabránit zbytečným ztrátám energie, a to tak, že zajistíme co nejkratší rozvody mezi kolektorem, zásobníkem, výměníkem a jejich dobrou tepelnou izolaci. Chráníme kolektory před větrem (ochlazování kolektorů snižuje účinnost) a zpřístupňujeme je pro pravidelnou údržbu, čištění a kontrolu. Vhodné je také zateplit objekt  tepelnou izolací, tepelné ztráty se sníží až o 30 %, stejně jako spotřeba tepla.