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.

Solární ohřev TUV s elektrickým dohřevem

Máte elektrický bojler a chcete ohřívat vodu soláry?

Přechod z elektrikou ohřívaných zásobníků vody bývá mezi klienty nejčastější. Důvodem je vysoká úspora nákladů při ohřevu teplé užitkové vody solárním systémem. Většina zákazníků využívá k ohřevu vody levnější sazbu s nočním proudem, zpravidla označenou dodaveteli elektrické energie D25d. Tato sazba Vám zůstane i při přechodu na solární systém, neboť ten je alternativně dohříván elektrickou topnou patronou. Získáte tak výhodu, kdy k ohřevu TUV budete užívat převážně sluneční energii a zároveň lze využívat nízký tarif na všechny spotřebiče domácnosti. Elektrická topná patrona dohřívá solární zásobník v období kdy je nedostatek slunečního svitu a solární kolektory nepokrývají svým výkonem požadavky na potřebu TUV rodinného domu. Stávající zásobník vody se demontuje a nahradí solárním zásobníkem s tepelným výměníkem. Tepelný výkon solárních kolektorů je sveden do výměníku umístěného při spodní části bojleru. Solární regulace dává pokyn k sepnutí čerpadla na základě rozdílu teplot mezi solárními panely (čidlo TS1) a čidlem umístěným v jímce zásobníku TS2. Solární čerpadlová jednotka zajistí cirkulaci nemrznoucí směsi mezi kolektory a zásobníkem, dokud nedojde k jeho celkovému ohřátí na požadovanou teplotu, nebo teplota na kolektorech neklesne pod požadovanou hodnotu. Elektrická topná patrona se umísťuje zpravidla do 1/2 výšky solárního zásobníku. Toto umístění patrony zajistí, že dojde k nahřátí pouze horní poloviny solárního zásobníku a v případě, že následně bude dostatek slunečního svitu, solární kolektory ohřejí bojler v celém jeho objemu. Umístění elektrické topné patrony ve středu zásobníku má významný vliv na správné dimenzování solárního systému. Zpravidla se při instalaci volí solární zásobníky vody o 1.5 až 2 x větším objemu, než doposud Vámi užívaný elektrický bojler. Jen tak lze zajistit co největší míru úspory elektrické energie a podpořit nejlepším možným způsobem návratnost investice do solárního systému. Regulace elektrické topné patrony je zajištěna termostatem s nastavitelnou požadovanou teplotou. Výkon elektrické topné patrony je nejčastěji v rozmezí 2 až 5 kW, v závislosti na velikosti zásobníku vody. Patrona je opatřena ochrannou tepelnou pojistkou. Níže uvedené schéma ilustruje možnost zapojení solárního systému k ohřevu TUV k Vašemu rozvodu teplé užitkové vody.

Obrázek obsahuje pouze schématické znázornění jednotlivých částí zařízení bez nároků na úplnost. Ke stažení v pdf: Schéma zapojení solárního systému

Schéma: solární ohřev TUV s elektrickým dohřevem

Schema solarni ohrev tuv s elektrickou patronou

 

Legenda 
V TUV Výstup teplé užitkové vody
ZK Zpěná klapka
TSV Termostatický směšovací ventil
EP Elektrická topná patrona s termostatem
EX Expanzní nádoba
VSV Vstup studené vody
NV  Napouštěcí a vypouštěcí ventil
VV  Vypouštěcí ventil
UV  Uzavírací ventil
PV Pojistný ventil
C Solární oběhové čerpadlo
TS1 Teplotní čidlo kolektoru
TS2 Teplotní čidlo nádrže