Konkrétní schémata solárních systémů s tepelným transformátorem

4.3.1. Tepelný transformátor mezi dvěma zásobníky, varianta -J-

Základní schéma použití tepelného transformátoru naznačené na obr. 4.09. -J- znamená použití sekundárního zásobníku, do kterého akumulujeme solární přebytky a solární zisky s nízkou kvalitou tepelné energie - nízkou teplotou. Tyto solární zisky z extrémních podmínek a minimálního slunečního záření by byly jinak bez užitku. Ze sekundárního zásobníku lze tepelnou energii buďto přečerpávat přímo anebo prostřednictvím tepelného transformátoru, kterým ochlazujeme sekundární zásobník a ohříváme akční akumulační zásobník. Tím dochází ke snížení teploty v sekundárním zásobníku a tím k lepšímu využití solárního systému. Účinnost přeměny slunečního záření na kolektorech je vyšší vlivem menších tepelných ztrát způsobených nižší střední teplotou na kolektorech. Další výhodou je větší akumulační kapacita díky sekundárnímu zásobníku a rozsahu akumulačních teplot.

Obr. 4.09. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta –J-

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 67 -

4.3.2. Tepelný transformátor mezi dvěmi zásobníky, varianta -K-

Tato varianta uvažuje s využitím beztlakého sekundárního zásobníku, kterým by mohl být například venkovní bazén, který není v zimním období využíván, momentálně probíhá příprava prvního experimentálního ověření tohoto zapojení. Sekundární zásobník je ohříván pouze solárním systémem. V letním období, kdy není potřeba požadavek na využití solárního systému pro přitápění, je tepelný transformátor nevyužíván a sekundární akumulace může být využívána třeba jen jako sezónní bazén. V zimním a přechodném období jej lze použít jako zdroj tepla pro vytápění. Schéma zjednodušuje hydraulické zapojení, kde jsou na straně sekundárního zdroje výměníky od slunečních kolektorů a výparníku tepelného transformátoru v sérii a v případě potřeby a shody může být prakticky solární teplo rovnou přetransformováno do akčního zásobníku bez použití sekundární akumulace. V Česká republice se venkovní bazény na zahradách rodinných domů staly velmi populární, jsou velmi často vytápěny slunečními kolektory a svou funkci plní často jen několik měsíců v roce. Tímto způsobem lze zvýšit solární zisky a podíl solárního krytí na vytápění bez velkých investičních nákladů.

Obr. 4.10. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta

–K-Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 68 -

4.3.3. Tepelný transformátor mezi dvěmi zásobníky, varianta -L-

Varianta –L- se liší od varianty –K- pouze způsobem připojení tepelného transformátoru na straně primárního okruhu solárního systému. Z praktických důvodů nám toto zapojení umožňuje použít většinu stávajících bazénů, potenciálních sekundárních akumulátorů bez stavebních zásahů. Ty jsou zpravidla v zahradách již zakomponovány s výměníky pro ohřev a filtrací a lokalizovány přímo u bazénu, přičemž oběhové čerpadlo solárního ohřevu je spolu s akumulačním zásobníkem přímo v domě a lze proto snadno opatření realizovat bez nových výkopů apod. Rozdíl tohoto zapojení je také v tom, že výměníky výparníku tepelného transformátoru a sekundárního zásobníku nejsou v sérii, ale dochází k ohřevu solárního systému sekundárního zásobníku – bazénu nebo k přečerpávání tepelné energie mezi zásobníky prostřednictvím tepelného transformátoru.

Obr. 4.11. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta

–L-Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 69 -

4.3.4. Tepelné transformátory s přímým napojením na primární solární okruh, varianty –M1,M2-

Varianty M uvažují s přímou aplikací tepelných transformátorů pro zvýšení účinnosti transformace slunečního záření přímo na primárním okruhu slunečních kolektorů.

Varianta -M1- představuje nabíjení nezávisle jak přímo zásobníku tak paralelně druhým čerpadlem nepřímo přes tepelný transformátor. Varianta -M2- naopak umožňuje sériové zapojení, kdy je solární teplo předáno zásobníku a pak je ještě vychlazena zpátečka do kolektorů tepelným transformátorem, anebo jsou menší solární zisky rovnou přetransformovány. Obě tyto varianty nejsou však pro současnou představu o tepelné transformaci na bázi klasického kompresorového chlazení příliš ideální. Tepelný transformátor takto pracuje v reálném čase s příliš dynamickým zdrojem bez akumulační setrvace, což není ideální řešení.

Obr. 4.12. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianty –M1,M2-

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 70 -

4.3.5. Tepelný transformátor s jedním zásobníkem a dostatkem připojovacích míst, varianta -N-

Další variantou použití tepelného transformátoru s jedinou akumulační nádrží a dostatkem připojovacích míst je možnost chladit zásobník v dolní části v blízkosti solárního výměníku. Tím natápět horní část zásobníku, odkud je odebíráno teplo pro TV i topení, takto docílíme ve stejné nádrži aktivní stratifikace a vyšší akumulační schopnosti vlivem většího teplotního rozsahu akumulace. Nevýhodou zůstává požadavek na dostatek přípojných míst do nádrže. Ideální by byla také účinná ochrana, například oddělujícími prvky, proti promíchávání v zásobníku.

Obr. 4.13. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta –N-

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 71 -

4.3.6. Tepelný transformátor s jednobodovým připojení výparníku a kondenzátoru tepelného transformátoru, varianta -O-

V případě nedostatku přípojných míst se nabízí možnost použít jednobodové připojení.

Jednobodovou armaturu, jako například na obr. 4.14., která je určena pro jednostranné připojení teplovodních koupelnových topných těles. Většina akumulačních nádrží má minimálně 1“ připojovací nátrubky a tento způsob by pomohl aplikovat tepelné transformátory na většinu stávajících solárních instalací pro přitápění a tím zvýšit efektivitu těchto solárních systémů.

Obr. 4.14. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta –O-

Obr. 4.15. jednobodová armatura pro připojení tepelných zdrojů

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 72 -

4.3.7. Tepelný transformátor s přímou integrací chladícího okruhu do nádrže, s jedním nebo oběma výměníky, varianta –P,R-

Podobně jako u tepelných čerpadel je možné použít výparník bez výměníku a integrovat přímo výparník chladícího okruhu do nádrže – varianta –P-. Druhá varianta –R- uvažuje dokonce s oběma výměníky v nádrži, jak na straně ohřevu tak i chlazení. Aby mohly být obě varianty úspěšné, a aby zejména výparník nenamrzal, bylo by žádoucí zvýšit proudění v okolí výměníků, jedním ze způsobů může být například průtokový ohřev TV u varianty –R- externím deskovým výměníkem. Ideální by bylo, aby byla konstrukce akumulačního zásobníku řešena tak, že budou výměníky chladícího okruhu TT omývány proudem jednotlivých nasávacích a výtokových nátrubků. Dále se nabízí například umístit výparník na flexibilních hadicích a nechat ho v nádrži vibrovat přídavným zařízením pro zlepšení konvekce mezi akumulační vodou a teplosměnnou plochou výměníku chladícího okruhu tepelného transformátoru. Výhodou těchto variant je zlevnění konstrukce TT a snadnější zakomponování, nejlépe přímo do sestavy k nádrži, podobně jako se k nádrži integrují výměníkové stanice pro ohřev TV nebo čerpadlové jednotky k solárním systémům viz obr. 4.17.

U variant s aplikací tepelného transformátoru v jedné jediné nádrži je nezbytné oddělit a bránit promíchávání oddělujícími prvky mezi dolní a horní částí, kterými se výrazně zostří stratifikační hladiny.

Obr. 4.16. Integrace tepelného transformátoru k nádrži

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 73 -

Obr. 4.17. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta –P-

Obr. 4.18. Hydraulické zapojení solárního systému s tepelným transformátorem, varianta –R-

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 4 - Tepelná transformace

- 74 -