Snižování investičních nákladů na akumulaci

Pro efektivní využití sluneční energie zpravidla potřebujeme větší než obvyklou akumulaci, což zvyšuje nároky na investice. Čím větší zásobník, tím vyšší cena a nároky na jejich integraci. Budoucnost nadstandardní akumulace tkví určitě v beztlakých zásobnících, které budou integrovány pod domem nebo přímo v domě, dále je lze vystavět mimo dům pod úrovní terénu nebo jako nadzemní. První dvě varianty lze realizovat při výstavbě nebo

komplikované rekonstrukci. Lze využít běžných stavebních postupů, zásobník může nahradit sklep nebo vyplnit jiný prostor uprostřed domu. Externí nadzemní zásobník mimo objekt je nejdražší a nejméně vhodnou variantou z hlediska provedení, ochrany proti tepelným ztrátám a stavebního řízení. U podzemních zásobníků narážíme na problémy se spodní vodou, která často komplikuje proveditelnost. Velké zásobníky musí být dostatečně tepelně izolované a musí odolávat teplotním a pevnostním zatížením. Až budoucnost ukáže, jaké materiály optimálně splňují všechny provozní podmínky.

Obr. 3.09. Lokalizace velkých zásobníků tepla

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 3- Optimalizace solárních systémů pro přitápění

- 42 -

Větší zásobníky (>1 m³) lze vystavět klasickými stavebními postupy, mohou být vyzděné, vybetonované nebo mohou být vytvořeny jako samonosné plastové konstrukce podobně jako bazény a čističky odpadních vod. Nevýhodou použití plastů jako konstrukčních a hydroizolačních materiálů je jejich teplotní omezení. Pokud bude ovšem tento zásobník o dostatečné kapacitě používán jako sekundární spolu s akčním zásobníkem a tepelným transformátorem,⁽¹⁹⁾ bude možné ho používat velmi efektivně a bezpečně.

V České republice jsou velmi oblíbené nadstandardní zateplení v podzemní i nadzemní části. Zateplení hladiny by bylo možné realizovat například plovoucí izolací. Nejčastěji využívaný a prodávaný bazén má zpravidla rozměry 6 x 3 x 1,5 m, což představuje akumulaci o kapacitě 27 m³ vody! Cena tohoto bazénu se pohybuje okolo 70 000 Kč, což odpovídá ceně tlakového ocelového zásobníku o objemu 2 m³.

Obr.3.10. Solární systém pro přitápění a ohřev TV, [SkacelSolar]

Obr. 3.11a. Typické zapojení

solárního systému

kombinovaného s ohřevem bazénu, který není v zimní polovině roku prakticky vůbec využíván

Akční primární zásobník je natápěn konvenční energií, zpátečka z topné soustavy udržuje i spodní část primárního zásobníku v oblasti solárního výměníku na relativně vysoké teplotní úrovni, čímž jsou solární zisky ze slunečních kolektorů standardních zásobníků eliminovány. Počet hodin solárního ohřevu v topném období je pak omezen pouze na minimum dní s přímým slunečním svitem a v mnoha případech, zejména u menších kombinovaných systémů (10 m²), by bylo výhodnější solární systém provozovat pouze pro ohřev TV se samostatným zásobníkem TV. Solární systém by pracoval s nižší střední teplotou na kolektorech a vyšší účinností. Na obr. 3.11b. je naznačen způsob, jak lze například efektivně využít bazén jako sekundární akumulátor v době, kdy by jinak nebyl používán a nepřinášel žádný užitek. Solární systém i nadále nabíjí podle nastavení regulátoru s prioritou akční zásobník a přebytky dodává do bazénu, respektive do sekundárního zásobníku tepla. V případě dostatečné teploty v sekundárním zásobníku a požadavku na teplo v primárním akčním zásobníku lze tepelným čerpadlem převést toto solární teplo na úroveň využitelnou pro vytápění a ohřev TV. Tím je vychlazován

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 3- Optimalizace solárních systémů pro přitápění

- 43 -

sekundární zásobník až k hranici bodu tuhnutí (1–5 °C) a zároveň máme připravené výborné podmínky pro maximální využití slunečních kolektorů, které budou pracovat s minimální střední teplotou na kolektoru a maximální účinností blížící se často úrovni optické účinnosti. Ze schématu na obr. 3.11b. je patrné, že nelze zároveň využívat funkci

„přečerpávání“ a solárního ohřevu do sekundárního zásobníku, což platí pouze u tohoto hydraulického zjednodušení, které lze snadno aplikovat u stávajících bazénů se solárním ohřevem bez výrazných stavebních úprav. Jinak by bylo možné instalovat jak potrubí pro nabíjení, tak i vybíjení samostatně. Priorita jednotlivých výstupů a zdrojů je následující:

1.- solar – primární akumulátor; 2.- solar – sekundární akumulátor; 3.- TČ – přečerpávání ze sekundárního zásobníku do primárního; 4.- konvenční zdroj – primární zásobník.

Další možností jak zefektivnit akumulaci solárního tepla je například možnost využití akumulačních schopností vlastních konstrukcí RD.

Příklad:

RD s vytápěnou plochou 120 m² disponuje akumulačním solárním zásobníkem o objemu 1 m³ s kapacitou 84 MJ pro průměrnou akumulační teplotní diferenci v zimním období: ∆T=20 °C. Jen betonová podlaha o tloušťce 6 cm a ploše 120 m² má při ∆T=2 °C kapacitu 24 MJ a při

∆T=3 °C dokonce 36 MJ. Což představuje 28 % respektive 36 % kapacity hlavního tepelného zásobníku.

Pokud je RD vybaven v celé ploše teplovodním podlahovým vytápěním, lze v návaznosti na solární zisky částečně „přetápět“ podlahy s dlouhou tepelnou odezvou, a tím zajistit uvolnění kapacity v akčním zásobníku pro další solární zisky, které by jinak nebyly pro nedostatek akumulační kapacity využity. Podobně lze využívat Obr.

3.12. Terciární akumulace systémů stěnového vytápění.

solárního tepla

Obr. 3.13. Akumulační stěnové vytápění – nepálená cihla, rákos, hliněná omítka [SkacelSolar]

Obr. 3.14. Akumulační stěnové vytápění – žulový gabion, [SkacelSolar]

Obr. 3.15. Akumulační stěnové vytápění v klasické omítce, [SkacelSolar]

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 3- Optimalizace solárních systémů pro přitápění

- 44 - 3.3. Topná soustava

Charakter topné soustavy má pro solární systémy pro přitápění velký význam. Zásadní je nátopová teplota a teplotní spád topné soustavy. Dynamika nemá u většiny systémů a objektů pro vytápění výrazný vliv z hlediska efektivity využití solárních systémů.

Obr. 3.16. Podlahové teplovodní topné systémy, [SkacelSolar]

Obr. 3.17. Stěnové teplovodní topné systémy, [SkacelSolar]

Pro optimální využití solárního tepla je nezbytné použití velkoplošných podlahových a stěnových topných povrchů, které vidíme na obr. 3.16. a na obr. 3.17. V případě podlahového topení lze zjednodušeně uvažovat s teplotním spádem 35/30 °C a u stěnového vytápění pak cca 30/25 °C. Tyto teploty nám zaručují velmi efektivní využití slunečních kolektorů pro přitápění i v našich klimatických podmínkách. V případě použití topných těles je nezbytné maximalizovat jejich velikost a teplosměnnou plochu na teplotní spád 55/45 °C a nižší. U běžných topných soustav pro konvenční zdroje tepla nebo u starších topných systémů s navrženými topnými tělesy na teplotní spád 90/70 °C je solární vytápění nerealizovatelné a je nezbytné topné soustavy přetvářet. Částečně nám v tom může pomoci zateplení budovy a výměna oken, přesto je vždy velmi žádoucí pokud je topná soustava alespoň částečně tvořena podlahovým nebo stěnovým systémem vytápění. Zejména stěnové vytápění je stále velmi málo využívané, přitom u rekonstruovaných objektů s nutností sanace a renovace zdiva a omítek se přímo nabízí.

Navíc jsme často limitováni výškou, která omezuje a mnohdy eliminuje použití podlahového vytápění. Tyto topné systémy přinášejí také vizuální efekt – nejsou vidět, což ocení zejména bytoví architekti, samotní uživatelé a investoři. Velkoplošné stěnové a podlahové topné systémy přinášejí díky vyšší teplotě povrchů sekundární úsporu, protože není nutné pro docílení tepelné pohody tak vysoká teplota vzduchu vytápěného prostoru.

Každý 1 °C teploty v místnosti představuje až 6 % energetických nároků u standardní výstavby. Lze pak docílit energetických úspor na primárních zdrojích i bez solárních zisků v extrémních podmínkách bez dostatku slunečního záření.

Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 3- Optimalizace solárních systémů pro přitápění

- 45 - 3.4. Vzájemné vazby procesu nabíjení a vybíjení

Velmi opomíjené jsou vzájemné vazby mezi tepelnými zdroji, které máme pod kontrolou (elektrokotle, plynové kotle, tepelná čerpadla/kotle na dřevěné pelety – částečně), se zdroji, které jsou neřízené, jako jsou sluneční kolektory a kotle na tuhá paliva spolu s odběrem tepla pro jednotlivé účely.

Obr. 3.18. Základní struktura nabíjení a vybíjení