Vyuลพitie prebytoฤnรฉho tepla solรกrnej sรบstavy
Solรกrne sรบstavy na prรญpravu teplej vody (TV) vย rodinnom dome sรบ vย zรกvislosti od spรดsobu nรกvrhu kolektorovej plochy schopnรฉ pokryลฅ potrebu teplej vody vย letnรฝch mesiacoch na viac ako 100 %. Sย tรฝm รบzko sรบvisia aj prebytky tepla, ktorรฉ sa dajรบ vyuลพiลฅ na ohrev vody vย bazรฉne. Akรฝ tepelnรฝ vรฝkon ohrievacieho zariadenia je potrebnรฝ aย ako ho pokryje prebytoฤnรฝm teplom kolektorovรก sรบstava na prรญpravu teplej vody?
ย Vรฝpoฤtom stanoviลฅ tepelnรบ bilanciu otvorenรฝch bazรฉnov je dรดleลพitรฝ krok pri sprรกvnom urฤenรญ potrebnรฉho tepelnรฉho vรฝkonu ohrievacieho zariadenia. Mรดลพeme povedaลฅ, ลพe hlavnou zloลพkou prevรกdzkovรฝch nรกkladov bazรฉnov sรบ nรกklady na energiu potrebnรบ na ohrev vody. Sย tรฝm รบzko sรบvisรญ moลพnรฉ vyuลพite prebytoฤnรฉho tepla solรกrnych sรบstav, ktorรฉ slรบลพia na prรญpravu teplej vody vย rodinnรฝch domoch. Jednรฝm zย kฤพรบฤovรฝch faktorov vplรฝvajรบcich na energetickรบ nรกroฤnosลฅ ohrevu vody je tepelnรก strata pri jej odparovanรญ zย vodnej plochy, ktorรบ ovplyvลujรบ najmรค poveternostnรฉ podmienky.Tepelnรก bilancia bazรฉna
Tepelnรก bilancia bazรฉna sa vย praxi stanovรญ vรฝpoฤtom tepelnรฝch strรกt aย tepelnรฝch ziskov. Tepelnรฉ straty zย povrchu vodnej hladiny sรบ spรดsobenรฉ prestupom tepla konvekciou, preยญstupom lรกtky pri odparovanรญ aย ลพiarenรญm. ฤalลกie tepelnรฉ straty sรบ spรดsobenรฉ vedenรญm cez steny bazรฉna do zeme aย pridรกvanรญm ฤerstvej vody. Tepelnรฉ zisky pozostรกvajรบ zย tepelnรฉho zisku zo slneฤnรฉho ลพiarenia, ktorรฉ vstupuje cez vodnรบ hladinu do bazรฉnovej vody, aย tepelnรฉยญho zisku zย telesnรฉho tepla kรบpajรบcich [1].
Na vรฝpoฤet sme zvolili oblasลฅ Bratislavy, kde sa nachรกdza aj Slovenskรฝ hydrometeorologickรฝ รบstav (SHMร) aย prรญsluลกnรก klimatologickรก stanica, ktorรก poskytla รบdaje na spracovanie danรฝch vรฝsledkov. Vychรกdzali sme zo zvolenรฝch parametrov rodinnรฉho nekrytรฉho bazรฉna sย vodnou plochou 25โฏm2, objemom vody 30โฏm3, poลพadovanou teplotou vody 26ย ยฐC, teplotou vody vย zdroji 10 ยฐC aย kรบpacou sezรณnou trvajรบcou od mรกja do septembra. Po spracovanรญ hodnรดt zรญskanรฝch zo SHMร aย odฤรญtanรญ vลกetkรฝch potrebnรฝch parametrov sme vykonali vรฝpoฤet jednotlivรฝch tepelnรฝch strรกt aย ziskov. Ako prรญklad uvรกdzame jednu zย najdรดleลพitejลกรญch tepelnรฝch strรกt, tepelnรบ stratu odparovanรญm zย vodnej hladiny, ktorรก sa urฤรญ podฤพa vzลฅahu [2]
Q.od = m.p lv (tt)ย ย ย (1)
Potrebnรฝ vรฝpoฤet hmotnostnรฉho toku vodnรฝch pรกr odparujรบcich sa zย povrchu hladiny aย vรฝpoยญฤet sรบฤiniteฤพa prestupu lรกtky vztiahnutรฉho na ลกpecifickรฉ vlhkosti vodnej pary vย suchom vzduยญchu sa urฤujรบ zย empirickรฝch vzลฅahov vย zรกvislosti od rรฝchlosti vzduchu nad hladinou.
Podrobnรฉ spracovanie รบdajov aย empirickรฝch vzลฅahov pri tepelnej bilancii bazรฉna je uvedenรฉ vย [3] aย [4]. Vย tab.ย 1 sรบ vรฝslednรฉ hodnoty vลกetkรฝch tepelnรฝch strรกt aย ziskov vย rรกmci zvolenej kรบpacej sezรณny aj sย uvedenou hodnotou potrebnรฉho tepelnรฉho vรฝkonu.
Samotnรก potreba tepla na ohrev bazรฉnovej vody predstavuje pomerne vysokรบ hodnotu. Prebytky tepla zo solรกrnej sรบstavy budรบ, samozrejme, zรกvisieลฅ od veฤพkosti kolektorovej plochy. Uลพ teraz vลกak vieme sย istotou povedaลฅ, ลพe vย mesiacoch kรบpacej sezรณny nepokryjรบ poลพadovanรบ potrebu, budรบ len istou podporou vykurovania. Prirodzene, ฤalลกรญm aspektom sรบ hodnoty dodanรฉho mnoลพstva slneฤnej energie, ktorรฉ sa nedajรบ presne urฤiลฅ. Preto treba do urฤitej miery rรกtaลฅ aj sย predpokladom vyplรฝvajรบcim zo skรบsenostรญ, ลพe slnko vyhreje bazรฉnovรบ vodu vย letnรฝch mesiacoch na dostatoฤnรบ teplotu.
Teplo zรญskanรฉ kolektorom aย potreba tepla na prรญpravu TV
Mnoลพstvo tepla vyrobenรฉ kolektorom zรกvisรญ od plochy kolektora, jeho รบฤinnosti aย mnoลพstva slneฤnej energie nรญm zachytenej. Moลพno ho vyjadriลฅ vzลฅahom [5]
Qkol = Qk, mes hk Skย ย ย (2)
Vรฝpoฤet energetickej รบฤinnosti kolektora aย hodnoty potrebnรฉ na vรฝpoฤet (naprรญklad priemernรก intenzita slneฤnรฉho ลพiarenia, prieยญmernรฉ teploty vzduchu aย vรฝpoฤet mnoลพstva energie zachytenej kolektorom pri zvolenรฝch parametroch) sรบ podrobne uvedenรฉ vย [6] aย [7].
Na รบฤely vรฝpoฤtu sme zย ponuky vyrรกbanรฝch kolektorov vybrali plochรฝ kolektor sย absorpยญฤnou plochou 1,76โฏm2, umiestnenรฝ na streche domu pod uhlom oslnenej plochy 45ยฐ, orientovanรฝ na juh. Vลกetky potrebnรฉ hodnoty platia pri 50ยฐ severnej ลกรญrky.
Stanovenie potreby tepla na prรญpravu teplej vody vychรกdza zย toho, ลพe potreba TV (pre rodinnรฝ dom) je poฤas celรฉho roka stรกla. Energia dodanรก teplej vode sa poฤรญtala podฤพa STN EN 15316-3-1 Vykurovacie systรฉmy vย buยญdovรกch, vรฝpoฤet podฤพa poลพadovanรฉho mnoลพยญstva vody. Uvaลพovalo sa oย rodinnom dome so ลกtyrmi osobami aย vysokรฝm hygienickรฝm komfortom, ktorรฝ zahลลa kรบpanie aย sprchovanie sย dennou potrebou 200ย l pri 60โฏยฐC, ฤo predstavuje 50ย l na osobu. Priemernรก potreba teplej vody vย jednotlivรฝch mesiacoch bude potom vย rรกmci uvaลพovanรฉho prรญkladu Qtv = 355 kWh/mesiac.
Vรฝpoฤet mnoลพstva energie zachytenej slneฤnรฝm kolektorom na ploche 1โฏm2 kaลพdรฝ mesiac rozhoduje oย budรบcej veฤพkosti kolektorovej plochy aย poฤte kusov kolektorov, ktorรฉ majรบ pokryลฅ poลพadovanรบ potrebu tepla na prรญpravu TV. Treba vลกak opรคtovne zdรดrazniลฅ, ลพe navrhnรบลฅ takรฉ plochy kolektorov, ktorรฉ by zabezpeฤili celoroฤnรฉ pokrytie prรญpravy TV vรฝluฤne slneฤnou energiou, je nereรกlne aย vย mesiacoch sย nedostatoฤnรฝm slneฤnรฝm ลพiarenรญm sa musรญ potreba tepla pokryลฅ inรฝm zdrojom. Solรกrny systรฉm teda pracuje ako podpora vykurovania TV. Keฤลพe vย naลกom prรญpade chceme vyuลพiลฅ prebytoฤnรฉ teplo na ohrievanie bazรฉnovej vody, zvolili sme takรบ plochu kolektora, aby sme mali vย lete vรคฤลกie prebytky tepla, ฤo samozrejme zvรฝลกi aj pokrytie potreby tepla na prรญpravu TV vย ostatnรฝch mesiacoch.
Na vyuลพitie prebytoฤnรฉho tepla solรกrnej sรบstavy na prรญpravu TV sme zvolili kolektorovรบ plochu (podฤพa absorpฤnej plochy jednรฉho kolektora) sย veฤพkosลฅou Sย =ย 10,56 m2, ktorรก zodpovedรก ลกiestim kolektorom. Vย ฤalลกรญch odsekoch uvรกdzame vรฝslednรฉ hodnoty mnoลพstva tepla zรญskanรฉho zvolenou kolektorovou plochou aย mnoลพstvo prebytoฤnรฉho tepla vyuลพiteฤพnรฉho na ohrev vody vย bazรฉne.
Vรฝsledky
Vย tab.ย 2 sรบ uvedenรฉ hodnoty tepla potrebnรฉho na prรญpravu TV, mnoลพstva tepla zรญskanรฉho kolektorom sย absorpฤnou plochou 10,56ย m2, stupลa krytia danej potreby TV aย hodnoty prebytkov tepla zo solรกrnej sรบstavy poฤas celรฉho roka. Vย poslednรฝch stฤบpcoch sรบ uvedenรฉ vypoฤรญtanรฉ hodnoty tepla potrebnรฉho na ohrev vody vย bazรฉne vย rรกmci zvolenej kรบpacej sezรณny aย stupลa krytia prebytoฤnรฝm teplom zo solรกrnych kolektorov. Hodnoty tepla potrebnรฉho na ohrev bazรฉnovej vody sรบ upravenรฉ na jednotky koreลกpondujรบce sย jednotkami vypoฤรญtanรฉho mnoลพstva tepla zรญskanรฉho kolektorom podฤพa ฤasu slneฤnรฉho svitu. Na lepลกiu nรกzornosลฅ aย predstavu oย pokrytรญ poลพadovanรฝch potrieb sรบ jednotlivรฉ รบdaje spracovanรฉ aj graficky na obr. 1 aย 2.
Obr. 1ย Priebeh mnoลพstva tepla zรญskanรฉho kolektormi na prรญpravu TV
Obr. 2ย Prebytoฤnรฉ teplo na ohrev bazรฉnovej vody vย kรบpacej sezรณne
Zรกver
Zย tab. 2 vyplรฝva, ลพe sย danou plochou kolektorov aย pri danรฝch klimatickรฝch podmienkach by sรบstava bola schopnรก zabezpeฤiลฅ teplo potrebnรฉ na prรญpravu TV na plnรฝch sedem mesiacov aย eลกte ฤalลกie dva mesiace by mala stรกle dostatoฤne vysokรฝ stupeล krytia. ฤo sa tรฝka potreby tepla na ohrev bazรฉnovej vody vย kรบpacej sezรณne, nie je pokrytรก ani vย jednom zย uvedenรฝch mesiacov. To znamenรก, ลพe systรฉm by aj napriek voฤพbe vรคฤลกej kolektorovej plochy slรบลพil iba ako podpora vykurovania bazรฉna. Jednotlivรฉ รบdaje sรบ zobrazenรฉ vย grafoch na obr. 1 aย 2. Vย grafe na obr.ย 1 je znรกzornenรฉ pokrytie potreby na prรญpravu TV. Vย grafe na obr. 2 sรบ znรกzornenรฉ prebytky tepla zo solรกrnej sรบstavy vย mesiacoch kรบpacej sezรณny, ktorรฉ moลพno vyuลพiลฅ na ohrev bazรฉnovej vody. Ako moลพno vidieลฅ, prebytoฤnรฉ teplo nepostaฤuje na ohrev vody vย bazรฉne aย systรฉm by slรบลพil poฤas stanovenรฝch mesiacov kรบpacej sezรณny ako podpora vykurovania so stupลom krytia necelรฝch 37โฏ%. Zo skรบsenostรญ aย publikovanรฝch informรกciรญ je zrejmรฉ, ลพe vย letnรฝch mesiacoch, keฤ bรฝva vย priaznivรฝch dลoch dostatok slneฤnรฉho ลพiarenia, by sa bazรฉnovรก voda vฤaka tomu ohriala na poลพadovanรบ teplotu, pri menej priaznivom poฤasรญ by pokrytie potreby zabezpeฤoval solรกrny systรฉm.
Ing. Lucia Zรกleลพรกkovรก
Recenzoval: prof. Ing. Vรกclav Havelskรฝ, PhD.
Foto aย obrรกzky: autorka, thinkstock.com
Autorka pรดsobรญ vย รstave tepelnej energetiky Strojnรญckej fakulty STU vย Bratislave.
Literatรบra
1.ย ย ย Kriลก, J.: Bazรฉny aย kรบpaliskรก. 1. vyd. Bratislava:
JAGA group, 2000, 199 s.
2.ย ย ย Kabรกt, E. โ HORรK, M.: Prenos tepla. 1. vyd. Bratislava: ES STU, 2000, 129 s.
3.ย ย ย Zรกleลพรกkovรก, L.: Nรกvrh ohrevu termรกlnej vody nekrytรฉho sedacieho bazรฉna. Diplomovรก prรกca, Bratislava: Sjf STU, 2003.
4.ย ย ย Tatarovรก, M.: Vplyv vybranรฝch parametrov na energetickรบ nรกroฤnosลฅ vykurovania nekrytรฉho rodinnรฉho bazรฉna. Diplomovรก prรกca, Bratislava:
SjF STU, 2008.
5.ย ย ย Cihelka, J.: Solรกrnรญ tepelnรก technika, Praha: Nakladatelstvรญ T. Malina, 1994.
6.ย ย ย Zรกleลพรกkovรก, L.: Vplyv veฤพkosti absorpฤnej plochy kolektora na stupeล krytia potreby teplej vody. In: 29. Setkรกnรญ kateder mechaniky tekutin aย termomechaniky: Roลพลov pod Radhoลกtฤm, 23. โ 25. 6. 2010, Ostrava: Vysokรก ลกkola baลskรก โ Technickรก univerzita vย Ostrave, s. 319 โ 322, 2010.
7.ย ย ย Zรกleลพรกkovรก, L.: Stupeล krytia potreby tepla na ohrev teplej vody pomocou solรกrnych kolektorov. In: 30. Setkรกnรญ kateder mechaniky tekutin aย termomechaniky: Sbornรญk pลรญspฤvkลฏ. ล pindlerลฏv Mlรฝn, 22. โ 24. 6. 2011, Liberec: Technickรก univerzita vย Liberci, s. 273 โ 276, 2011.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZBย HAUSTECHNIK.