vyuzitie prebytocneho tepla solarnej sustavy
Galรฉria(4)

Vyuลพitie prebytoฤnรฉho tepla solรกrnej sรบstavy

Partneri sekcie:

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 prebytoฤnรฝm teplom kolektorovรก sรบstava na prรญpravu teplej vody?

obr1 big image
obr2 big image
vyuzitie prebytocneho tepla solarnej sustavy 7110 big image
ย Vรฝpoฤtom stanoviลฅ tepelnรบ bilanciu otvorenรฝch bazรฉnov je dรดleลพitรฝ krok pri sprรกvnom urฤenรญ 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 prebytoฤnรฉho tepla solรกrnych sรบstav, ktorรฉ slรบลพia na prรญpravu teplej vody vย rodinnรฝch domoch. Jednรฝm zย kฤพรบฤovรฝch faktorov vplรฝvajรบcich na energetickรบ nรกroฤnosลฅ ohrevu vody je tepelnรก strata pri jej odparovanรญ zย vodnej plochy, ktorรบ ovplyvลˆujรบ najmรค poveternostnรฉ podmienky.

Tepelnรก bilancia bazรฉna
Tepelnรก bilancia bazรฉna sa vย praxi stanovรญ vรฝpoฤtom tepelnรฝch strรกt aย tepelnรฝch ziskov. Tepelnรฉ straty zย povrchu vodnej hladiny sรบ spรดsobenรฉ prestupom tepla konvekciou, preยญstupom lรกtky pri odparovanรญ aย ลพiarenรญm. ฤŽalลกie tepelnรฉ straty sรบ spรดsobenรฉ vedenรญm cez steny bazรฉna do zeme aย pridรกvanรญm ฤerstvej vody. Tepelnรฉ zisky pozostรกvajรบ zย tepelnรฉho zisku zo slneฤnรฉho ลพiarenia, ktorรฉ vstupuje cez vodnรบ hladinu do bazรฉnovej vody, aย tepelnรฉยญho zisku zย telesnรฉho tepla kรบpajรบcich [1].

Na vรฝpoฤet sme zvolili oblasลฅ Bratislavy, kde sa nachรกdza aj Slovenskรฝ hydrometeorologickรฝ รบstav (SHMรš) aย prรญsluลกnรก klimatologickรก stanica, ktorรก poskytla รบdaje na spracovanie danรฝch vรฝsledkov. Vychรกdzali sme zo zvolenรฝch parametrov rodinnรฉho nekrytรฉho bazรฉna sย vodnou plochou 25โ€ฏm2, objemom vody 30โ€ฏm3, poลพadovanou teplotou vody 26ย ยฐC, teplotou vody vย zdroji 10 ยฐC aย kรบpacou sezรณnou trvajรบcou od mรกja do septembra. Po spracovanรญ hodnรดt zรญskanรฝch zo SHMรš aย odฤรญtanรญ vลกetkรฝch potrebnรฝch parametrov sme vykonali vรฝpoฤet jednotlivรฝch tepelnรฝch strรกt aย ziskov. Ako prรญklad uvรกdzame jednu zย najdรดleลพitejลกรญch tepelnรฝch strรกt, tepelnรบ stratu odparovanรญm zย vodnej hladiny, ktorรก sa urฤรญ podฤพa vzลฅahu [2]

Q.od = m.p lv (tt)ย ย ย  (1)

Potrebnรฝ vรฝpoฤet hmotnostnรฉho toku vodnรฝch pรกr odparujรบcich sa zย povrchu hladiny aย vรฝpoยญฤet sรบฤiniteฤพa prestupu lรกtky vztiahnutรฉho na ลกpecifickรฉ vlhkosti vodnej pary vย suchom vzduยญchu sa urฤujรบ 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, ฤalลกรญm aspektom sรบ hodnoty dodanรฉho mnoลพstva slneฤnej energie, ktorรฉ sa nedajรบ presne urฤiลฅ. Preto treba do urฤitej miery rรกtaลฅ aj sย predpokladom vyplรฝvajรบcim zo skรบsenostรญ, ลพe slnko vyhreje bazรฉnovรบ vodu vย letnรฝch mesiacoch na dostatoฤnรบ teplotu.

Teplo zรญskanรฉ kolektorom aย potreba tepla na prรญpravu TV
Mnoลพstvo tepla vyrobenรฉ kolektorom zรกvisรญ od plochy kolektora, jeho รบฤinnosti aย mnoลพstva slneฤnej energie nรญm zachytenej. Moลพno ho vyjadriลฅ vzลฅahom [5]

Qkol = Qk, mes hk Skย ย ย  (2)

Vรฝpoฤet energetickej รบฤinnosti kolektora aย hodnoty potrebnรฉ na vรฝpoฤet (naprรญklad priemernรก intenzita slneฤnรฉho ลพiarenia, prieยญmernรฉ teploty vzduchu aย vรฝpoฤet mnoลพstva energie zachytenej kolektorom pri zvolenรฝch parametroch) sรบ podrobne uvedenรฉ vย [6] aย [7].

Na รบฤely vรฝpoฤtu sme zย ponuky vyrรกbanรฝch kolektorov vybrali plochรฝ kolektor sย absorpยญฤnou plochou 1,76โ€ฏm2, 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 poฤas celรฉho roka stรกla. Energia dodanรก teplej vode sa poฤรญtala podฤพa STN EN 15316-3-1 Vykurovacie systรฉmy vย buยญdovรกch, vรฝpoฤet podฤพa poลพadovanรฉho mnoลพยญstva vody. Uvaลพovalo sa oย rodinnom dome so ลกtyrmi osobami aย vysokรฝm hygienickรฝm komfortom, ktorรฝ zahล•ลˆa kรบpanie aย sprchovanie sย dennou potrebou 200ย l pri 60โ€ฏยฐC, ฤo predstavuje 50ย l na osobu. Priemernรก potreba teplej vody vย jednotlivรฝch mesiacoch bude potom vย rรกmci uvaลพovanรฉho prรญkladu Qtv = 355 kWh/mesiac.

Vรฝpoฤet mnoลพstva energie zachytenej slneฤnรฝm kolektorom na ploche 1โ€ฏm2 kaลพdรฝ mesiac rozhoduje oย budรบcej veฤพkosti kolektorovej plochy aย poฤte kusov kolektorov, ktorรฉ majรบ pokryลฅ poลพadovanรบ potrebu tepla na prรญpravu TV. Treba vลกak opรคtovne zdรดrazniลฅ, ลพe navrhnรบลฅ takรฉ plochy kolektorov, ktorรฉ by zabezpeฤili celoroฤnรฉ pokrytie prรญpravy TV vรฝluฤne slneฤnou energiou, je nereรกlne aย vย mesiacoch sย nedostatoฤnรฝm slneฤnรฝm ลพiarenรญm sa musรญ potreba tepla pokryลฅ inรฝm zdrojom. Solรกrny systรฉm teda pracuje ako podpora vykurovania TV. Keฤลพe vย naลกom prรญpade chceme vyuลพiลฅ prebytoฤnรฉ teplo na ohrievanie bazรฉnovej vody, zvolili sme takรบ plochu kolektora, aby sme mali vย lete vรคฤลกie prebytky tepla, ฤo samozrejme zvรฝลกi aj pokrytie potreby tepla na prรญpravu TV vย ostatnรฝch mesiacoch.

Na vyuลพitie prebytoฤnรฉho tepla solรกrnej sรบstavy na prรญpravu TV sme zvolili kolektorovรบ plochu (podฤพa absorpฤnej plochy jednรฉho kolektora) sย veฤพkosลฅou Sย =ย 10,56 m2, ktorรก zodpovedรก ลกiestim kolektorom. Vย ฤalลกรญch odsekoch uvรกdzame vรฝslednรฉ hodnoty mnoลพstva tepla zรญskanรฉho zvolenou kolektorovou plochou aย mnoลพstvo prebytoฤnรฉho 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 absorpฤnou plochou 10,56ย m2, stupลˆa krytia danej potreby TV aย hodnoty prebytkov tepla zo solรกrnej sรบstavy poฤas celรฉho roka. Vย poslednรฝch stฤบpcoch sรบ uvedenรฉ vypoฤรญtanรฉ hodnoty tepla potrebnรฉho na ohrev vody vย bazรฉne vย rรกmci zvolenej kรบpacej sezรณny aย stupลˆa krytia prebytoฤnรฝm teplom zo solรกrnych kolektorov. Hodnoty tepla potrebnรฉho na ohrev bazรฉnovej vody sรบ upravenรฉ na jednotky koreลกpondujรบce sย jednotkami vypoฤรญtanรฉho mnoลพstva tepla zรญskanรฉho kolektorom podฤพa ฤasu slneฤnรฉho 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  Prebytoฤnรฉ 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 zabezpeฤiลฅ teplo potrebnรฉ na prรญpravu TV na plnรฝch sedem mesiacov aย eลกte ฤalลกie dva mesiace by mala stรกle dostatoฤne vysokรฝ stupeลˆ krytia. ฤŒo 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 vรคฤลกej 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, prebytoฤnรฉ teplo nepostaฤuje na ohrev vody vย bazรฉne aย systรฉm by slรบลพil poฤas stanovenรฝch mesiacov kรบpacej sezรณny ako podpora vykurovania so stupลˆom krytia necelรฝch 37โ€ฏ%. Zo skรบsenostรญ aย publikovanรฝch informรกciรญ je zrejmรฉ, ลพe vย letnรฝch mesiacoch, keฤ bรฝva vย priaznivรฝch dลˆoch dostatok slneฤnรฉho ลพiarenia, by sa bazรฉnovรก voda vฤaka tomu ohriala na poลพadovanรบ teplotu, pri menej priaznivom poฤasรญ by pokrytie potreby zabezpeฤoval solรกrny systรฉm.

Ing. Lucia Zรกleลพรกkovรก
Recenzoval: prof. Ing. Vรกclav Havelskรฝ, PhD.
Foto aย obrรกzky: autorka, thinkstock.com

Autorka pรดsobรญ vย รšstave 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€“ HORรK, 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 nรกroฤnosลฅ 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 absorpฤnej plochy kolektora na stupeลˆ krytia potreby teplej vody. In: 29. Setkรกnรญ kateder mechaniky tekutin aย termomechaniky: Roลพลˆov pod Radhoลกtฤ›m, 23. โ€“ 25. 6. 2010, Ostrava: Vysokรก ลกkola baลˆskรก โ€“ Technickรก univerzita vย Ostrave, s. 319 โ€“ 322, 2010.
7.ย ย ย  Zรกleลพรกkovรก, L.: Stupeลˆ krytia potreby tepla na ohrev teplej vody pomocou solรกrnych kolektorov. In: 30. Setkรกnรญ kateder mechaniky tekutin aย termomechaniky: Sbornรญk pล™รญspฤ›vkลฏ. ล pindlerลฏv Mlรฝn, 22. โ€“ 24. 6. 2011, Liberec: Technickรก univerzita vย Liberci, s. 273 โ€“ 276, 2011.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZBย HAUSTECHNIK.

Najฤรญtanejลกie