Solárny systém v bytovom dome

Využitie slnečnej energie na prípravu teplej vody (TPV) je v našich klimatických podmienkach jedným z najpoužívanejších a zároveň najosvedčenejších spôsobov. Odber teplej vody je v priebehu roka relatívne konštantný a vhodne navrhnuté solárne zariadenie vo veľkej miere kryje potrebu tepla v letnom období, pričom v prechodných obdobiach výrazne pomáha znižovať túto potrebu.

Bytové domy sú v tomto ohľade vďačným partnerom pre solárne zariadenia. Potreba tepla na prípravu teplej vody je značná a často je na úrovni potreby tepla na vykurovanie. Ak sa vychádza z faktu, že solárnym zariadením možno pokryť potrebu tepla na prípravu teplej vody až do 50 %, dá sa potom celková potreba tepla (na vykurovanie a prípravu TPV) bytového domu znížiť až o jednu štvrtinu. A práve s touto myšlienkou sa stotožnili obyvatelia jedného bytového domu v Michalovciach. Rozhodli sa na strechu nainštalovať solárne zariadenie na prípravu teplej vody (obr. 1).

Pri návrhu solárneho zariadenia na prípravu teplej vody sa vychádzalo z nasledujúcich údajov:

• bytový dom má 56 bytových jednotiek, ktoré obýva približne 174 osôb,
• denná spotreba teplej vody je približne na úrovni 4 850 l/deň,
• na umiestnenie solárnych kolektorov je k dispozícii plochá strecha.

Na základe daných údajov sa navrhol solárny systém s 25 solárnymi kolektormi. Akumulácia tepelnej energie vyrobenej zo solárnych kolektorov sa realizuje tromi solárnymi akumulačnými zásobníkmi s objemom jedného zásobníka 825 l a celkovým akumulačným objemom 2 475 litrov.

Celková myšlienka solárneho ohrevu teplej vody
Zariadenia na primárnu prípravu teplej vody, to znamená zásobník na teplú vodu s výmenníkom tepla napojeným na zdroj tepla, sa inštalovali už v existujúcej plynovej kotolni v bytovom dome. Plynový kotol reaguje na požiadavku ohrevu od zásobníka. Pri poklese teploty vody v zásobníku pod nastavenú teplotu kotol realizuje ohrev, až kým sa v zásobníku nedosiahne nastavená požadovaná teplota vody. Zásadná zmena spočíva v tom, že prívod studenej vody do tohto zásobníka je premiestnený a studená voda najskôr vstupuje do troch solárnych akumulačných zásobníkov KS 825 v ich spodnej časti. Tu prechádza zásobníkom vo vlnitej rúre na báze ušľachtilej ocele, ktorá sa vinie po celom obvode zásobníka. Vo zvyšnom objeme zásobníka, a tým aj v celkom okolí tejto vlnitej rúry, prúdi štandardné vykurovacie médium ohrievané solárnym systémom. Ak nastane odber teplej vody, studená voda vstupuje do týchto zásobníkov, pričom sa ohrieva vodou ohriatou solárnym systémom. V hornej časti zásobníkov vystupuje už ako ohriata na teplotu približne 65 až 55 °C (predovšetkým v letnom období), prípadne sa jej teplotný potenciál zvýši o niekoľko desiatok kelvinov (stav v prechodných obdobiach a v zime). Až potom vstupuje do zásobníka teplej vody, kde sa v prípade potreby dohrieva plynovým kotlom. Nespornou výhodou tohto systému je fakt, že ochrana rozvodov teplej vody proti legionelám sa rieši len v zásobníku teplej vody, ktorý má v porovnaní so solárnymi zásobníkmi približne o tretinu menší objem, čo sa výrazne prejaví na úspore primárnej energie – v tomto prípade zemného plynu. Objem akumulačných zásobníkov sa dá zvoliť aj menší, keďže v nich možno ohriať vodu až na 90 °C.

Bytový dom v Michalovciach
Na streche objektu sa osadili solárne kolektory, ktoré sa rozdelili do piatich polí, pričom v každom poli sa osadilo po päť kusov. Keďže miestom montáže solárnych kolektorov bola plochá strecha, použili sa na uchytenie stojany s nastaviteľným uhlom sklonu s betónovými pätkami (obr. 2). Prepojenie jednotlivých kolektorových polí sa riešilo Tichelmanovým spôsobom.

Obr. 2 Pohľad na stojany s betónovými pätkami ako konštrukciu pre solárne kolektory

Medzi solárne kolektory a solárne akumulačné zásobníky sa vložil solárny deliaci systém. Ide o kompletne predmotnovanú jednotku, ktorá obsahuje doskový výmenník tepla oddeľujúci okruh solárnych kolektorov, kde prúdi solárna kvapalina, a akumulačný okruh, v ktorom prúdi štandardné vykurovacie médium. Ďalšími prvkami solárneho deliaceho systému sú obehové čerpadlá na primárnej a sekundárnej strane doskového výmenníka, regulačné prvky zabezpečujúce nastavenie požadovaného prietoku na každej strane, poistné a zabezpečovacie prvky na strane solárnych kolektorov a uzatváracie a vypúšťacie armatúry (obr. 3).

Na akumuláciu solárnej energie sa navrhli a osadili tri kusy solárnych akumulačných zásobníkov (obr. 4), ktoré sú medzi sebou prepojené špeciálnou prepojovacou súpravou na dosiahnutie potrebného akumulačného objemu 2 475 litrov.

Solárny systém riadi samostatný regulátor. V jednom z kolektorových polí je osadený teplotný snímač – S1. V jednom zo solárnych akumulačných zásobníkoch sú teplotné snímače dva S2 a S3. Jeden snímač je umiestnený v hornej časti a druhý v dolnej časti zásobníka. Na základe teplotného rozdielu medzi snímačom S1 a snímačom S2 alebo S3 sa spínajú obehové čerpadlá solárneho okruhu a prostredníctvom trojcestného prepínacieho ventilu, ktorý je súčasťou solárneho deliaceho systému, sa solárna energia akumuluje buď do hornej, alebo do spodnej časti zásobníka. Týmto riešením sa maximálne využíva solárny potenciál. Vzhľadom na to, že v zásobníkoch prúdi štandardné vykurovacie médium a tieto zásobníky tvoria jeden uzavretý vykurovací systém, osadili sa k zásobníkom príslušné poistné a zabezpečovacie prvky – tlaková expanzná nádoba, manometer a poistný ventil.

Energetická bilancia sa vypracovala na základe výpočtovej simulácie pomocou programu T-Sol. Na základe skúseností z predchádzajúcich realizácií, na ktorých prebieha monitorovanie solárneho systému, možno povedať, že táto simulácia je veľmi blízka realite. Z tohto dôvodu možno výstupné hodnoty z tejto simulácie brať ako korektné údaje na výpočet návratnosti solárneho systému.

Celková ročná spotreba tepla na ohrev teplej vody predstavuje 117,84 MWh/rok. Solárny systém sa na tejto celkovej spotrebe tepla podieľa hodnotou 40,38 MWh/rok, čo znamená, že dodá 34,3 % potrebnej tepelnej energie. Ak sa množstvo vyrobeného tepla solárnym systémom vynásobí cenou tepla v Michalovciach na rok 2012, čo predstavuje hodnotu 0,0943 eur/kWh, výsledná hodnota ušetrených finančných prostriedkov je vo výške 3 807 eur za rok. Celková investícia do solárneho systému pre obyvateľov bytového domu bola vo výške 43 270 eur. Podelením celkovej investície a ušetrených finančných prostriedkov za rok dostaneme predpokladanú návratnosť solárneho systému. V tomto prípade je to približne 11 rokov, a to za predpokladu, že cena tepla sa v priebehu jedenástich rokov nebude zvyšovať, čo nie je reálny predpoklad. Preto sa čas návratnosti môže úmerne k stúpajúcej cene tepelnej energie znížiť.

Záver
Využitie solárnej energie na prípravu teplej vody umožňujú solárne kolektory, teda tepelné zariadenie, ktoré v plnej miere využíva prírodné zdroje, čím výrazne znižuje prevádzkové náklady. Zároveň pracuje efektívne a hospodárne s minimálnym podielom emisií, čím šetrí životné prostredie.

TEXT: Ing. Adriana Vazanová
FOTO: HERZ

Ing. Adriana Vazanová je techničkou-špecialistkou oddelenia systémovej a regulačnej techniky a solárnych systémov spoločnosti HERZ, spol. s r. o.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.