Příklad optimalizace jednoduchého solárního systému
Mějme požadavek na denní ohřev 200 l vody teplé 55°C s obvyklým odběrem 60 l kolem
jedenácté a patnácté hodiny a s večerním/ranním odběrem 80 l v jedné z nížinných
oblastí. Střecha je otočena na jih se sklonem 45°, vzdálenost kolektorů od zásobníku
cca 6 m, standardní izolace potrubí.
Zvolme 400 l zásobník, výměník v zásobníku do 1/2 jeho výšky, noční dohřev horní
poloviny zásobníku. Regulační konstanta 6°C, průtok 80 kg pracovní kapaliny za hodinu
na 1 m**2 absorpční plochy. Směšovací ventil, bez temperace rozvodů teplé vody,
maximální povolená teplota 80°C.
Teplota vstupní studené vody v jednotlivých měsících (leden) 1/4(°C), 2/6, 3/8,
4/10, 5/12, 6/14, 7/16, 8/14, 9/12, 10/10, 11/8, 12/6. Normály teplot (leden) 1/–2,5(°C),
2/-0,3, 3/3,8 , 4/9,0 , 5/13,9 , 6/17,0 , 7/18,5 , 8/18,1 , 9/14,3 , 10/9,1 , 11/3,5
, 12/-0,6.
Bez možnosti odběru nadbytečného tepla bazénem apod.
Plochý kolektor – 1 rám = 1,75 m**2 a vakuový kolektor - 0,9 m**2 absorpční plochy.
Následující dvě tabulky představují souhrn některých výstupů programu. Platí pro
období deseti let a 4 rámy plochých (žlutá) nebo vakuových
kolektorů (modrá).
Legenda
- Energetický zisk systému v daném měsíci v kWh za 10 let.
- Energetický zisk systému v daném měsíci v kWh za 10 let na 1 m**2 absorpční plochy.
- Energetický zisk systému v daném měsíci v kWh za 10 let odebranou vodou o teplotě
nad 80°C.
- Průměrná teplota odebrané vody (včetně dohřevu).
- Maximální teplota odebrané vody.
- Minimální teplota odebrané vody (v letních měsících dohřev nastaven na 40°C).
- Maximální teplota v dolní části zásobníku.
- Počet odebraných pater ohřáté vody.
- Odpovídající počet pater studené vody pro směšovací ventil.
|
plochý
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
F
|
G
|
H
|
I
|
|
Leden
|
973
|
140
|
0
|
55,03
|
64,6
|
55
|
57,5
|
3095
|
5
|
|
Únor
|
1287
|
185
|
0
|
55,82
|
74,1
|
55
|
68,4
|
2784
|
46
|
|
Březen
|
1890
|
271
|
0
|
58,14
|
79,1
|
55
|
73,6
|
2906
|
194
|
|
Duben
|
2343
|
336
|
12
|
62,04
|
91,5
|
55
|
86,7
|
2595
|
405
|
|
Květen
|
2764
|
397
|
16
|
61,82
|
89,3
|
40
|
84,6
|
2537
|
563
|
|
Červen
|
2715
|
390
|
33
|
65,28
|
96
|
40
|
91,2
|
2330
|
670
|
|
Červenec
|
2778
|
399
|
122
|
74,21
|
100,3
|
40
|
95,6
|
2060
|
1040
|
|
Srpen
|
2866
|
411
|
102
|
70,79
|
102
|
40
|
96,7
|
2200
|
900
|
|
Září
|
2355
|
338
|
25
|
63,36
|
96
|
55
|
91,5
|
2512
|
488
|
|
Říjen
|
2123
|
305
|
1
|
59,53
|
83,7
|
55
|
77,8
|
2817
|
283
|
|
Listopad
|
903
|
130
|
0
|
55,23
|
67,1
|
55
|
60,8
|
2986
|
14
|
|
Prosinec
|
681
|
98
|
0
|
55
|
55
|
55
|
50,2
|
3100
|
0
|
|
SUMA
|
23678
|
3400
|
311
|
|
|
Vac
|
|
|
Leden
|
802
|
223
|
0
|
55
|
55,8
|
55
|
44,8
|
3100
|
0
|
|
Únor
|
1130
|
314
|
0
|
55,2
|
67,1
|
55
|
56,6
|
2819
|
11
|
|
Březen
|
1693
|
470
|
0
|
56,34
|
73,2
|
55
|
63,3
|
3014
|
86
|
|
Duben
|
2178
|
605
|
2
|
58,9
|
87
|
55
|
76
|
2761
|
239
|
|
Květen
|
2581
|
717
|
0
|
55,2
|
80,7
|
40
|
72,2
|
2812
|
288
|
|
Červen
|
2612
|
726
|
8
|
59,16
|
93
|
40
|
83
|
2575
|
425
|
|
Červenec
|
2739
|
761
|
68
|
68,49
|
101,5
|
40
|
90,7
|
2263
|
838
|
|
Srpen
|
2748
|
763
|
24
|
61,92
|
95
|
40
|
84,9
|
2540
|
561
|
|
Září
|
2121
|
589
|
3
|
59,06
|
88
|
55
|
77,1
|
2742
|
258
|
|
Říjen
|
1829
|
508
|
0
|
56,71
|
75,7
|
55
|
63,1
|
2987
|
113
|
|
Listopad
|
761
|
211
|
0
|
55,02
|
60,4
|
55
|
49,7
|
2999
|
1
|
|
Prosinec
|
579
|
157
|
0
|
55
|
55
|
55
|
39,4
|
3100
|
0
|
|
SUMA
|
21773
|
6044
|
105
|
|
Pro různé řady náhodných dnů v měsíci se dosažené teploty mírně liší, energetický
zisk nevykazuje podstatnější rozdíly, protože se jedná o dostatečně dlouhé období
výpočtu.
Následující tabulka je souhrnem energetických zisků solárního systému s různým počtem
kolektorů.
|
|
Energ. zisk za 10 let
|
Zisk na 1m**2 roční
|
Zisk vodou nad 80°C
|
|
2x plochý
|
16780
|
482
|
0
|
|
3x plochý
|
21168
|
405
|
16
|
|
4x plochý
|
23678
|
340
|
311
|
|
5x plochý
|
25312
|
291
|
965
|
|
4x plochý
|
22351
|
321
|
13
|
|
5x plochý
|
24328
|
279
|
140
|
|
|
|
2x vac
|
12020
|
668
|
0
|
|
3x vac
|
17493
|
647
|
0
|
|
4x vac
|
21773
|
604
|
105
|
|
5x vac
|
24753
|
550
|
1144
|
|
4x vac
|
20512
|
570
|
0
|
|
5x vac
|
23949
|
523
|
155
|
Poslední dva řádky u plochého i vakuového kolektoru jsou pro extrémní sklon kolektorů
70°.
V následující tabulce je pro červenec a systém se čtyřmi rámy několik variant možných
zapojení. Žlutě ploché, modře vakuové kolektory.
Legenda
Normál - Opsáno z předešlého výpočtu
- Varianta, je-li k dispozici původní zásobník (200 l). Tento zásobník je předřazen
solárnímu zásobníku. Čerpadlo (např. pro cirkulaci teplé vody v rozvodech) pomocí
trojcestného ventilu vrací vodu buď do solárního zásobníku, nebo do zásobníku předřazeného,
dosáhne-li teplota v solárním zásobníku limitní teplotu (80°C). I při malé kapacitě
předřazeného zásobník v podstatě nedochází v tomto případě k přehřátí zásobníku
při stejném energetickém zisku systému.
- Solární zásobník je přeřazen původnímu zásobníku (200 l), ve které se dohřívá voda
na požadovanou teplotu. Toto zapojení má jen minimální vliv na chování systému dle
normálu.
- Samostatný solární zásobník má pomocí trojcestného ventilu zkratován vstup do výměníku
potrubím s chladičem. Pokud v zásobníku stoupne teplota nad povolenou (80°C), uzavře
se přívod k výměníku a pracovní kapalina se ochlazuje na trvalou maximální provozní
teplotu systému (např. 130°C).
- Při dosažení maximální povolené teploty v horní části solárního zásobníku je zásobník
(např. pomocí cirkulačního čerpadla) promíchán, takže je využita plná tepelná kapacita
zásobníku.
- Spojení varianty 3. a 4.
- Zapojení „Normál“ bez tepelných ztrát potrubí primárního okruhu.
Pozn. Teplotní špičky jsou u uvedených variant často energeticky málo významné (sloupec
C).
|
červenec
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
F
|
G
|
H
|
I
|
|
Normál
|
2778
|
399
|
122
|
74,21
|
100,3
|
40
|
95,6
|
2060
|
1040
|
|
1
|
2729
|
392
|
5
|
72,09
|
91,4
|
40
|
86,4
|
2140
|
961
|
|
2
|
2799
|
402
|
121
|
73,89
|
101,4
|
32,7
|
96,4
|
2067
|
1035
|
|
3
|
2764
|
397
|
0
|
70,13
|
80,2
|
40
|
75,2
|
2211
|
889
|
|
4
|
2773
|
398
|
35
|
72,33
|
98,4
|
40
|
92,4
|
2127
|
974
|
|
5
|
2770
|
398
|
0
|
71,27
|
80
|
40
|
80,1
|
2167
|
933
|
|
6
|
2815
|
404
|
276
|
81,52
|
110,4
|
40
|
104,3
|
1846
|
1268
|
|
Normál
|
2739
|
761
|
68
|
68,49
|
101,5
|
40
|
90,7
|
2263
|
838
|
|
11
|
2721
|
756
|
0
|
67,79
|
80
|
40
|
76,5
|
2299
|
801
|
|
22
|
2763
|
768
|
66
|
67,73
|
98,5
|
31,4
|
89
|
2284
|
817
|
|
33
|
2721
|
756
|
0
|
65,63
|
80,2
|
40
|
73
|
2385
|
715
|
|
44
|
2737
|
760
|
20
|
67,49
|
100,4
|
40
|
93,9
|
2306
|
795
|
|
55
|
2733
|
759
|
0
|
66,85
|
80
|
40
|
80,1
|
2333
|
767
|
|
66
|
2901
|
806
|
722
|
98,78
|
127,2
|
43,4
|
127,2
|
1497
|
1686
|
|
červenec
|
A
|
B
|
C
|
D
|
E
|
F
|
G
|
H
|
I
|
Obdobným způsobem lze vyčíslit odhady energetických zisků různých solárních systémů,
popsat jejich možné chování při různých situacích a navrhnout optimální typ a počet
kolektorů pro danou aplikaci v dané lokalitě. Dále je možné kvantifikovat vliv různých
faktorů, které ovlivňují chod solárních systémů.