4.3. Solárne zariadenia na ohrev úžitkovej vody

Ohrev úžitkovej vody je zďaleka oblasťou, kde je nainštalovaných najviac solárnych zariadení.

4.3.1 Recirkulačné systémy založené na rozdiele hustoty

Pretože horúca voda má nižšiu špecifickú hmotnosť ako studená voda, pri zahriatí stúpa v kolektore a v potrubnom systéme a dosahuje sa k nádrži (ktorá je namontovaná hore), zatiaľ čo na druhej strane prúdi chladnejšia voda z nádrže do kolektora. . Cirkulácia nastáva, keď je voda v kolektore teplejšia ako voda v nádrži a je o to silnejšia, že množstvo žiarenia je vyššie, a tým sa zvyšuje teplotný rozdiel medzi kolektorom a nádržou. Tento princíp sa nazýva recirkulácia na základe rozdielu hustoty alebo radiátora.

Výhody: recirkulácia prebieha takmer ideálne automaticky, solárny okruh pracuje bez čerpadla, bez prídavného zdroja tepla a bez regulátorov. Z tohto dôvodu sa tento princíp používa všade tam, kde je potrebné inštalovať malé a jednoduché inštalácie alebo kde nie je elektrická sieť. Na rozdiel od „solárneho systému štandardného typu“ už nie je potrebné čerpadlo ani riadiaci systém, čo spôsobuje výrazné zníženie ceny systému.

Okrem toho môžu radiátorové systémy pracovať relatívne hladko s otvoreným solárnym okruhom (ak sa recirkulácia vykonáva s čerpadlom, vyžaduje to určitú dolnú hranicu tlaku). Inštalácia sa tak ďalej zjednodušuje, pretože už nemusí byť odolná proti tlaku a už nie sú potrebné zariadenia ako manometer, pretlakový ventil alebo odvzdušňovací ventil.

Nevýhody: Nevýhodou sú okrajové hydraulické podmienky: prietok, respektíve prietok, nie sú nastaviteľné a hnacia sila je relatívne nízka. Existujú teda relatívne nízke prietoky, ktoré zvyšujú teploty v kolektore a znižujú jeho účinnosť. Tomu sa však dá vyhnúť, rovnako ako v prípade systémov s nízkym prietokom, použitím vhodnej techniky, najmä s kvalitným výmenníkom tepla solárneho okruhu. Hydraulický odpor proti prúdu však musí byť malý, pretože inak by sa mohol zastaviť tok chladiča. Zvyčajne sú na tento účel namontované výmenníky tepla s krytom.

Veľkosť a uskutočniteľnosť takýchto systémov sú navyše obmedzené okrajovými podmienkami. Cisterna musí byť v každom prípade namontovaná nad kolektormi, aby sa mohol do nej prenášať výkon; je vhodné vyhnúť sa namontovaniu dlhých vodorovných rúrok, pretože by tak nedochádzalo k správnej cirkulácii. Hydraulický odpor proti prúdu v potrubiach musí byť veľmi malý, čo znamená, že prierez rúr musí byť veľký a dĺžka potrubí medzi kolektorom a nádržou musí byť veľmi malá. Aby sa zabránilo nežiaducej recirkulácii tepelnej látky medzi kolektorom a nádržou v noci, keď je nádrž podstatne teplejšia ako kolektor, odporúča sa nainštalovať ľahko ovládateľný uzatvárací ventil.

Okrem priestorových obmedzení a obmedzení stanovených inštaláciou (montáž nádrže na strechu môže byť z hľadiska priestoru problémom) existujú aj obmedzenia zo strany statických (zaťaženie strechy), estetických účinkov (nádrže pri pohľade zvonku pozitívny estetický efekt), ako aj obmedzenia vyplývajúce z obvyklej praxe inštalácie, respektíve spojenia s existujúcou inštaláciou.

Oblasti použitia

V strednej Európe sa inštalácie založené na hustote zriedka používajú: solárny zásobník sa zvyčajne montuje do pivnice, čo najbližšie k vykurovaciemu systému, pretože vonkajšie nádrže majú v dôsledku podnebia v tejto oblasti príliš veľké tepelné straty. Situácia je úplne iná v južnej Európe, respektíve v stredomorskej oblasti: podnebie je miernejšie (ale nie také teplé, aby vôbec nebola potrebná teplá voda) a vonkajšie nádrže majú nižšie tepelné straty; tu sú zariadenia ústredného kúrenia neobvyklé ako pivnice a požiadavky na pohodlie a estetický efekt nie sú (zatiaľ) také vysoké. Z týchto dôvodov sú radiátorové inštalácie rozšírenejšie v stredomorskej oblasti, nachádzajú sa na tisícoch striech (plochých) a majú plochu až 10 m2, aby nedošlo k preťaženiu strechy. Okrem najväčšieho trhu so solárnou tepelnou energiou na svete, konkrétne Číny, v ktorej dominujú jednoduché radiátorové inštalácie, existujú aj krajiny ako Austrália, krajiny Južnej Ameriky a India. Radiátorové systémy sú teda zďaleka najrozšírenejšími solárnymi inštaláciami.

Výhody a nevýhody rôznych konfigurácií zariadení

otvorený systém radiátorov s okruhom

Výhody: v porovnaní s popísaným systémom neexistuje výmenník tepla ani expanzná nádoba, pretože solárny okruh je otvorený. Je však nainštalovaný plavák, ktorý na určitej úrovni zastaví prívod studenej vody. Môžete tiež použiť veľmi jednoduché nádrže a komponenty, ktoré nemusia byť odolné voči tlaku. Ďalšou dôležitou výhodou systémov s obvodom je dobrý prenos tepla, pretože nedochádza k stratám výmenníka tepla.

Nevýhody: v otvorených systémoch je riziko korózie v dôsledku prieniku kyslíka pomerne vysoké. Okrem toho sa do nádrže môžu dostať nečistoty, čo znamená, že nie je vylúčené, že je voda v domácnosti špinavá. Z tohto dôvodu nie je tento systém v Nemecku schválený na používanie pitnej vody. Ako jednokruhový systém nemôže pracovať s nemrznúcou zmesou.

Oblasti použitia: Najjednoduchší a najlacnejší radiátorový systém sa používa v regiónoch s nízkym tlakom v rozvodoch pitnej vody alebo v miestach, kde je často prerušovaný centrálny rozvod pitnej vody. Nádrž je tiež zásobníkom a tlak vody v domácnosti je určený iba výškovým rozdielom medzi nádržou (zvyčajne namontovanou na streche) a napájacím čerpadlom (statický tlak). Ak hrozí nebezpečenstvo mrazu, musí sa systém vyprázdniť. Takéto konfigurácie sa nachádzajú napríklad v oblastiach severnej Afriky.

uzavretý systém radiátorov s okruhom

Výhody: aj v tomto prípade ide o jednoduchý a nákladovo efektívny koncept. Vzhľadom na to, že ide o uzavretý systém, na rozdiel od vyššie popísaného systému vylučuje riziko nečistôt pri zachovaní dobrého prenosu tepla medzi kolektorom a okruhom spotrebiteľa. Priamym pripojením na vodovodnú sieť existuje riziko korózie v dôsledku prieniku kyslíka čerstvou vodou.

Nevýhody: v základnom okruhu je tlak vodovodnej siete, ktorý má v stredoeurópskych trubkách hodnotu zvyčajne 4 bary a vyžaduje inštaláciu ďalších zariadení na zaistenie bezpečnosti inštalácie, najmä inštaláciu expanznej nádoby s membránou a poistný ventil. Avšak absorpčné prvky sú zriedka odolné proti tak vysokému tlaku. V mnohých krajinách sveta je tlak v sieti pitnej vody veľmi nízky. Na streche je často iba jedna nádrž na vodu (plastová batéria), kde sa vytvára tlak v dôsledku výškového rozdielu od spotrebiteľa. Pretože solárny systém je tiež často na streche, môžu nastať problémy v dôsledku príliš malého tlaku na systém.

Oblasti použitia: tento typ inštalácie sa zvyčajne inštaluje v oblastiach bez rizika mrazu, kde je dominantný nízky tlak vody v potrubí (najviac 2 bary).

otvorený systém radiátorov s 2 okruhmi

Výhody: Vďaka oddeleniu solárneho okruhu od okruhu spotrebiteľa je možné pre ochranu pred mrazom použiť pre solárny okruh nemrznúcu zmes. Okrem toho je možné inštalovať nákladovo efektívnu tlakovo odolnú nádobu.

Nevýhody: ako v každom otvorenom systéme, existuje riziko korózie v dôsledku prenikania kyslíka a nečistôt, tu platí najmä pre pitnú vodu v nádrži.

Oblasti použitia: Oblasti použitia sú podobné tým, ktoré sú opísané v predchádzajúcich prípadoch. Táto konfigurácia zariadenia je však pomerne zriedkavá, pretože vo väčšine oblastí, kde je možné ho inštalovať, nehrozí riziko mrazu a oddelenie dvoch okruhov by znamenalo iba vyššie náklady a menej výhod.

2-okruhový radiátorový systém s otvoreným solárnym okruhom a uzavretým okruhom pre spotrebiteľa

Výhody: ako otvorený okruh možno vytvoriť solárny okruh, výhodný z hľadiska nákladov z jednoduchých komponentov, ktoré nie sú nevyhnutne odolné proti tlaku a môžu byť naplnené zmesou vody s nemrznúcou zmesou. Vďaka uzavretému okruhu spotrebiteľa nehrozí nebezpečenstvo vniknutia nečistôt do pitnej vody.

Nevýhody: v otvorenom solárnom okruhu existuje vysoké riziko korózie v dôsledku prenikania kyslíka. Nádrž musí byť odolná proti tlaku.

Oblasti použitia: Hlavnou oblasťou použitia týchto systémov sú krajiny západného Stredomoria. Systém môže fungovať po celý rok a v krajinách, kde hrozí mráz.

Je tiež možné inštalovať radiátorový systém s 2 okruhmi, z ktorých je solárny okruh uzavretý a okruh spotrebiča je otvorený. Konfigurácia systému tohto typu však nemá veľký zmysel, a preto nie je veľmi implementovaná.

uzavretý radiátorový systém s 2 okruhmi

Výhodou oproti iným systémom je nízke riziko korózie a nečistôt vstupujúcich do pitnej vody, ako aj možnosť zavedenia nemrznúcej zmesi do solárneho okruhu.

Nevýhody: zo všetkých doteraz vymenovaných typov systémov je to určite najdrahšie, pretože všade musia byť namontované komponenty odolné voči tlaku a kvôli uzavretému solárnemu okruhu nemožno upustiť od ďalších zariadení, ako je napríklad nádoba. membránový expanzný ventil alebo poistný ventil.

Oblasti použitia: systémy tohto typu sa zvyčajne inštalujú v Stredomorí, najmä v mestách, kde sú zvyčajne k dispozícii dostatočné finančné zdroje na investovanie do solárneho systému a kde je tlak vody v potrubiach taký vysoký. stabilný, aby bolo možné namontovať takýto systém.

4.3.2 Systémy nútenej recirkulácie

Na rozdiel od radiátorových systémov sú solárne zariadenia s nútenou recirkuláciou vybavené čerpadlom, ktorého úlohou je recirkulácia tepelného činidla zo solárneho okruhu. Na prevádzku čerpadla musí byť namontovaný riadiaci systém. Dôležitou vlastnosťou zariadení s nútenou recirkuláciou je prítomnosť čerpadla a riadiacich alebo regulačných jednotiek.

Výhody: inštalácia recirkulačného čerpadla s riadiacim systémom už nemá obmedzenia z radiátorového systému. Miesta upevnenia kolektora a nádrže, ako aj vzdialenosť medzi týmito dvoma prvkami už nie sú také dôležité a už ich nie je potrebné prispôsobovať miestnym podmienkam. Okrem toho pri správnom dimenzovaní všetkých prvkov môže systém pracovať s maximálnou účinnosťou.

Nevýhody: Nevýhodou je skutočnosť, že je potrebné vyvinúť ďalšie úsilie na obsluhu čerpadla a riadiaceho systému, ako aj na ich inštaláciu a nastavenie.

Oblasti použitia: keďže výhody v praxi zohrávajú dôležitú úlohu, solárne zariadenia s nútenou recirkuláciou sa stali štandardnými malými systémami pre strednú a severnú Európu. Veľké inštalácie nemôžu byť vyrobené iným spôsobom ako týmto.

Výhody a nevýhody rôznych konfigurácií zariadení

Solárne zariadenia na úžitkovú vodu v regiónoch so stredoeurópskym podnebím využívajú napriek vysokému prevádzkovému úsiliu uzavretý systém s výmenníkom tepla (v solárnom okruhu), pretože je odolný proti mrazu a vyhovuje miestnym štandardom inštalačnej techniky.

Výhody: pre jednoduchý a veľmi flexibilný koncept tejto inštalácie existuje nespočetné množstvo skúseností a množstvo štandardných prefabrikovaných komponentov, čo znamená, že inštalácie tohto typu sú relatívne lacné a dodávajú sa v závislosti od veľkosti (prefabrikované balenia)

Nevýhody: v porovnaní s radiátorovými systémami vyžaduje tento typ inštalácie väčšie úsilie a je nákladnejší.

Oblasti použitia: ohrev pitnej vody pre domácnosť až pre 8 osôb (kolektor (2).

Dvojokruhový solárny systém s externým výmenníkom tepla s nútenou cirkuláciou (pre solárny okruh) ako dvoj nádržový systém

Výhody: teplo sa lepšie prenáša cez externý výmenník tepla. Prvou nádržou môže byť jednoduchá tlaková nádrž bez prídavných zariadení. Tento systém môže byť vybavený vnútorným tepelným výmenníkom.

Nevýhody: externý výmenník tepla vyžaduje ďalšie úsilie pre druhé čerpadlo a pre pripojenie potrubí. Obe nádrže vyžadujú pomerne veľký priestor a tepelné straty sú vyššie ako straty jednej nádrže s rovnakým akumulačným objemom. Obe nádrže musia byť tlakovými nádobami na úžitkovú vodu.

Oblasti použitia: tento systém sa používa pre väčšie inštalácie (> 10 m 2), ale tiež na pripojenie k už existujúcemu systému, kde už existuje druhý, pokiaľ ide o posledný prípad, je systém štandardným riešením a druhý druhá nádrž je zvyčajne oveľa menšia ako v bežných vykurovacích zariadeniach. V takom prípade je nákladovo efektívne inštalovať ďalší výmenník tepla a ďalšie čerpadlo do hornej časti druhej nádrže; druhá má úlohu prečerpávať vodu z prídavnej nádrže do druhej nádrže, ak nie je upchatá.

trojokruhový systém s nútenou recirkuláciou a vnútorným výmenníkom tepla (pre solárny okruh)

Výhody: oddelením okruhu spotrebiteľa od nádrže pomocou prídavného výmenníka tepla je možné namontovať ďalšiu vyrovnávaciu nádrž bez tlaku. Napríklad vykurovacia voda sa nachádza v zásobníku.

Nevýhody: vďaka ďalším komponentom (externý výmenník tepla, čerpadlo plus riadiaci systém, potrubné pripojenie) vyžaduje systém viac energie a je nákladnejší,

Oblasti použitia: systém sa používa, keď je voda v nádrži potrebná pre iný okruh (napríklad pre vykurovací okruh). Preto je namontovaný tam, kde objem nádrže presahuje 400 l, a vyžaduje si špeciálne ochranné opatrenia proti baktérii legionella.

3-okruhový systém s nútenou recirkuláciou a externým výmenníkom tepla

Výhody: externý výmenník tepla oddeľuje všetky okruhy od seba navzájom. Jednoduché vyrovnávacie nádrže je možné inštalovať aj ako solárny zásobník, takže do veľkých inštalácií je možné inštalovať aj malé zásobníky pitnej vody a úžitkovej vody.

Nevýhody: tento systém vyžaduje pomerne veľké úsilie z dôvodu množstva ďalších prvkov a nákladov potrebných na pripojenie potrubí. Tepelné straty sa zvyšujú úmerne s počtom nádrží.

Oblasti použitia: popísaná konfigurácia je prípojka pre veľké inštalácie (kolektory s plochou> 50 m 2). Sériové pripojenie niekoľkých nádrží (inštalácie s 2, 3 alebo viacerými nádržami) je často potrebné (kvôli dostupnému priestoru atď.). Tento príklad ukazuje, že veľké inštalácie nie sú iba zväčšenými kópiami menších inštalácií, ale do veľkej miery si vyžadujú iný dizajn a zodpovedajúce väčšie úsilie.

Priame napájanie

Vo veľkých sieťach s pitnou vodou, ako sú siete pre veľké domy, nemocnice atď., Sa môže dodávka solárnej energie vykonávať priamo bez nádrže. Je to možné, pretože keď slnečná sústava vyrába energiu, dochádza k uvoľňovaniu energie takmer vždy, čo znamená, že je potreba (spotreba) energie. Okrem toho je však pre zariadenia tohto typu namontovaná nádrž, ktorú je možné v prípade potreby použiť. Za týmto účelom boli vyvinuté prefabrikované stanice, prostredníctvom ktorých je možné pomerne ľahko neskôr dobudovať už existujúce siete.