Bytový dům se solárním pokrytím 100 %

obnovitelné zdroje energie

Řešení akumulace tepelné energie získané z kapalinových slunečních kolektorů instalací akumulátoru, situovaném uprostřed stavební konstrukce domu, není nové. Nový je způsob ukládání a odebírání tepla z akumulátoru. V článku je popsáno a graficky znázorněno uspořádání výměníků tepla integrovaných do zásobníku. Jsou uvedeny i průběhy teplot v zásobníku v letech 2012 a 2013.

Recenzent: Jiří Matějček

Úvod

Požadavek pokrýt spotřebu energií objektu jejím získáním v místě objektu nebo v jeho nejbližším okolí, dosažení co největší energetické nezávislosti, je nejen snem mnoha majitelů rodinných domů i větších objektů, ale i stále silněji prosazovaným cílem energetické politiky Evropské unie. Cíl 100% energetické nezávislosti je za současných podmínek ekonomicky nevýhodný. Právě proto je podporován vznik a realizace dalších projektů, jejichž cílem je s aplikací nejnovějších poznatků prověřovat, jak daleko jsme od tohoto cíle vzdáleni. Jeden z takových projektů je dále popsán.

Obr. 1 • Pohled na objekt od jihozápadu

Bytový dům – základní charakteristika

Objekt, u kterého veškerou roční spotřebu tepla pokrývá solární energie, byl realizován v letech 2005 až 2006 v Oberburgu ve Švýcarsku. Jedná se o bytový dům, ve kterém se nachází celkem 8 bytů. Vytápěná plocha objektu je 1282 m², při tepelné ztrátě objektu 12 kW (při –8 °C). Konstrukční systém objektu je zděný stěnový, z keramických tvarovek, stropy a prostor podkroví je ŽB monolitický. Obvodové stěny jsou zatepleny pomocí 220 mm EPS (U = 0,13 – 0,16 W·m^–2·K^–1), okna jsou zasklena trojsklyU = 0,5 W·m^–2·K^–1. V objektu je použito podlahové vytápění a systém nuceného větrání s rekuperací [1].

Obr. 2 • Půdorys a řez objektu. Patrný je zásobník tepla navržený přes celou výšku objektu

Zdroj tepla

Jediný zdroj tepla tvoří kolektorové pole o celkové ploše 276 m² integrované do střešního pláště. Použity jsou velkoplošné ploché kolektory. Teplo ze solárního systému je ukládáno do vodního zásobníku o objemu 205 m³, který je situován uvnitř objektu (viz obr. 5). Jedná se o ocelový zásobník dodaný na stavbu jako komplet, včetně uvnitř integrovaných výměníků solárního okruhu a vnitřního zásobníku (nádrž v nádrži) pro přípravu teplé vody. Konstrukce vnitřních výměníků umožňuje řídit nabíjení zásobníku ve čtyřech výškových úrovních. Obdobně lze také volit výšku odběru tepla ze zásobníku. Toto řešení umožňuje v zásobníku udržet výrazné teplotní rozvrstvení (stratifikaci) viz obr. 3.

Obr. 3 • Průběh teplot v zásobníku v letech 2012 a 2013. V letním období dosahuje teplota v zásobníku až 90 °C prakticky v celé jeho výšce. V zimě klesá u dna zásobníku až na cca 30 °C, u hladiny na cca 60 °C. Tyto teploty jsou stále dostatečné pro zvolený systém přípravy TV. Z důvodů relativně malého objemu zásobníku 205 m³ vzhledem k ploše kolektorů 276 m² dochází v dlouhém období ke stagnaci kolektorového pole.

Představený objekt je ukázkou toho, že u bytového objektu lze reálně dosáhnout pokrytí 100 % potřeby tepla pro vytápění a přípravu teplé vody jen s využitím akumulace a plochých tepelných solárních ­kolektorů. Roční měrné zisky kolektorů budou v tomto případě dosahovat relativně nízkých hodnot, odhadem pod 200 kWh·m^–2·rok^–1. Celkové náklady na solární systém dosáhly cca 320 000 CHF. Ve schématu na obr. 4 je naznačeno, že bude-li napojen i jiný spotřebitel, lze mu při přebytku teplo dodávat. Ideálně tedy v létě pro přípravu teplé vody, a tím si zlepšit ekonomickou situaci.

Obr. 4 • Schéma způsobu zapojení zásobníku s aktuálními teplotami k 25. 7. 2014 [1]

Koncem roku 2014 probíhaly na stejném místě práce na dokončení dalších dvou, velikostí totožných, objektů. Plocha solárních kolektorů bude redukována na 160 m², na zbývající ploše střechy budou umístěny FV panely. Zmenšen bude také objem zásobníku na 108 m³. V tomto řešení by mělo solární pokrytí přesahovat hodnotu 95 % a náklady na solární systém dosáhnout cca 250 000 CHF.

Obr. 5 • Zásobník je do objektu umístěn již při stavbě a jeho pozdější výměna by byla velice náročná. Jeho životnost proto musí přibližně odpovídat životnosti objektu

Literatura

[1] JENNI ENERGIETECHNIK AG., [Online]. Dostupné na http://www.jenni.ch

Příspěvek vznikl za podpory grantu Studentské grantové soutěže ČVUT SGS15/012/OHK1/1T/11.

100 % solar heated apartment building

The article describes the building with 100 % solar fraction. The building has eight apartments and a collector area of 276 m². The storage tank holds 205 m³ of water.

Keywords: long-term heat storage, solar thermal system, 100 % solar fraction