Vliv tepelných zisků solární soustavy na energetickou bilanci pasivních domů

obnovitelné zdroje energie

Článek je zaměřen na tepelnou bilanci pasivního domu s ohledem na tepelné zisky od solární soustavy. Autor popisuje jednotlivé tepelné zisky v bilanci pasivního domu a porovnává s průměrnou hodnotou tepelných zisků od solární soustavy. Závěrem jsou jednotlivé bilance stručně shrnuty a autor jednoznačně poukazuje na fakt, že tepelné zisky od solární soustavy jsou v celkové tepelné bilanci pasivního domu zanedbatelnou položkou.

Recenzent: Roman Vavřička

1. Úvod

Nové technické koncepce a nové materiály umožnily stavět budovy nízko­energetické až pasivní. Zvláště pasivní budovy se vyznačují nízkou potřebou tepla pro vytápění, ale také nezvykle vysokým poměrem tepelných zisků. Tepelné zisky jsou do určité míry vítány, protože mohou být využity pro vytápění, kdy snižují spotřebu nakupovaných energií a snižují i spotřebu primární energie. Pokud však tepelné zisky přesáhnou aktuální potřebu objektu, je nutno je odvádět, aby nedocházelo k přehřívání vnitřních (obytných) prostor. Problémem domů s velmi nízkou spotřebou energií není jejich vytápění, ale udržení přijatelných teplot v letním období, za které považujeme období od dubna do září, tj. 6 měsíců.

Jedním z používaných opatření snižujících potřebu nakupovaných energií, je instalace solární soustavy, která se v převážně většině případů podílí na přípravě teplé vody (TV). Vzniká tedy legitimní otázka, jak významně tepelné ztráty z části solární soustavy, umístěné v budově, zvyšují podíl nevyužitelných tepelných zisků, které musí být strojově odváděny za účasti nakupované energie a také energie primární, even­tuálně v jakém poměru jsou k ostatním tepelným ziskům. Pro jednoznačnost a krátkost popisu jsou tepelné zisky v domě, tvořené tepelnými ztrátami z části solární soustavy umístěné v domě, označeny zkratkou TZSOL.

Vzhledem k tomu, že nás zajímá extrém, tedy největší poměr TZSOL k ostatním tepelným ziskům, ať již externím ze slunečního záření nebo interním z provozu nejrůznějších spotřebičů, budeme posuzovat vztahy v pasivním rodinném domě. Za fakt lze přijmout úvahu, že u větších objektů jsou zpravidla i větší solární soustavy. U nich je menší poměr celkových tepelných ztrát vůči solárním ziskům ze solární soustavy oproti situaci v rodinném domě. Běžně se tyto ztráty u rodinných domů pohybují na úrovni cca 20 až 23 %. Pokud se zpracovává projekt solární soustavy s kvalitním návrhovým softwarem, tak si tvůrce projektu ani nemusí uvědomit, že tyto ztráty jsou do výpočtu zahrnuty a jejich velikost je přiměřeně kompenzována zvětšením plochy kolektorů. Uvedených 20 až 23 % je pro rodinné domy nejběžnější případ. U větších solárních soustav klesají tyto ztráty na 8 až 12 %, viz [4].

U větších objektů jsou potrubní vedení i solární strojovna situovány pouze do jedné malé části objektu společně s dalšími technologiemi. Část celkových tepelných ztrát solární soustavy, kterou jsme si označili TZSOL, zde ovlivňuje jen menší podíl vnitřních prostorů. V těchto prostorech obvykle nejsou kladeny tak vysoké nároky na tepelnou pohodu, jako v prostorech bytových, a navíc je snadnější teplo, pokud je zde nežádoucí, odvětrat.

Dále tedy uvažujeme pasivní rodinný dům s obytnou plochou 130 m² a se 4 stálými obyvateli.

2. Solární tepelné zisky

Pro rodinný dům se čtyřmi stálými obyvateli uvažujeme pro přípravu TV solární soustavu o apertuře 5,5 m² s měrným solárním ziskem na kolektorech 420 kWh·m^–2·a^–1. Celkový solární zisk kolektorů předpokládáme 2310 kWh·a^–1 Tepelné ztráty TZSOL části soustavy umístěné v domě odhadneme na úrovni cca 18 %, tj. 416 kWh·a^–1. Zkoumané období je duben až září, tj. 6 měsíců. Na ně připadá cca 75 % ročního solárního zisku, což představuje tepelný zisk do budovy, tedy TZSOL, cca 312 kWh·a^–1. Tato hodnota se může u jednotlivých případů lišit podle provedené soustavy, solárního pokrytí a způsobu provozu. Uvažuje se přibližně střední hodnota [4]. V tomto období rodinný dům nevyžaduje vytápění a TZSOL lze považovat za nežádoucí.

Obr. 1 •

3. Tepelné zisky z přípravy teplé vody

Předpokládáme-li 4 trvale bydlící osoby s denní spotřebou teplé vody 45 l·osoba^–1·den^–1, roční potřeba tepla pro ohřev bude 3430 kWh·a^–1. Tepelné ztráty z rozvodného potrubí TV do domu uvažujeme 40 %, tj. 1370 kWh·a^–1.

Část tepla ze spotřebované teplé vody se uvolní do vnitřního prostředí, jak odparem, tak přes odpadní potrubí do stěn aj. Tuto ztrátu odhadujeme na 25 %. Celkový roční tepelný zisk pro vytápění domu z provozu rozvodů teplé vody bude 1370 + 860 = 2230 kWh a pro uvažovaných 6 měsíců budou tyto zisky ve výši 1120 kWh [2].

4. Sluneční pasivní zisky budovy

Simulací provozu pasivního domu o ploše 130 m² byly pro běžný provoz vypočteny pasivní solární zisky ve výši 4250 kWh·a^–1. Pro období duben až září bude využito jen 65 % (svislé prosklené plochy), tj. 2760 kWh [3].

5. Vnitřní tepelné zisky

Zde jsou zahrnuty zisky od osob (metabolického tepla) a tepla uvolňovaného umělým osvětlením. Není zde zahrnuta energie potřebná pro provoz domovní techniky a domácí spotřebiče. Celo­roční potřeba dle simulace vychází 4120 kWh, pro duben až září pouze 45 %, tj. 1650 kWh [3].

6. Domácí spotřebiče

Dle standardů EU a ČEZ je celková roční spotřeba domácnosti 3500 kWh. Pro období duben až září to bude 1750 kWh [2].

7. Souhrn tepelných zisků za 6 měsíců letního provozu

TZSOL, tedy tepelné zisky, které jsou tepelnými ztrátami z rozvodů solární soustavy v domě, představují ze souhrnu 310 kWh, tedy pouze 4,1 %. Je to malá část ze všech pasivních zisků domu a bilanci zásadně neovlivňuje. Podíl TZSOL je možné dále snížit zesílenou tepelnou izolací potrubí, akumulační nádrže, umístěním potrubí do šachty. Jejich výše roste s růstem solárního pokrytí. Solární pokrytí vychází z projektu, ze záměru investora a optimalizace nákladů vůči výnosům. Teoreticky je tedy možné do optimalizace velikosti solárního pokrytí zahrnout i vliv TZSOL, ale vzhledem k jejich malému podílu se to nejeví jako účelné.

Zjednodušeně se uvažuje, že na 1 kWh strojně vyrobeného chladu je nutné vynaložit 4 kWh elektřiny. V našem případě by si strojní chlazení 310 kWh nežádoucího tepla z TZSOL vyžádalo 1240 kWh. Uvažovaných 310 kWh tepla však není obvykle rovnoměrně rozprostřeno do celého domu, znatelné nežádoucí zvýšení teploty vnitřního prostředí se týká jeho menší části. V chladném období jsou TZSOL pro objekt naopak přínosem. Proto je při snižování energetických nároků strojního chlazení spojených s odváděním nežádoucích pasivních tepelných zisků domu mnohem důležitější věnovat pozornost ostatním položkám, především omezit průnik tepelné části slunečního záření do domu okny optimalizací zastínění nebo omezit únik tepla do domu ze soustavy přípravy  V. Nezanedbatelným přínosem bude i volba domácích spotřebičů s velmi nízkou spotřebou energie.

Graf 1 • Rozdělení potřeb tepla v různých domech

Prameny

1. TNI 73 0329 Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na výtápění – Rodinné domy (únor 2009).
2. Větrání a vytápění nízkoenergetických domů. Sborník, STP 2008
3. KALOUSEK, Miloš – KÚDELA, Pavel: Energetické bilance oken, solární zisky a ztráty v pasivních domech, 10. 3. 2008, dostupné na www.tzb-info.cz
4. MATUŠKA, Tomáš: Bilancování energetických úspor solárních soustav. In: Ekonomika solárních soustav v souvislostech, STP 2009.

Effect of the solar heat gains on the passive house energy balance

This paper deals with heat gains from solar system. Heat gains in the passive house equipped with solar system were calculated. Gains were compared with building energy consumption. The calculation was made on the example. Summer period was also evaluated.

Keywords: heat gains, solar heat gains, passive house