Úspory energie při ohřevu vody. Solární systém s průtokovým dohřevem „online“
50 % úspora plynu za ohřev vody vznikla modernizací původního zásobníkového ohřevu teplé vody na novou technonologii průtokového plynového ohřevu se zásobníkovým předehřevem vody slunečními kolektory. Úspory lze ještě zvyšovat instalaci větší plochy slunečních kolektorů. Díky laskavosti investora – firmy ETA a.s. jsou měřené hodnoty průběžně monitorovány a vyhodnocovány na internetové adrese http://www.regulus.cz/etasolar.
Koncem loňského roku nás oslovil hlavní energetik firmy ETA a.s. Hlinsko s požadavkem na obnovu technologie přípravy teplé vody (dále jen TUV) v jednom z výrobních objektů. Původně byla příprava TUV realizována pomocí dvou zásobníkových plynových ohřívačů o objemu 325 litrů (výkon každého z nich byl 55 kW) a jedním akumulačním zásobníkem TUV (4000 l). Plánem investora bylo modernizovat dosluhující stávající systém a dále snížit spotřebu energie – tedy provozní náklady na ohřev vody. Navrhli jsme od základu změnit celou technologii přípravy TUV.
Průtokový dohřev s ohřívači Infinity REU2632
Skutečnost, že je odběr TUV během roku prakticky neměnný a časové úseky bez odběru TUV i odběrové špičky se pravidelně a s velmi podobným průběhem opakují, nás směřovalo opět k zásobníkovému ohřevu. Přesto jsme se rozhodli úplně změnit koncepci ohřevu vody a nainstalovat namísto původních zásobníkových ohřívačů kaskádu pěti plynových průtokových ohřívačů Infinity REU2632. Jejich hlavní výhodou je totiž plynulá modulace výkonu, která zajišťuje (jak vyplývá již z názvu ohřívače Infinity) „nekonečný – nevyčerpatelný” průtok teplé vody, navíc o naprosto přesné konstantní teplotě bez ohledu na změny průtoku. Při případném nadměrném požadavku na TUV (překročení kapacity výkonu ohřívačů) totiž neklesne teplota ohřívané vody vystupující z ohřívačů Infinity, ale ohřívače omezí průtok na hodnotu, při které jsou schopny dodržet nastavenou výstupní teplotu.
Jeden ohřívač disponuje výkonem od 3,5 kW do 44,5 kW. V paralelním zapojení pěti ohřívačů je tedy tento výkon znásoben až na hodnotu 222,5 kW, což je s ohledem na počet odběrných míst a vysledovanou současnost odběru dostačující.
Díky obrovskému rozsahu výkonů je vždy ohříváno jen takové množství vody, které je okamžitě spotřebováno. Ohřívače umožňují prostřednictvím připojeného ovladače volit výstupní teplotu TUV. Dostatečnou se ukázala teplota 43°C, na kterou je v tuto chvíli kaskáda ohřívačů Infinity nastavena. Nižší výstupní teplota a ohřev pouze okamžitě spotřebované vody má za následek znatelnou úsporu ve spotřebě zemního plynu oproti předchozímu zásobníkovému ohřevu. Data naměřená investorem jsou součástí online webové aplikace. Kaskáda ohřívačů Infinity byla uvedena do provozu v únoru 2006.
Ohřívače pracují v celém rozsahu výkonu s účinností 82 %. Elektronický regulátor kaskády v závislosti na okamžitém odběru teplé vody připojuje či odpojuje další ohřívače, ohřívače se zapínají dle potřeby také cirkulačním čerpadlem teplé vody, aby teplá voda byla u spotřebiče okamžitě k dispozici.
Předehřev slunečními kolektory Regulus KPC2 BP
Ve druhé fázi modernizace přípravy TUV v závodě ETA Hlinsko jsme navrhli předehřívat vodu pomocí slunečních kolektorů. Na vstupu do kaskády plynových průtokových ohřívačů byl instalován nepřímotopný zásobníkový ohřívač o objemu 1000 l, který je ohříván výhradně solárním systémem. Na ploché střeše objektu je instalováno 10 kusů plochých kolektorů Regulus KPC2 BP o celkové ploše 20 m2. Solární systém je řízen samostatně pomocí diferenciálního regulátoru DeltaSol ES (viz obr. 3) s možností online výstupu na počítač. Regulátor spíná a řídí otáčky oběhového čerpadla na základě rozdílu teploty v zásobníku a teploty na kolektorech. Pro zvýšení celkové účinnosti solárního systému jsme využili zásobníkový ohřívač se dvěma výměníky. Pomocí třícestného přepínacího ventilu regulátor rozhoduje, zda je dostatek sluneční energie k ohřátí teplejší horní časti zásobníku, nebo zda bude využit pouze spodní výměník v chladnější části zásobníku (to v případě málo intenzivního slunečního svitu). Solární systém byl uveden do provozu od června 2006.
Ideální spolupráci solárního systému s průtokovým dohřevem umožňuje sofistikovaný řídící systém Infinity. V momentě, kdy solární systém ohřeje vodu na teplotu alespoň 43 °C, není důvod vodu dohřívat, ohřívače se tedy nesepnou, ale zůstávají otevřené. Voda jimi tedy může volně protékat. Pokud sluneční energie vodu v solárním zásobníku ohřeje na více než 43°C (např. víkend), termostatické směšovací ventily zajistí výstupní požadovanou teplotu smícháním s přívodní studenou vodou.
Monitoring dat a vyhodnocení úspor
Investor souhlasil s uveřejněním všech naměřených hodnot a online monitoringem na internetové adrese http://www.regulus.cz/etasolar, kde jsou pro jakéhokoli uživatele internetu k dispozici aktuální hodnoty průtoku (odběru) TUV v m3/h, teploty na obou kolektorových polích, venkovní teplota, teploty v zásobníkovém ohřívači, výkon oběhového čerpadla solárního okruhu v %, aktuální hodnota intenzity (hustoty energetického toku) dopadajícího slunečního záření v kW/m2, aktuální hodnota spotřeby zemního plynu v m3/h. Ve schématu, které je taktéž součástí internetové prezentace, je zobrazován celkový čas chodu oběhového čerpadla solárního systému. Na primárním okruhu solárního systému je instalován digitální průtokoměr, takže se zobrazuje také aktuální hodnota průtoku. Z hodnoty průtoku a rozdílu teplot před a za solárním výměníkem se průběžně vypočítává množství tepla dodaného solárním systémem. Nově přibude zobrazení teplot vody na vstupu do zásobníku a teploty vody vracející se z cirkulačního okruhu.
Každou hodinu jsou automaticky aktualizována denní data. Údaje za jednotlivé dny zůstávají k dispozici a uživatel, resp. návštěvník webové stránky tak může zpětně dohledat celkové denní solární zisky a spotřeby vody a zemního plynu. Jako poslední údaj je uvedena průměrná venkovní teplota příslušného dne. Tyto údaje se pak sumarizují v poslední rubrice – roční statistika. Zde jsou údaje sečteny dle jednotlivých měsíců a let.
Z porovnání údajů roku 2005 a 2006 vyplývá úspora plynu 50 %. Úspora plynu by mohla být podstatně větší, pokud bychom použili větší plochu slunečních kolektorů. V tomto konkrétním případě by průměrné denní spotřebě TUV odpovídal celkový počet kolektorů 25–30 kusů (50–60 m2).
Rozšíření kolektorů s sebou však přináší i potřebu dalšího zásobníku TUV, čerpadlové skupiny, regulace atd. Pořizovací cena nové technologie by tedy významně převýšila eventuální investici do nových plynových zásobníkových ohřívačů. To by investor jistě akceptoval, kdyby měl jistotu, že když prokáže úspory plynu, dostane státní finanční podporu na solární systém.
Popsaná internetová prezentace tedy může velmi dobře pomoci v rozhodování investorů, zda obnovit dožívající systémy s akumulačními zásobníky TUV ohřívanými tradičními zdroji energie. Nebo spíše využít nové technologie ohřevu vody se zdrojem energie šetrným k našemu životnímu prostředí – slunečním zářením dopadajícím na povrch naší planety.
Tato naše aplikace dokazuje, že cesta šetrná k životnímu prostředí je navíc ekonomická a investorovi přináší rychlou návratnost investice a nezanedbatelné úspory energie i v budoucích letech. Pokud se dočkáme státních dotací na solární systémy pro průmyslové podniky, můžeme určitě očekávat větší počet „ekologicky uvažujících investorů”.
{Spočítejte si Úhel dopadu slunečních paprsků sklonitou rovinu kolektoru v zadaném čase anebo Účinnou část sklonité plochy kolektoru při celodenním slunečním záření - pozn. redakce}
