ogrzewamy.pl > Poradniki > Kolektory słoneczne > Kolektory płaskie > Kolektory słoneczne do c.o. i c.w.u.

Kolektory słoneczne do c.o. i c.w.u.

Kolektory słoneczne do c.o. i c.w.u.

Kolektory słoneczne do c.o. i c.w.u.

Dobór kolektorów i wyposażenia instalacji solarnej jest specyficznym zagadnieniem. Dla oceny opłacalności inwestycji ważną informacją będzie ile energii cieplnej w ciągu roku uzyskamy dzięki kolektorom słonecznym (kWh/m2rok) i w jakim stopniu pokryje ona zapotrzebowanie na ciepło budynku – ile oszczędzimy na kosztach głównego źródła ciepła.

Niezależnie od przeznaczenia instalacji solarnej musimy szukać kompromisu – dobrać taką powierzchnię kolektorów aby uzyskać z nich jak najwięcej ciepła jednocześnie zapobiegając częstym przegrzewom w instalacji i negatywnym skutkom jakie mogą powodować.

Zbyt mała powierzchnia kolektorów w mniejszym stopniu pokryje zapotrzebowanie na ciepło, tym samym oszczędności na kosztach ogrzewania będą mniejsze. W takich instalacjach kolektory są intensywnie schładzane przez czynnik grzewczy (niskie temperatury pracy), co prowadzi do częstego i długotrwałego zaparowania szyby kolektorów.

Jeśli zastosujemy zbyt dużą powierzchnię kolektorów (przewymiarowana instalacja), doprowadzi to do nadwyżek ciepła, które nie zostaną wykorzystane. Szczególnie instalacje solarne do ogrzewania wody użytkowej i wspomagania ogrzewania budynku powinny być starannie zaprojektowane aby w jak największym stopniu ograniczyć przegrzewy w okresie letnim, kiedy promieniowanie słoneczne jest najintensywniejsze a nie wykorzystujemy go do ogrzewania budynku.

Przy braku odbioru ciepła z kolektorów wzrasta temperatura płynu solarnego w efekcie czego odparowuje. Częste przegrzewy będą prowadzić do degradacji czynnika roboczego, który straci swoje właściwości i może zamieni

się w „galeretę” zanieczyszczając instalację. Przegrzewy spowodują wzrost ciśnienia i zadziałanie zaworu bezpieczeństwa, który wyrzuci część płynu z instalacji. Mogą również prowadzić do uszkodzenia elementów instalacji: pompy solarnej, naczynia przeponowego itp.

Jedynym sposobem na optymalny dobór i przybliżenie rzeczywistych warunków pracy instalacji z kolektorami słonecznymi, jest wykonanie obliczeń z wykorzystaniem programów komputerowych. Pozawalają uniknąć błędów projektowych związanych przede wszystkim z niewłaściwie dobraną powierzchnią kolektorów, pojemnością podgrzewacza wody użytkowej czy zasobnika wody grzewczej. Przede wszystkim pozwalają na optymalizację doboru wszystkich elementów instalacji solarnej dla danego budynku i różnych wariantów rozwiązań. Analizując wyniki obliczeń łatwo możemy określić ile oszczędności przyniesie dane rozwiązanie i czy inwestycja będzie uzasadniona ekonomicznie.

Zobaczmy wyniki doboru instalacji kolektorów dla konkretnego budynku, w którym kolektory słoneczne mają ogrzewać wodę użytkową i wspomagać centralne ogrzewanie. Obliczenia wykonano programem ESOP dla domu dwurodzinnego w Warszawie, w którym mieszka sześć osób. Instalacja grzewcza została wykonana kilka lat temu, obecnie inwestor planuje jej rozbudowę o kolektory słoneczne.

Dane budynku:

  • powierzchnia pomieszczeń ogrzewanych: 324 m2,
  • obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło budynku: 18 kW,
  • zastosowano kocioł gazowy o mocy 22 kW wyposażony w regulator pogodowy,
  • instalacja grzewcza w budynku podzielona została na dwa niezależne obiegi grzewcze: ogrzewanie podłogowe na powierzchni 100 m2 i temperaturze wody grzewczej 35/20°C; w pozostałej części budynku – grzejniki, zaprojektowane na temperaturę wody 55/40°C,
  • woda użytkowa ogrzewana jest w podgrzewaczu o pojemności 200 litrów,
  • wymagana temperatura ciepłej wody: 50°C,
  • w instalacji wody użytkowej zastosowano cyrkulację,
  • dach skierowany idealnie na południe, pochylony do poziomu pod kątem 40°.

 

Dobór instalacji solarnej wykonano dla kilku wariantów rozwiązań – symulacja wykonana przez producenta systemów solarnych.

 

Wariant 1. Płaskie kolektory słoneczne wspomagają ogrzewanie budynku i wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 15 m2. Wykorzystano istniejący podgrzewacz 200 litrów, w którym woda użytkowa ogrzewana jest przez kocioł gazowy. Dla kolektorów słonecznych zastosowano dodatkowy podgrzewacz o pojemności 500 litrów wyposażony w wężownicę grzewczą. Łączna pojemność podgrzewaczy wody użytkowej: 700 litrów.

Kolektory słoneczne wspomagają ogrzewanie budynku przez zasobnik buforowy wody grzewczej o pojemności 1000 litrów – wyposażony w wężownice grzewczą.


 

Wariant 2. Kolektory próżniowe do wspomagania ogrzewania budynku i wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 12 m2. Wyposażenie instalacji solarnej jak w wariancie 1.


 

Wariant 3. Płaskie kolektory słoneczne do wspomagania ogrzewania budynku i wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 15 m2. Istniejący podgrzewacz wody użytkowej 200 litrów zastąpiono biwalentny o pojemności 300 litrów (wyposażony w dwie wężownice grzewcze).

Kolektory ogrzewają wodę z instalacji grzewczej budynku przez wymiennik płytowy, która następnie magazynowana jest w zasobniku o pojemności 900 litrów.


 

Wariant 4. Kolektory próżniowe do wspomagania ogrzewania budynku i wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 12 m2. Wyposażenie instalacji solarnej jak w wariancie 3.


 

Wariant 5. Płaskie kolektory słoneczne do wspomagania ogrzewania wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 7,5 m2. Do istniejącego podgrzewacza 200 litrów dołożono drugi dla kolektorów słonecznych o pojemności 500 litrów – łączna pojemność podgrzewaczy wody użytkowej 700 itrów.


 

Wariant 6. Kolektory próżniowe do wspomagania ogrzewania wody użytkowej – powierzchnia czynna absorberów 6,4 m2. Wyposażenie instalacji solarnej jak w rozwiązaniu 5.

 

Tabela 1. Wyniki obliczeń

Wariant 1 Wariant 2 Wariant 3 Wariant 4 Wariant 5 Wariant 6
Przeznaczenie instalacji kolektorów
c.w.u+c.o. c.w.u+c.o. c.w.u+c.o. c.w.u+c.o. c.w.u. c.w.u.
Ilość kolektorów
6 płaskich 4 próżniowe 6 płaskich 4 próżniowe 3 płaskie 2 próżniowe
Łączna powierzchnia czynna absorberów [m2]
15 12,8 15 12,8 7,5 6,4
Napromieniowanie na powierzchnię kolektorów w ciągu roku :[kWh][kWh/m2]
172601150,97 147701150,97 172601150,97 147701150,97 86301150,97 73901150,97
Energia uzyskana z kolektorów w ciągu roku[kWh][kWh/m2]
6650443,45 7970620,64 6010400,65 7410577,02 3930523,97 4420688,8
Energia uzyskana z kolektorów w ciągu roku, po uwzględnieniu strat w instalacji solarnej[kWh][kWh/m2]
5860390,82 6790528,71 5140342,35 6060472,49 3610481,8 4000622,66
Zapotrzebowanie energii do ogrzewania ciepłej wody użytkowej [kWh/rok]
5100 5100 5100 5100 5070 5070
Zapotrzebowanie energii do ogrzewania budynku [kWh/rok]
38140 38140 38140 38140
Energia z instalacji solarnej w ciepłej wodzie użytkowej [kWh/rok]
4330 4770 3830 4470 3340 3660
Energia z instalacji solarnej dostarczona do ogrzewania budynku[kWh/rok]
523,44 739,9 814,44 1052,66
Doprowadzona dodatkowa energia z kotła gazowego [kWh/rok]
40130 39540 40430 39730 3280 2994,63
Oszczędność paliwa (gazu ziemnego) [m3/rok]
605,1 675,6 564,1 662,7 407,6 444,6
Zmniejszenie emisji CO2 [kg/rok]
1372,7 1532,7 1279,7 1503,5 924,8 1008,7
Stopień pokrycia przez instalację solarną zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania wody użytkowej, w ciągu roku
63,20% 69,00% 55,20% 62,80% 50,50% 55,00%
Stopień pokrycia przez instalację solarną zapotrzebowania na ciepło dla ogrzewania budynku, w ciągu roku
1,37% 1,94% 2,10% 2,80%
Całkowite pokrycie zapotrzebowania na ciepło przez instalację solarną
10,80% 12,20% 10,30% 12,20%
Sprawność instalacji solarnej (z uwzględnieniem strat ciepła w kolektorach, orurowaniu, podgrzewaczu/zasobniku itp.)
28,10% 37,30% 26,90% 37,40% 38,70% 49,50%
Obniżenie kosztów ogrzewania (oszczędności) dzięki instalacji solarnej, przy założeniu, że cena gazu wynosi: 2 PLN/m3 brutto. [PLN/rok]
1210 1351 1128 1325 815 889

 

Symulację komputerową wykonano dla kolektorów słonecznych płaskich i próżniowych o wysokich sprawnościach pracy. Często można spotkać się z opinią, że kolektory próżniowe są lepsze od płaskich – i tak jest w rzeczywistości. Jednak wynika z tego jedynie to, że w tej samej instalacji możemy zastosować mniejszą powierzchnię kolektorów próżniowych niż płaskich. Porównując wyniki obliczeń dla tego samego rozwiązania instalacji ale z różnymi kolektorami (wariant 1 i 2), przekonamy się, że uzyski ciepła i oszczędności z obu instalacji będą zbliżone. Dzięki kolektorom próżniowym dodatkowo oszczędzimy na kosztach zakupu gazu jedynie 141 PLN w ciągu roku. Przy czym koszt zakupu kolektorów próżniowych będzie znacznie wyższy niż płaskich.

W rozwiązaniu 1 i 2 kolektory wspomagały ogrzewanie budynku i wody użytkowej. Zobaczmy jak wygląda porównanie kolektorów płaskich i próżniowych, które tylko ogrzewają wodę użytkową – wariant instalacji 5 i 6. Tutaj również różnice w ilości uzyskiwanego ciepła i oszczędności w zużyciu gazu będą niewielkie – 74 PLN/rok. Jedyna korzyść z zastosowania kolektorów próżniowych wynika z mniejszej ich powierzchni.

Dzięki programowi łatwo możemy porównać jak zmienią się wyniki obliczeń przy zmianie elementów wyposażenia instalacji solarnej. Na przykład, jeśli zamiast dwóch podgrzewaczy wody użytkowej zastosujemy jeden z dwoma wymiennikami ciepła i zamiast zasobnika wody grzewczej o pojemności 1000 l (z wężownicą grzewczą), zastosujemy zasobnik 900 litrów z zewnętrznym płytowym wymiennikiem ciepła (wariant 1 i 3 lub wariant 2 i 4).

Analizując wyniki symulacji komputerowej łatwo uzyskamy odpowiedź czy warto inwestować w instalację kolektorów słonecznych do ogrzewania budynku, dla konkretnego domu. O ile przy ogrzewaniu wody użytkowej kolektory w ciągu roku pokrywają zapotrzebowanie na ciepło na poziomie ok. 60%, to przy wspomaganiu ogrzewania budynku pokrycie potrzeb wynosi do 3%. Jak łatwo zauważyć, oszczędności na kosztach ogrzewania budynku będą niewielkie i nie zrekompensują wysokich nakładów finansowych poniesionych na wykonanie instalacji solarnej. Natomiast, instalacja kolektorów tylko do ogrzewania wody użytkowej przyniesie wymierne korzyści, jest stosunkowo niedroga w wykonaniu i w zupełności wystarczą do tego kolektory płaskie.

Komentarze (1)

Trackback URL | Komentarze kanał RSS

  1. JanCi pisze:

    dobór powierzchni kolektorów słonecznych jest kluczowy przy decyzji ogrzewania przez solary. Podobnie jak przy wyborze pomp ciepła problemem z jakim się bardzo często spotykam jest odpowiednie oszacowanie mocy pompy. Często ludzie kupują większe pompy niż potrzeba. Z solarami jest podobnie.

Odpowiedź