Solární systémy pro bytové domy

Vždyť více než 40% obyvatel naší republiky žije právě v objektech s více bytovými jednotkami. Spotřeba teplé vody v těchto objektech není rozhodně zanedbatelná a náklady na její přípravu ještě méně, protože se v mnoha případech jedná o velmi zanedbané systémy pracující s velkými tepelnými ztrátami hlavně v distribuční cestě od výměníkové stanice, či výtopny ke konečnému spotřebiteli a tedy s nízkou účinností vedoucí k vysoké ceně právě pro koncového zákazníka. Zvyšující se ceny energií však již dnes začínají vést k rostoucí poptávce pro úspory energie na přípravu teplé vody právě v těchto objektech. Pro větší informovanost bytových družstev a společenství vlastníků o dané problematice bychom rádi uvedli konkrétní příklad výpočtu velikosti a předpokládaných úspor velkoplošného solárního systému pro podporu přípravy teplé vody (TV) v bytovém domě v Brně ve vlastnictví bytového družstva.

Důležitá jsou vstupní data

Aby mohlo být navrženo kolektorové pole optimální velikosti, je nutné znát konkrétní údaje o spotřebě teplé vody v objektu (důležité pro návrh solárního systému), případně i spotřebě energie, které je nutná pro její ohřev pokud je příprava TV realizována přímo v objektu (důležité pro kalkulaci úspor solárního systému). Pro optimalizaci výpočtu je výhodné znát spotřebu TV v jednotlivých měsících, protože mnohdy existují větší rozdíly ve spotřebě TV mezi jednotlivými měsíci hlavně mezi letním a zimním obdobím. Nejdůležitější údaj je denní spotřeba TV v objektu, podle které se velikost solárního systému navrhuje. Tento údaj však není vždy k dispozici, ale lze ho stanovit výpočtem, podle spotřeby TV za 1 měsíc, nebo pokud ani tento údaj není k dispozici, lze denní spotřebu TV stanovit na základě počtu osob trvale žijících v objektu a průměrné spotřeby TV na 1 osobu a den.

Pro konkrétní příklad bytového domu v Brně existovala měsíční data o spotřebě TV v několika letech zpětně. Proto bylo snadné vytvořit si přehled o spotřebě TV v objektu, stanovit minimální denní spotřebu TV v letním období a tedy i energii potřebnou pro její přípravu.

Průměrná denní spotřeba TV v měsíci červenci byla stanovena na 8 m3. Pro standardní podmínky přípravy TV (studená voda o teplotě 10°C, požadovaná teplota TV 55°C) je pro ohřev tohoto objemu potřeba 420 kWh/den, připočtením tepelných ztrát rozvodů TV, cirkulace a akumulace (běžně 30 – 50%) byla minimální denní potřeba energie stanovena na 550 kWh/den.

Příklad a filosofie návrhu solárního systému

Pro větší systémy přípravy TV se z hledisek provozu, investičních nákladů a kalkulace návratnosti většinou navrhují ploché kolektory se spektrálně selektivní vrstvou a izolací, umožňující celoroční efektivní provoz solárního systému.

Aby provozem solárního systému nevznikaly výraznější přebytky energie v letním období, tj. v období s nejnižší spotřebou TV v bytových domech a zároveň období největších solárních zisků, provádí první odhad potřebné kolektorové plochy pro provoz solárního systému právě pro měsíc červenec (na rozdíl od malých solárních systému, a běžně navrhovaných pro měsíce duben nebo září).

Stanovení plochy kolektorů lze provézt buď klasickým přesnějším výpočtem přes koeficienty účinnosti solárních kolektorů, meteorologické údaje pro danou lokalitu (teploty, sluneční záření, atd.), nebo odhadem potřebné plochy kolektorů z údajů maximálních a průměrných zisků jednotlivých kolektorů. Pro předběžný odhad plochy kolektorů postačuje rychlejší druhý postup, kdy z údajů zjištěných dlouhodobým měřením jednotlivých kolektorů v různých systémech byly stanoveny průměrné denní zisky jednotlivých kolektorů při slunečném dnu v systému přípravy TV. Plochý kolektor Regulus KPC1 nejčastěji používaný pro systémy přípravy TV s aktivní plochou 1,87 m2 vykazuje průměrný denní zisk 7-7,5 kWh, tzn. cca 3,8 kWh/m2 kolektoru.

Podílem denní potřeby energie 550 kWh a možným ziskem z 1m2 kolektoru 3,8 kWh stanovíme celkovou požadovanou plochu solárního kolektoru na 145 m2. To odpovídá přibližně 80 kolektorům Regulus KPC1. Takto navržená velikost solárního systému, nebude vykazovat žádné letní přebytky energie a bude téměř po celý rok nutné provádět dohřev TV bivalentním zdrojem (v létě minimálně, v zimně větší část). Solární soustava navržená tímto způsobem vykazuje celoročně vysoké měrné zisky z m2 kolektoru a návratnost investice do solárního systému tedy bývá optimističtější, nicméně vzhledem k nutnosti většího dohřevu bivalentním zdrojem přináší celkové nižší úspory na celoroční přípravě TV. Při použití plochých kolektorů a dostatečně dimenzované velikosti akumulace solární energie, lze (a investor na tom obyčejně i trvá) navýšit plochu solárního systému, aby se na úkor návratnosti investice zvýšil podíl solární energie na celoroční přípravě TV a tedy systém vykazoval celoroční vyšší úspory na energii bivalentního zdroje.

Možnost zvětšení návrhové plochy kolektorů je v mnoha případech omezena velikostí plochy vhodné pro instalaci kolektorů. Na stávajících střechách objektů mohou být prvky omezující možnost montáže kolektorů (strojovny výtahů, vzduchotechnika, odvětrání, apod.). Proto po předběžném stanovení potřebné plochy kolektorů následuje studie a zaměření střechy konkrétního objektu, návrh optimálního umístění a ukotvení solárních kolektorů se stanovením maximálního počtu solárních kolektorů na daném objektu. Tento se pak porovnává s vypočtenou požadovanou plochou kolektorů.

Pokud je dispoziční plocha nižší než plocha potřebná, je vytvořena konkrétní simulace a výpočet zisků solárního systému s využitím maximálního možného počtu kolektorů. Vypočtená data jsou předložena investorovi, ten se pak rozhoduje, zda je pro něj investice do poddimenzovaného solárního systému ještě výhodná. Jak ale již bylo zmíněno, poddimenzované solární systémy sice přináší nižší úspory na celoročním provozu systému přípravy TV, ale vykazují velké měrné zisky na m2 kolektorové plochy, tudíž návratnosti investic do těchto solárních systémů bývají krátké a investory většinou přesvědčí o výhodnosti instalace i menšího solárního systému.

Pokud je zjištěná dispoziční plocha větší než vypočtená předběžná, navrhnou se obvykle 2 varianty instalace solárního systému:

– varianta s nulovými přebytky energie (už zmíněná dříve, s vypočteným optimálním počtem kolektorů)

– varianta s letním přebytkem energie s vyšším solárním podílem na celoroční přípravě TV

Bilance solárního systému a vyčíslení úspor

Nejdůležitějším parametrem pro investora je jeho rozhodnutí a samozřejmě výsledek v podobě vyčíslení celkových investičních nákladů a vyčíslení nákladů provozních, popř. úspor oproti stávajícímu systému přípravy teplé vody.

Pro již zmiňovaný bytový dům byla stanovena maximální dispoziční plocha pro instalaci 120 kolektorů a po dohodě s investorem byly vytvořeny 2 varianty velikosti solárního systému. Varianta A s 80 kolektory Regulus KPC1 a varianta B se 100 kolektory Regulus KPC1. Pro tyto varianty byly zpracovány simulace provozu a úspor jednotlivých variant (viz graf.1. a tab.1.).

Graf 1. – Bilance potřeby energie pro přípravu TV
a solárních zisků varianty A (80 kolektorů) a varianty B (100 kolektorů)

Tab 1. – Roční bilance provozu jednotlivých variant solárních systémů

Pro předpokládané zdražení energie byl proveden výpočet celkových nákladů na přípravu TV se stávajícím systémem a jednotlivými variantami s výhledem na 20 let a předpokládaným nárůstům cen energii o 7% za 1 rok (viz graf. 2.). Cena za 1 kWh pro počátek simulace (stávající stav) je 2 Kč. Předpokládané návratnosti obou systémů se pohybují kolem 9-10 let.

Správná cesta? Rozhodně ano!

S rostoucími cenami energií se snižuje i návratnost investic do solárních systémů pro bytové domy. Bytovým družstvům a společenstvím vlastníků, které vyřešili zateplením fasády objektu a výměnou oken vysoké náklady na vytápění se tak otvírá reálná možnost dalších úspor na provozu objektu a další snížení závislosti na rostoucích cenách energií. Teplá voda dnes již nepatří ke komfortu, nýbrž ke standardu našich domácností a její příprava by měla být jednoznačně efektivní, levná a ekologická. Solární systémy jedinečně snoubí všechny tyto požadavky a stále více se ukazuje, že mají velkou šanci se v budoucnu stát nedílnou součástí všech systémů pro přípravu TV. Díky používaným materiálům a životnosti více než 25 let, nemůže žádný investor udělat instalací solárního systému chybu. Jedinou podmínkou je tedy profesionalita dodavatelské firmy a správný návrh solárního systému. V tomto roce se objevila velice významná možnost podpory výše popsaných soustav pomocí dotačního programu Zelená úsporám. Obě bilancované varianty splňují podmínky pro udělení dotace, tzn. měrný roční zisk větší než 350 kWh/m2 (např. ve variantě A vychází měrný zisk 548 kWh/ m2) a celkový roční solární zisk větší než 1.000 kWh na jednu bytovou jednotku. Opět uvedeme hodnotu pro variantu A, která dle metodiky přijímané Státním fondem životního prostředí vychází 1.124 kWh/rok. V objektu se nachází 73 bytových jednotek. Po úpravách podmínek dne 10. srpna 2009 by každá bytová jednotka mohla získat z programu Zelená úsporám 25.000,- Kč, tzn. celý objekt celkem 1.825.000,- Kč. Při předpokládaných nákladech 2.200.000,- pro Variantu A by dotace činila neuvěřitelných 83%. O kolik let se tak zkrátí předpokládaná návratnost systému, necháme na čtenáři. Veškerá potřebná data jsou v tomto článku k dispozici.

Zdroj a foto: Bc. Stanislav Němec, Jiří Kalina – REGULUS spol. s r.o.,
www.regulus.cz