Symulacje na dachu. Jak poprawnie dobrać system kolektora słonecznego.

Dobór instalacji uzależniony jest od stopnia złożoności systemu oraz od wiedzy i doświadczenia osób projektujących instalację. Proste instalacje i mniejsze doświadczenie w doborze wymusza stosowanie mniej skomplikowanych, ale pewnych narzędzi doboru. Bardziej skomplikowane systemy – łączące w sobie wiele wariantów zaopatrzenia w ciepło oraz wiele odbiorników ciepła wymusza zastosowanie bardziej rozwiniętych narzędzi. Niniejszy artykuł poświęcony będzie możliwym sposobom prawidłowego
doboru instalacji. Sposoby doboru instalacji Doświadczenia w wykorzystaniu kolektorów słonecznych sięgają w naszym kraju lat siedemdziesiątych, kiedy zostały zbudowane pierwsze eksperymentalne instalacje w naszym kraju. Pojawiające się coraz bogatsze doświadczenia związane z doborem i montażem instalacji kolektorów słonecznych wykorzystywane były i są z różnych metodach doboru – projektowania systemów słonecznych. Dobór instalacji kolektora słonecznego może bazować na wykorzystaniu:
 nomogramów,
 obliczeń,
 prostych programów obliczeniowo–symulacyjnych,
 zaawansowanych narzędzi symulacyjnych.
Każda ze stosowanych metod ma swoje zalety i wady, które chciałbym przedstawić wraz z wytycznymi związanymi z doborem, wykorzystując daną metodę.
Nomogram Nomogramy służą do szybkiego i często zgrubnego doboru instalacji kolektora słonecznego. Stosowane są dosyć rzadko, jedynie na etapie przedinwestycyjnym (dla oszacowania wielkości instalacji). Bazują one na dokumentacji technicznej producentów. Zaletą tej metody jest szybkie oszacowanie wielkości instalacji. Podstawową wadą jest bardzo zgrubny szacunek, spowodowany faktem braku konkretnych wytycznych, na podstawie jakich został zbudowany dany nomogram (są to często doświadczenia użytkowe). Z praktycznego punktu widzenia jest coraz rzadziej stosowany. Obliczenia Dzięki obliczeniom można dobrać (zwymiarować) większość elementów systemu słonecznego. Obliczenia bazują na zapotrzebowaniu na c. w. u. i zapotrzebowaniu na c. o., dostępnej ilości promieniowania słonecznego oraz wymaganej ilości energii pozyskanej ze słońca. Zaletą tej metody jest możliwość dobrego dopasowania instalacji do wymagań. Sposób obliczeń jest klarowny dla odbiorcy kolektorów (wszystko przedstawione jest w toku obliczeń). Dobrze przeprowadzone obliczenia mogą być też bazą dla zrozumienia działania instalacji i uwarunkowań panujących podczas pracy instalacji. Jedyną wadą metody obliczeniowej jest mniejsza dokładność niż przy wykorzystaniu programów symulacyjnych. Wymaga też większego nakładu czasu i doświadczenia.
Proste programy obliczeniowo-symulacyjne Wykorzystanie takich programów jest najpopularniejszym sposobem doboru instalacji kolektora słonecznego i to zarówno dla osób średnio rozeznanych w tematyce, jak również profesjonalistów. Programy wykorzystuje się dla standardowych, prostych, powtarzalnych obliczeń. Pozwalają na automatyczny, szybki dobór i symulację działania bez wchodzenia w szczegóły związane z ruchem ciepła i masy, zagadnień techniki słonecznej. Umożliwiają szybką zmianę parametrów elementów instalacji i uzyskanie równie szybkiego wyniku takiej zmiany. Programy te pozwalają również na określenie m.in. uzysku energii słonecznej, tzw. pokrycie słoneczne, ekonomicznej oraz ekologicznej strony inwestycji. Wadami takich programów jest często koszt nabycia programu i jego aktualizacji.
Ze względu na dużą popularność tej metody doboru oraz „łatwość doboru” poświęcę więcej czasu omówieniu działania takich programów. Na rynku dostępnych jest parę tego typu narzędzi,m.in. fchart, Getsolar, Kolektorek, Polysun, T–sol. Niektóre z nich (fchart, Polysun) dostępne są w oryginalnej wersji językowej, inne zostały przetłumaczone na polski (Getsolar, T-sol). Całkowicie polskimprogramem jest Kolektorek, który jest programem darmowym. Programy zagraniczne mogą mieć ograniczone zastosowanie ze względu na ograniczoną bazę danych klimatycznych czy też produktów dostępnych na naszym rynku.
Programy powyższe charakteryzują się: prostotą obsługi, a zarazem dużymi możliwościami. Pozwalają na rozpatrywanie różnych wariantów instalacji (pod względem technicznym, instalacyjnym, energetycznym i ekonomicznym) celem wyboru najbardziej optymalnego. Przystępując do doboru instalacji, należy przeprowadzić obliczenia
wstępne mające na celu określenie zapotrzebowania na c. w. u. oraz wybrać lokalizację instalacji. Określenie zapotrzebowania na ciepłą wodę jest podstawową wielkością pozwalającą określić zapotrzebowanie na ciepło potrzebne do jej ogrzania. Kierując się różnego rodzaju wytycznymi i weryfikując założenia z warunkami rzeczywistymi, określa się zapotrzebowanie na c. w. u., które umieszcza się w programie. Po określeniu temperatury zimnej wody i żądanej temperatury wody program określa zapotrzebowanie na ciepło. Istotnym krokiem jest określenie lokalizacji instalacji słonecznej poprzez ustalenie warunków klimatycznych miejscowości, w której ma być
zainstalowany kolektor słoneczny. Wprogramach są zaimplementowane dane dotyczące miejscowości w kraju jak i za granicą (dotyczące: nasłonecznienia, temperatury i usłonecznienia). Określając te dane oraz kierunek i kąt nachylenia kolektora (można też zastosować urządzenie podążalne za słońcem), „program wie”, jaką ilość energii może pozyskać kolektor. Najczęściej możliwe jest samodzielne wprowadzenie danych dotyczące innych lokalizacji. W niektórych programach możliwe jest określenie zacienienia kolektora. W programach zaimplementowane są różne schematy/warianty instalacji (najczęściej: układ c.w.u. z jednym zbiornikiemi jedną lub dwoma wężownicami, układ c.w.u. z dwoma zbiornikami, układ c.o. i c.w.u. z zasobnikiem grzewczym i zbiornikiem c.w.u., układ c.o. i c.w.u. ze zbiornikiemtypu kombi, ogrzewanie basenu itd.). Kolejną sprawą jest określenie wielkości zbiornika c.w.u. (ewentualnie c.o.) oraz strat ciepła. Powiązanie tych dwóch spraw jest logiczne, bowiem największe straty występują właśnie na zbiorniku. Niektóre programy pozwalają na obliczenie ich, podając temperaturę pomieszczenia, w którym znajduje się zbiornik, charakterystyki zbiornika oraz temperatury gromadzonej wody. Sprawą istotną jest określenie czasu (pory roku), kiedy zamierza się korzystać z c.w.u. oraz wielkości zbiornika wynikające z zapotrzebowania na ciepłą wodę zwielokrotnionego przez czas, w jakim chcemy, aby ta woda była gromadzona.
W niektórych przypadkach określenie strat ogranicza się do pojemności zbiornika i współczynnika przenikania ciepła przez izolację. W programach zawarta jest baza zbiorników, które przypisane mają straty ciepła. Można wprowadzić własne zbiorniki. Kolejne źródło strat obejmuje straty na instalacji. Celem obliczenia ich konieczne jest określenie jej długości oraz przekroju i zastosowanej izolacji. Określa się powierzchnię i rodzaj kolektora. Kolektor słoneczny ma na celu zapewnienie pozyskania odpowiedniej ilości energii na podgrzanie c. w. u. powiększonej o straty energii. Na samym początku określa się rodzaj zastosowanego kolektora.
Najprostszym rozwiązaniem jest wybór kolektora z zamieszczonej bazy danych. Kolektory tam umieszczone mają wszystkie niezbędne parametry, jakie będą potrzebne do dalszych obliczeń (współczynniki przenikania ciepła: k1 ik2, sprawność optyczną, powierzchnię czynną, jednostkowe natężenie przepływu i spadek ciśnienia, pojemność absorbera). Niektóre programy oferują możliwość szybkiego porównania graficznego kolektorów ze sobą.
Określenie ilości kolektorów bazuje na wyliczeniu wymaganej powierzchni dla pokrycia potrzeb na ciepło (w danym procencie) dla całego okresu lub poszczególnych miesięcy. Domeną takich programów jest możliwość śledzenia wpływu poszczególnych parametrów pracy instalacji (ilość kolektorów, wielkość zbiornika, ukierunkowanie kolektorów) na stopień pokrycia zapotrzebowania na energię przez kolektory słoneczne. Nie mniej ważnymi elementami doboru instalacji słonecznej jest określenie pojemności naczynia wzbiorczego, wielkości pompy (wielkość przepływu) oraz strat ciśnienia. Urządzenia te również najczęściej można dobrać w programach. Sposób połączenia (równoległe, szeregowe, szeregowo-równoległe) wpływa na sposób pracy instalacji, temperaturę czynnika roboczego oraz na straty ciśnienia. Celem określenia dokładnych strat ciśnienia niekiedy wprowadza się również pozostałe elementy instalacji (kolanka, zawory, trójniki), by obliczyć całkowity spadek ciśnienia. Pompę obiegową dobiera się z załączonej bazy. Domeną programów doborów symulacyjnych jest określenie aspektu energetyczno-ekonomicznego przedsięwzięcia (określając ilość pozyskanej energii w okresie pracy instalacji i konfrontując to z energią i kosztem pozyskania z alternatywnego źródła energii). Rozważania przedstawiane są najczęściej graficznie, co zapewnia dużą czytelność informacji. Chodzi tu o najbardziej rozbudowane narzędzia. Najbardziej znanym i rozbudowanym narzędziem jest TRNSYS. Pozwala zająć się całkowitym bilansem cieplnym systemu budynku. Posiada zaimplementowane bogate biblioteki produktów (urządzenie grzewcze, wentylacyjne, chłodnicze), warunków zewnętrznych (z różnych miejsc na świecie). Wykorzystywane jest przez inżynierów oraz jednostki naukowe. Wszystko opiera się na budowie (korzystaniu) z modeli i interpretowaniu otrzymywanych podczas symulacji wyników. Wadą jest konieczność przeprowadzenia szkoleń ze względu na rozbudowany system oraz cenę samego narzędzia. W niniejszym artykule opisałem różne metody doboru kolektorów słonecznych, wskazując na proste programy obliczeniowo-symulacyjne jako dobre i skuteczne narzędzie. Są one dobrym i coraz częściej stosowanym rozwiązaniem przyśpieszającym proces doboru kolektora, ale również zmniejszającym ryzyko powstania
kosztownych pomyłek.

dr inż. Krystian Kurowski
| str. 30 | str. 31 |

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij