ABC podgrzewu wody. Solar w szpitalu (1)

Instalacje solarne coraz częściej widujemy na dachach domów jednorodzinnych, spotykamy też kolektory słoneczne obok basenów oraz duże instalacje solarne wspomagające podgrzew ciepłej wody w obiektach użyteczności publicznej. Gdzie jeszcze i w jaki sposób można wykorzystać zasoby energii cieplnej drzemiące w promieniach słonecznych?

Na początek musimy wyjaśnić, że inaczej dobiera się wielkość małej instalacji solarnej na potrzeby domowe, a inaczej projektujemy duże instalacje wykorzystywane do podgrzewu wody użytkowej na potrzeby np. szpitala. Podstawową różnicą jest stopień pokrycia zapotrzebowania na ciepłą wodę przez taką instalację. Na wykresie pokazano najczęściej dobierany stopień pokrycia zapotrzebowania w małych instalacjach solarnych (punkt A) i w dużych instalacjach solarnych (punkt B). Jak widać z wykresu, w przypadku małych instalacji stopień pokrycia zapotrzebowania szacuje się na ok. 50-60% całkowitego zużycia ciepłej wody, natomiast w dużych instalacjach z solarów pokrywamy do 30-40% zapotrzebowania. Łatwo zauważyć, że im mniejszy stopień pokrycia zapotrzebowania, tym większe uzyski energii solarnej z każdego m2 instalacji.

Duże instalacje projektowane są więc na maksymalizację uzysków solarnych, a więc na najefektywniejsze wykorzystanie montowanych (kupionych) kolektorów słonecznych. Mniejsze pokrycie zapotrzebowania eliminuje również trudne do uniknięcia, przy wysokim stopniu pokrycia zapotrzebowania, letnie przegrzewy solarów.

Stopień pokrycia zapotrzebowania to jedyna różnica pomiędzy dużymi i małymi instalacjami solarnymi. Można stwierdzić, że duża instalacja solarna to zupełnie inna filozofia pracy i budowy systemu. Małe przydomowe instalacje składają się tylko z jednego zbiornika wody użytkowej, który jest jednocześnie bezpośrednim odbiornikiem ciepła z solarów i zbiornikiem, z którego czerwienimy ciepłą wodę użytkową. Natomiast w dużej instalacji solarnej przede wszystkim wyróżniamy: obieg ładowania i obieg rozładowania energii solarnej (rys. 1).

  • Obieg ładowania (elementy A, B na rys. 1)

Energia słoneczna, przekształcona w ciepło w instalacji kolektorów słonecznych, zostaje oddana poprzez płytowy wymiennik ciepła zasobnikowi buforowemu wody grzejnej (ewentualnie kilku zasobnikowm połączonym szeregowo, z możliwością ładowania warstwowego). Także systemy posiadające tylko jeden zasobnik buforowy wody grzejnej pozwalają na ładowanie warstwowe z różnymi strefami temperatur. Regulacja przez regulator solarny odbywa sie według zmierzonej różnicy temperatur.

  • Obieg magazynowania (zbiornik buforowy C na rys. 1)

Zasobnik buforowy magazynujący ciepło z instalacji solarnej.

  • Obieg rozładowania (elementy D, E i F na rys. 1)

Przed pojemnościowym podgrzewaczem c.w.u. zainstalowany jest zasobnik podgrzewania wstępnego, do którego doprowadzona jest woda zimna. Następny układ pomiaru różnicy temperatur steruje nagrzewaniem wody w tym zasobniku przez płytowy wymiennik ciepła. Dobre pod względem energetycznym wykorzystanie pojemności zasobnika buforowego wody grzejnej i wysoka sprawność instalacji kolektorów słonecznych warunkowane są możliwie małymi różnicami temperatur pomiędzy:

  • zasobnikiem podgrzewania wstępnego a zasobnikiem buforowym wody grzejnej,
  • zasobnikiem buforowym wody grzejnej a kolektorem słonecznym.

Dlaczego zaleca się stosowanie takiego układu do dużych instalacji solarnych? Myślę, że najpierw musimy zastanowić się, jakiej pojemności musiałby być zbiornik ciepłej wody, gdyby chcieć go dobrać do dużej instalacji solarnej (np. 100 m2 powierzchni czynnej kolektorów słonecznych), czyli zastosować typowy schemat jak na rys. 2.

Wytyczne projektowe sugerują, aby zalecana powierzchnia wężownicy na 1 m2 powierzchni kolektora wynosiła ok. 0,20 m2 powierzchni grzewczej. Jeśli więc nasza instalacja solarna ma 100 m2, to wężownice powinny mieć powierzchnie ok. 20 m2. Typowy biwalentny zbiornik o pojemności 300 litrów posiada wężownice o łącznej powierzchni ok. 2,4 m2. Potrzebowalibyśmy więc przynajmniej 8 zbiorników o łącznej pojemności 2400 litrów, tymczasem wytyczne sugerują, aby przy 100 m2 solarów zastosować zbiornik buforowy o pojemności ok. 5000-5500 litrów (ok. 50-55 litrów/1 m2 kolektora). Wymiary i wielkość zasobnika buforowego wody grzejnej należy, oczywiście, zaprojektować tak, aby zmieściły się w przewidzianych na nie pomieszczeniach. Zasobniki należy zaprojektować jako stojące. Przy rozplanowaniu ustawienia trzeba uwzględniać, by zasobnik podgrzewania wstępnego, przejmujący energię z zasobnika buforowego wody grzejnej, znalazł się blisko tego zasobnika, najlepiej tuż przy nim. Obieg rozładowania zasobnika buforowego wody grzejnej jest jednym z najbardziej wrażliwych punktów instalacji solarnej. Długości przewodów tego obiegu powinny być możliwie krótkie. Ponieważ zasobnik buforowy wody grzejnej nie styka się z wodą pitną, wobec materiału zasobnika nie są stawiane wysokie wymagania, co obniża koszty całej instalacji. Zasobnik buforowy wody grzejnej wyrównuje różnice czasowe pomiędzy podażą energii słonecznej a zapotrzebowaniem odbiorników. Zasobnik buforowy wody grzejnej należy zaprojektować tak, aby temperatura czynnika w zasobniku wynosiła maksymalnie 70°C, gdyż przy wyższych temperaturach sprawność kolektorów uległaby obniżeniu. Jeśli łączy się w jeden system kilka zasobników buforowych wody grzejnej, to należy je połączyć szeregowo. Poprzez zawory należy ładować poszczególne zasobniki osobno. Ponieważ opory przepływu w zasobnikach, przy stosunkowo niewielkich natężeniach przepływu w obiegach ładowania i rozładowania, są bardzo małe, nie należy projektować nieregulowanych układów połączeń równoległych. Również przy stosowaniu połączeń w układzie Tichelmanna proces ładowania i rozładowania nie byłby możliwy do opanowania.

W kolejnym artykule kontynuować będę tematykę związaną z zasobnikami podgrzewu c.w.

Paweł Kowalski

Prenumerata Magazynu Instalatora

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