5
ENERGETICKÉ PŘÍNOSY
Q [kWh/měsíc]
objemu solárního zásobníku, úrovně tepelné izolace a měrném tepelném výkonu výměníku v primárním okruhu. Principem metody je korelační závislost odvozená na základě výsledků stovek simulačních výpočtů tepelného chování solárních soustav pro stanovené rozsahy hodnot parametrů jednotlivých prvků. Korelační závislost udává měsíční pokrytí potřeby tepla pro přípravu teplé vody nebo vytápění solárními zisky jako funkci dvou bezrozměrných parametrů: X: poměr tepelných ztrát kolektor–primární okruh ke spotřebě tepla v aplikaci; Y: poměr pohlceného slunečního záření kolektory ke spotřebě tepla v aplikaci. Metoda f-chart byla zavedena v evropské normě EN 15316-4-3 [37] pro stanovení produkce tepla solárními soustavami jako metoda využívající technické parametry prvků solární soustavy (metoda B). Původní výpočtový postup byl zjednodušen ve snaze minimalizovat počet vstupních parametrů. V případě neznalosti hodnot některých vstupních parametrů pro výpočet norma udává paušální hodnoty (horší z hlediska energetických přínosů). Metodu f-chart je možné v souladu s EN 15316-4-3 použít pro podrobný výpočet v rámci soustavy výpočtových postupů hodnocení energetické náročnosti budovy, který kromě tepelných zisků dodaných solární soustavou Qss,u stanovuje dále: tepelné ztráty solárního zásobníku; spotřebu pomocné elektrické energie čerpadel a regulace v kolektorovém okruhu; využitelné a využité tepelné ztráty solární soustavy.
Měsíc
Obr. 5.2 Porovnání hodnocení solární soustavy pro předehřev teplé vody pro bytový dům zjednodušenými metodami a simulačním výpočtem (30 m2, 2 m3 teplé vody denně)
98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181381
SOLÁRNÍ SOUSTAVY PRO BYTOVÉ DOMY
5
Pro běžného projektanta nebo energetického auditora bez hlubší teoretické znalosti původní f-chart metody a teorie solárních kolektorů a soustav obecně je však EN 15316-4-3 relativně nepřístupnou výpočtovou metodikou s ohledem na pochopení významu zadávaných a určovaných parametrů (např. hodnoty referenční provozní teploty solární soustavy pohybující se na úrovni 100 °C, průměrná hodnota slunečního ozáření za 24 hodin, t.j. včetně noci, apod.). V případě aplikace EN 15316-4-3 je vhodné využít některý z dostupných výpočetních nástrojů (SOLEN, F-SOLAR).
5.2 Počítačové simulace solárních soustav Pokud existuje potřeba podrobněji hodnotit konkrétní řešení solární soustavy s vysokou jistotou, je nezbytné použít některý z dostupných simulačních nástrojů. Takovým případem může být například smlouva o garantovaných solárních ziscích, kdy je nutné již v projekční fázi s vysokým stupněm jistoty stanovit budoucí minimální zisky navržené solární soustavy za definovaných podmínek odběru tepla, za které se dodavatel zaručí. Matematické modelování solárních soustav s využitím komplexních moderních simulačních nástrojů umožňuje, pokud má uživatel dostatečnou zkušenost, poměrně přesné stanovení zisků pro předpokládané podmínky provozu a klimatické údaje. Počítačové simulace využívají matematických modelů jednotlivých prvků definovaných podrobnými parametry, které mohou vycházet z výsledků laboratorních zkoušek nebo jiných simulačních programů. Tab. 5.1 Porovnání různých vlastností simulačních programů (*různé varianty programu) Software současná verze uvedení na trh základní cena [EUR] výpočet energetických zisků porovnání technologie ekonomická analýza výpočty vlivu na životní prostředí výukové možnosti vizualizace přehlednost, uživatelská přístupnost chybová analýza výzkum a vývoj databáze kolektorů
GetSolar 9.1 1993 299 / 599 + 0 0 + + + 230
Polysun 4.0 1994 159 / 779 / 1 949 + + + 0 + 0 + +
T*SOL 4.3 1993 980 / 1 980 + 0 + 0 + + + 480
TRNSYS 17 1974 5 350 + + + + 0 0 + + 230 99 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181381
5
ENERGETICKÉ PŘÍNOSY
Simulační programy lze rozdělit na: systémové – programy s předdefinovanými hydraulickými zapojeními solárních soustav (šablonami), použitelnými prvky soustav a parametry vlastního výpočtu. Parametry prvků se jednotlivě zadávají nebo se vybírá přímo konkrétní výrobek. Programy umožňují detailní a energetické hodnocení zjednodušené solární soustavy s dostatečnou přesností a přitom zůstávají relativně přátelské pro uživatele. Kromě energetických výpočtů umožňují programy často i detailní studie ekonomické a ekologické; modulární – uživatel musí funkční hydraulické schéma solární soustavy složit z jednotlivých modelů prvků (podprogramů, vlastních programů) jako jsou kolektory, zásobníky, čerpadla, potrubí, regulace, výměníky, kotle, aj. a nastavit potřebné parametry vlastního matematického výpočtu. Flexibilita zadání solární soustavy klade nároky na uživatele, který musí být schopen analyzovat funkci simulačního modelu solární soustavy a zajistit, že všechny definované parametry v jednotlivých modelech prvků jsou správně zadány a propojeny svými vstupy a výstupy. Simulační programy dostupné pro projektanty (Polysun, T*SOL, GetSolar) zpravidla počítají provozní parametry solární soustavy na základě energetických bilancí v hodinových krocích (krok po kroku). Pokročilé dynamické simulační programy (TRNSYS) řeší příslušné diferenciální rovnice, což klade nároky na zadání vstupních parametrů, stabilitu výpočtu a jeho časovou náročnost. Dynamické simulační programy se využívají především v oblasti vědeckých výpočtů. V dalším textu jsou stručně představeny dva nejpoužívanější výpočetní programy pro pokročilé projekční hodnocení solárních soustav Polysun a T*SOL.
5.2.1 Polysun Program Polysun [13] je vyvíjen od roku 1992 v Institut für Solartechnik SPF Rapperswil (Švýcarsko). Umožňuje simulaci solárních soustav pro přípravu teplé vody, solárních kombinovaných soustav či soustav technologických. Obsahuje velmi obsáhlou databázi solárních kolektorů, které byly přímo ve výzkumném ústavu zkoušeny, nicméně umožňuje i zadání vlastních parametrů solárního kolektoru. Polysun obsahuje klimatické databáze pro více než 6300 lokalit z celého světa včetně ČR. V nejjednodušší verzi programu lze používat pouze předdefinované šablony hydraulických zapojení solárních soustav, nicméně program umožňuje volbu některých parametrů u jednotlivých prvků, ovládání je intuitivní a lze jej snadno zvládnout v krátké době. V pokročilejší verzi je možné definovat vlastní prvky (zařízení). Vývojářská verze je 100 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181381