Svaz českých a moravských bytových družstev

O výhodách solárního systému pro ohřev vody bylo napsáno již mnoho článků jak v odborných, tak i mnoha laických periodikách. Ve většině případů se však jedná o popis solárních systémů pro rodinné domy, zpravidla reagující na tzv. “stavební boom” v České republice. Trochu opomíjenou oblastí pro efektivní využití termických solárních systémů jsou bytové domy, či komplexy bytových domů s jednou centrální kotelnou.

Více než 40 % obyvatel naší republiky žije právě 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. Jde tedy o systémy s nízkou účinností, což vede k vysoké ceně právě pro koncového zákazníka. Zvyšující se ceny energií však již dnes vyvolávají poptávku po úsporách energie na přípravu teplé užitkové vody (dále jen TUV) 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 TUV 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 TUV realizována přímo v objektu (důležité pro kalkulaci úspor solárního systému). Pro optimalizaci výpočtu je výhodné znát spotřebu TUV v jednotlivých měsících, protože mnohdy existují větší rozdíly ve spotřebě TUV mezi jednotlivými měsíci, hlavně mezi letním a zimním obdobím. Nejdůležitější údaj je denní spotřeba TUV v objektu, podle které se velikost solárního systému navrhuje. Tento údaj však není vždy k dispozici, ale lze ho stanovit výpočtem, podle spotřeby TUV za 1 měsíc. Pokud ani tento údaj není k dispozici, lze denní spotřebu TUV stanovit na základě počtu osob trvale žijících v objektu a průměrné spotřeby na 1 osobu a den.

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

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

Přiklad a filosofie návrhu solárního systému

Pro větší systémy přípravy TUV se z hlediska 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 TUV 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 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 TUV.

            Plochý kolektor Regulus KPC1, nejčastěji používaný pro systémy přípravy TUV s aktivní plochou 1,87 m2, vykazuje průměrný denní zisk 7,0 - 7,5 kWh, tzn. cca 3,8 kWh/m2 kolektoru.

            Podílem denní potřeby energie 550 kWh a možným ziskem z 1 m2 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 TUV 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 TUV. 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 TUV 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 TUV, 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 dvě 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 TUV

Bilance solárního systému a vyčíslení úspor

Nejdůležitějším parametrem pro investora a jeho rozhodnutí je 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 dvě varianty velikosti solárního systému. Varianta A s 80 kolektory Regulus KPC1 a varianta B se 100 kolektory KPC1. Pro tyto varianty byly zpracovány simulace provozu a úspor jednotlivých variant.

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