načítání...


menu
nákupní košík
Košík

je prázdný
a
b

E-kniha: Solární zařízení v příkladech – Tomáš Matuška

Solární zařízení v příkladech

Elektronická kniha: Solární zařízení v příkladech
Autor: Tomáš Matuška

Publikace představuje zkušenosti se solárními soustavami v různých oblastech použití od rodinných domů po průmyslové provozy. Vysvětlení principů, jak konkrétní solární zařízení pracují, příklady realizací na území ČR. ... (celý popis)
Titul je skladem - ke stažení ihned
Médium: e-kniha
Vaše cena s DPH:  319
+
-
10,6
bo za nákup

ukázka z knihy ukázka

Titul je dostupný ve formě:
elektronická forma ELEKTRONICKÁ
KNIHA

hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1%hodnoceni - 71.1% 80%   celkové hodnocení
3 hodnocení + 0 recenzí

Specifikace
Nakladatelství: » Grada
Dostupné formáty
ke stažení:
EPUB, MOBI, PDF
Zabezpečení proti tisku a kopírování: ano
Médium: e-book
Rok vydání: 2012
Počet stran: 254
Rozměr: 24 cm
Úprava: ilustrace (převážně barevné)
Vydání: 1. vyd.
Skupina třídění: Vytápění, větrání, klimatizace
Jazyk: česky
ADOBE DRM: bez
Nakladatelské údaje: Praha, Grada, 2013
ISBN: 978-80-247-3525-2
Ukázka: » zobrazit ukázku
Popis / resumé

Publikace představuje zkušenosti se solárními soustavami v různých oblastech použití od rodinných domů po průmyslové provozy. Vysvětlení principů, jak konkrétní solární zařízení pracují, příklady realizací na území ČR.

Popis nakladatele

Publikace se zabývá využitím sluneční energie jako zdroje tepla. Čtenář se po přečtení může zorientovat v nabídce na trhu a rozhodnout o užití solárních soustav. Na konkrétních příkladech je také vysvětlena řada mýtů vycházejících většinou z nepochopení základních principů.

Další popis

Publikace se zabývá využitím sluneční energie jako zdroje tepla. V oblasti solární tepelné techniky probíhá v současnosti vysoký nárůst instalací a trend směřuje od relativně zvládnutých solárních soustav pro ohřev bazénové vody a přípravu teplé vody k aplikacím pro vytápění, chlazení a využití velkoplošných solárních soustav v CZT. Kniha se zabývá na jedné straně základy využití sluneční energie, na druhé straně rozvíjí současný stav solární tepelné techniky a její trendy využitelné v klimatických podmínkách České republiky a ukazuje jejich příklady. Kniha poskytuje čtenáři praktický, avšak nezjednodušený, vhled do problematiky solárních kolektorů, zásobníků tepla, konceptů solárních tepelných soustav a jejich energetických a ekonomických přínosů, doplněný příklady o reálných dopadech různých řešení kolektorů a soustav. Čtenář se tak může zorientovat v současné nabídce na trhu a kvalifikovaně rozhodnout o reálných možnostech aplikací solárních soustav v konkrétním případě. Na konkrétn


Předmětná hesla
Zařazeno v kategoriích
Tomáš Matuška - další tituly autora:
Solární soustavy -- pro bytové domy Solární soustavy
Solární zařízení v příkladech Solární zařízení v příkladech
 (e-book)
Solární soustavy -- pro bytové domy Solární soustavy
 
Recenze a komentáře k titulu
Zatím žádné recenze.


Ukázka / obsah
Přepis ukázky

Tomáš Matuška

Solární zařízení

v příkladech

Tomáš Matuška

stavitel

Solární zařízení v příkladech

stavitel

Školní jídelna Lysá nad Labem

| www.regulus.cz | obchod@regulus.cz |

Úsporné ĉešení pro vaše topení

SOLÁRNÍ TERMICKÉ SYSTÉMY

Solární systém na bytovém domě Český Krumlov

Bytový dům v Českém Krumlově

Domov důchodců v Českých BudějovicíchPloché sluneční kolektory integrované do střechy

Ploché sluneční kolektory - instalace nad střešní krytinou na rodinném domě

Solární systém na bytovém domě Velká Skála

Bazén Velké Karlovice

Vakuové trubicové kolektory - instalace nad střešní krytinou



Solární zařízení

v příkladech

Tomáš Matuška

stavitel

Grada Publishing


Tomáš Matuška

Solární zařízení v příkladech

Vydala Grada Publishing, a.s. U Průhonu 22, Praha 7 obchod@gradapublishing.cz, www.grada.cz tel.: +420 234 264 401, fax: +420 234 264 400 jako svou 5027. publikaci Odpovědná redaktorka Ing. Jitka Hrubá Sazba Vladimír Velička Fotografie na obálce Wagner & Co / ESTIF Fotografie a kresby v textu z archivu autora, pokud není uvedeno jinak Počet stran 256 První vydání, Praha 2013 Vytiskla tiskárna GRASPO CZ, a. s. Vydání odborné knihy schválila Vědecká redakce nakladatelství Grada Publishing, a.s. © Grada Publishing, a.s., 2013 Cover Design © Eva Hradiláková, 2013 Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků. ISBN 978-80-247-3525-2 ELEKTRONICKÉ PUBLIKACE: ISBN 978-80-247-8036-8 (elektronická verze ve formátu PDF) ISBN 978-80-247-8039-9 (elektronická verze ve formátu EPUB)

Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být

reprodukována a šířena v papírové, elektronické či jiné podobě běz předchozího

písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

www.regulus.cz

Úsporné řešení

pro vaše topení


5

Obsah

Předmluva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

1 Sluneční energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1 Sl u n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1.1 Zdroj energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1.2 Sluneční konstanta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.1.3 Spektrum slunečního záření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Sluneční energie na zemském povrchu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.2.1 Průchod slunečního záření atmosférou . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.2.2 Přímé a difuzní záření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3 Měření veličin slunečního záření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.3.1 Měření celkového slunečního ozáření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.3.2 Měření přímého slunečního ozáření. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.3.3 Měření difuzního slunečního ozáření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.3.4 Měření doby trvání slunečního svitu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.3.5 Měření odraženého slunečního záření . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.4 Sluneční energie v ČR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.4.1 Zdroje údajů o slunečním záření. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.4.2 Roční hodnoty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

1.4.3 Optimální orientace a sklon plochy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2 Solární kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.1 Druhy solárních kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.1.1 Nekryté (nezasklené) kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.1.2 Ploché atmosférické kolektory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.1.3 Ploché vakuové kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.1.4 Trubkové vakuové kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.1.5 Koncentrační kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2 Charakteristiky solárních kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.2.1 Teoretické vyjádření účinnosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.2.2 Vztažná plocha solárního kolektoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

2.2.3 Experimentální stanovení výkonu a účinnosti. . . . . . . . . . . . . . . 52

2.2.4 Uvádění účinnosti kolektoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.2.5 Uvádění výkonu kolektoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.2.6 Křivky účinnosti různých druhů kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.2.7 Optická charakteristika – modifikátor úhlu dopadu . . . . . . . . . . . . 58

2.2.8 Tepelná setrvačnost kolektoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.2.9 Výkonnost solárních kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.2.10 Vliv umístění solárních kolektorů na výkonnost . . . . . . . . . . . . . 68 2.3 Konstrukce solárního kolektoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2.3.1 Zasklení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

2.3.2 Absorpční povrch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Solární začízení v pčíkladech 2.3.3 A bsorbér. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.3.4 Odvod tepla z absorbéru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.3.5 Skříň kolektoru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

2.4 Zkoušení a certifikace solárních kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.4.1 Normy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.4.2 Zkoušky spolehlivosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.4.3 Značka CE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.4.4 Solar Keymark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.4.5 Modrý anděl (RAL-UZ 73) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

3 Solární zásobníky tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.1 Principy akumulace tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.1.1 Akumulace v citelném teple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.1.2 Akumulace ve skupenském teple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.1.3 Akumulace s využitím sorpce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.1.4 Akumulace s využitím chemických reakcí . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.2 Vodní solární zásobníky. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

3.2.1 Předávání tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.2.2 Tlakové podmínky v zásobníku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.2.3 Účel použití zásobníků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

3.2.4 Jak velký zásobník? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

3.3 Podmínky účinné akumulace tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104

3.3.1 Přívod a odběr tepla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

3.3.2 Vodní zásobníky tepla s řízeným teplotním vrstvením . . . . . . . . . .108

3.3.3 Tepelné ztráty zásobníků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.3.4 Připojovací potrubí zásobníků. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

4 Solární tepelné soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

4.1 Solární soustavy v ČR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.1.1 Historie využívání sluneční energie v ČR . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4.1.2 Instalace z 80. let . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

4.1.3 Statistika solárních kolektorů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

4.2 Typologie solárních soustav. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

4.2.1 Průtok solární soustavou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

4.2.2 Koncepce primárního okruhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

4.3 Energetické parametry solárních soustav. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122

4.3.1 Využité tepelné zisky solární soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . .123

4.3.2 Roční úspora energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123

4.3.3 Dodatková energie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

4.3.4 Měrné využité tepelné zisky solární soustavy. . . . . . . . . . . . . . .124

4.3.5 Solární pokrytí, solární podíl. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125

4.3.6 Provozní účinnost solární soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

4.3.7 Spotřeba pomocné energie soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

4.4 Hodnocení přínosů solárních soustav. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

4.4.1 Zjednodušené výpočty energetických přínosů . . . . . . . . . . . . . .129

4.4.2 Počítačové simulace solárních soustav . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.4.3 Provozní měření zisků . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

4.4.4 Garantované solární zisky. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138

5 Solární ohřev vody a vytápění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

5.1 Příprava teplé vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

5.1.1 Potřeba teplé vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

5.1.2 Časové rozložení potřeby teplé vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145

5.1.3 Tepelné ztráty přípravy teplé vody. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147

5.1.4 Hygienické požadavky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 5.2 Vytápění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

5.2.1 Potřeba tepla na vytápění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

5.2.2 Tepelné ztráty otopné soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

5.2.3 Nízkoteplotní otopné soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.3 Solární soustavy pro přípravu teplé vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152

5.3.1 Malé solární soustavy pro přípravu teplé vody . . . . . . . . . . . . . .152

5.3.2 Velké solární soustavy pro přípravu teplé vody . . . . . . . . . . . . . .154 5.4 Kombinované solární soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159

5.4.1 Malé solární kombinované soustavy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

5.4.2 Velké solární kombinované soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 5.5 Nasazení solárního ohřevu v budovách. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

5.5.1 Vliv volby kolektoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

5.5.2 Tepelná izolace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166

5.5.3 Kolísání klimatických podmínek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168

5.5.4 Změny v potřebě tepla. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169

5.5.5 Energetická náročnost vytápění. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

5.5.6 Teplotní spád otopné soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.6 Příklady realizací . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

5.6.1 Rodinný dům Mnichovice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

5.6.2 Bytový dům Velká Skála. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

5.6.3 Doterm Servis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

6 Solární ohřev bazénů . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178

6.1 Ohřev vody v bazénech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

6.1.1 Venkovní bazény a koupaliště . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

6.1.2 Vnitřní bazény . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.2 Bazénové solární soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183

6.2.1 Sezónní soustavy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183

6.2.2 Solární soustavy pro celoroční provoz . . . . . . . . . . . . . . . . . .184

6.2.3 Kolektory pro bazény . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184

6.2.4 Čerpadla a spotřeba elektřiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187 6.3 Příklady realizací . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188

6.3.1 Venkovní koupaliště Rusava. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188

6.3.2 Aquapark Jindřichův Hradec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

7 Solární chlazení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

7.1 Zařízení s uzavřeným oběhem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194

7.1.1 Absorpční uzavřený oběh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

7.1.2 Adsorpční uzavřený oběh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 7.2 Desikační zařízení s otevřeným oběhem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

7.2.1 Zařízení s tuhým desikantem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

7.2.2 Zařízení s kapalným desikantem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200 Solární začízení v pčíkladech

7.3 Solární soustavy pro chlazení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202

7.3.1 Solární kolektory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203

7.3.2 Solární chladicí faktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204

7.3.3 Zapojení solárních chladicích soustav. . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

7.4 Příklady realizací. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

7.4.1 Hotel DUO v Praze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208

7.4.2 Hypermarket TESCO Jaroměř. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209

8 Solární soustavy pro CZT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

8.1 Historický vývoj solárních CZT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

8.2 Základní koncepce soustav . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

8.2.1 Solární soustavy pro CZT s krátkodobou akumulací . . . . . . . . . . . 214

8.2.2 Solární soustavy pro CZT s dlouhodobou akumulací. . . . . . . . . . .215 8.3 Solární kolektory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217

8.4 Sezónní zásobníky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

8.4.1 Akumulační nádrž . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

8.4.2 Podpovrchový výkopový zásobník (pit) . . . . . . . . . . . . . . . . . .220

8.4.3 Zemní sondy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

8.4.4 Aquifer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .223 8.5 Návrhové a provozní parametry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224 8.6 Příklady realizací . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226

8.6.1 Sídliště Hirtenwiesen v Crailsheimu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226

8.6.2 CZT v Marstalu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228

8.6.3 Sídliště ve Friedrichshafenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230

9 Průmyslové aplikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232

9.1 Průmyslové procesy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233

9.1.1 Mytí a čištění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

9.1.2 Ohřev zásobníků a nádob . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234

9.1.3 Sušení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235

9.1.4 Vytápění prostor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235 9.2 Nasazení solárních soustav v průmyslu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235

9.2.1 Solární kolektory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236

9.2.2 Soustavy pro ohřev vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239

9.2.3 Soustavy pro ohřev lázní a van . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240

9.2.4 Soustavy pro solární sušení. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .241

9.2.5 Soustava pro vytápění velkoprostorových objektů . . . . . . . . . . . .242

9.3 Příklady realizací . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243

9.3.1 Výrobní družstvo STYL Studená . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243

9.3.2 Závod ETA Hlinsko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244

9.3.3 Biotechnologická hala v Nových Hradech. . . . . . . . . . . . . . . . .246

Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248

Rejstřík . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253

Zkratky ke schématům . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254


9 Předmluva

Předmluva

Mezi současnými zdroji tepla představují solární tepelné soustavy bezemisní zařízení s minimálním dopadem na spotřebu primární neobnovitelné energie. Jsou založeny na přímé přeměně nevyčerpatelné sluneční energie dostupné všem a všude bez rozdílu. To řadí solární zařízení mezi obnovitelné zdroje energie současnosti i budoucnosti bez ohledu na aktuální politické preference energetického mixu v České republice. Svým charakterem se solární zařízení řadí mezi úsporná opatření (spořiče energie) než typické zdroje, které lze na povel zapnout a vypnout. V ekonomicky reálných instalacích proto solární zařízení potřebují pro celoroční provoz vždy záložní zdroj tepla.

Solární teplo je využitelné všude, kde potřeba tepla vzniká. Ne všude jsou však solární zařízení konkurenceschopná s konvenčními zdroji tepla. Ekonomika projektů je zatím výzvou nejen výrobcům a výzkumníkům, ale i politické vůli a podpoře. Ke zlevnění výroby může dojít pouze v souvislosti s nasazením masové výroby ve velkých sériích. Druhou šancí je změna chápání solárního kolektoru jako primárně technologického zařízení, ale jako základního stavebního prvku obvodového pláště budov. S tím nutně souvisí změna materiálové základny a zjednodušení konstrukce.

Kniha je souhrnem zkušeností se solárními soustavami v různých oblastech použití od rodinných domů pro průmyslové provozy. Snahou bylo poskytnout aktuální a komplexní náhled na problematiku, přístupný širší veřejnosti, nejen té odborné. Těžiště zpracovaných témat leží v mé přednáškové činnosti z posledních let, nicméně pro účely knihy byla témata v jednotlivých oblastech výrazněji rozpracována a doplněna do podoby kompaktního textu. Jádro kapitol zpravidla tvoří vysvětlení principů jak konkrétní solární zařízení pracují; názorné analýzy (co a jak ovlivňuje návrh a provoz solárních zařízení) a příklady realizací na území ČR. Výjimkou jsou soustavy centralizovaného zásobování solárním teplem s dlouhodobou akumulací, které v České republice dosud realizovány nejsou.

Důraz je kladen na ukázání konkrétních čísel a reálných energetických přínosů využití sluneční energie, přestože pro lepší čitelnost textů nejsou uváděny všechny detailní okrajové podmínky výpočtů. Analýzy jsou provedeny pro klimatické údaje České republiky z let s nízkou sluneční aktivitou, tzn. uváděné údaje o přínosech jsou konzervativní hodnoty, za které je možné se zaručit a v běžné praxi očekávat vyšší. Vybrané příklady realizovaných soustav jsou buď nějakým způsobem technicky zajímavé, ať už nevšedním technickým řešením nebo jen tím, že jsou dlouhodobě monitorované a lze na nich ukázat skutečně dosahované přínosy. Nedílnou součástí kapitol jsou poznámky v modrých polích, které se snaží téma posunout a nahlédnout z jiné strany.

Řada představených analýz by nevznikla bez obětavé pomoci kolegy Bořivoje Šourka, který pro ně připravil simulační modely v prostředí TRNSYS. Podobně, uváděné výsledky ze zkoušek solárních kolektorů vznikly při naší společné práci v Solární laboratoři Ústavu techniky prostředí na ČVUT v Praze. Na závěr děkuji kolegům z firem dlouhodobě působících v oblasti solární tepelné techniky za poskytnutí obrazového materiálu, cenných rad a praktických náhledů i za kladené dotazy, které inspirovaly některé z představených analýz. V srpnu 2012 Tomáš Matuška Věnováno Háně za nekonečnou trpělivost... Sluneční energie Člověk využívá sluneční energii od té doby, co je člověkem. Sluneční energie je zdrojem všeho živého na zemském povrchu. V prastarých kulturách bylo Slunce vždy předmětem úcty, člověk cítil naprostou závislost života na jeho energii. Sluneční energie je v historii lidského rodu tradičním a velmi dlouhou dobu jediným zdrojem energie. Využívání fosilních a jaderných paliv je z hlediska jejich časové dostupnosti pouhým přechodovým obdobím. Fosilní paliva nemají svůj původ nikde jinde než právě ve sluneční energii, uložené v biomase před stovkami miliónů let. V době, kdy se způsoby zajištění energetických potřeb lidstva stávají celospolečenským tématem, se pozornost obrací opět k základnímu zdroji energie pro naši planetu.

1 .1 Slunce Země je součástí planetární soustavy, jejímž středem je Slunce. Slunce je nám nejbližší a nejdůležitější hvězdou. Je trvalým zdrojem veškeré energie pro naši planetu. Slunce má tvar koule o průměru 1,39 miliónů kilometrů, tj. 109krát větším než je průměr Země. Od Země je Slunce vzdáleno v průměru 150 miliónů kilometrů. Hmotnost Slunce je 2×10

30

kg a je tak 330 000krát

hmotnější než Země, tvoří přibližně 99,9 % hmotnosti celé sluneční soustavy. Proto jsou planety Sluncem přitahovány a obíhají okolo něj.

1 .1 .1 Zdroj energie Slunce se skládá převážně z atomárního vodíku (70 %), helia (28 %) a z nepatrného množství ostatních prvků periodické soustavy (2 %). Někdy se místo hmotnostních procent uvádí podíly počtu atomů jednotlivých prvků: 91 % vodíku, 9 % helia. Všechny prvky jsou ve hmotě Slunce obsaženy ve skupenství plazmy. Zdrojem energie Slunce je termonukleární reakce – jaderná fúze – probíhající v centrální oblasti Slunce, při které dochází k přeměně lehčích jader vodíku na těžší jádro helia. Přeměna probíhá při teplotách desítek miliónů K a tlacích desítek miliard MPa za stavu, při němž jsou všechny atomy zcela ionizovány. Protony za těchto podmínek na sebe narážejí tak vysokými rychlostmi, že se překonává jejich elektrická odpudivost. Při srážkách se dostávají k sobě natolik blízko, že vlivem vysoké jaderné přitažlivosti jádra atomů splynou. Každou sekundu se přemění 564 miliónů tun vodíku na 560 miliónů tun helia. Hmotnost vzniklého jádra helia je menší než hmotnost čtyř protonů vodíku vstupujících do reakce. Rozdíl hmoty se při reakci přemění na energii podle známého vztahu E = m×c

2

. Vyčíslením

vznikajícího výkonu lze dospět k hodnotě 3,6×10

26

W. Pro naše běžná technická měřítka je to

nepředstavitelný výkon, který Slunce uvolňuje přeměnou hmoty v energii.

Obr. 1.1 Schematický řez Slunce


12 Solární začízení v pčíkladech

Na obr. 1.1 je znázorněn řez Sluncem. Jaderná fúze probíhá v centrální oblasti Slunce, která

zasahuje do cca 23 % jeho poloměru. Nad jádrem, do 70 % poloměru Slunce, se nachází tzv. radiační zóna, oblast s velmi vysokou hustotou a teplotou postupně klesající až na 130 000 K. Energie uvolněná v jádru Slunce ve formě rentgenových fotonů s vysokým energetickým obsahem proniká velmi hustou radiační zónou směrem k povrchu. Rentgenové fotony se cestou přeměňují na tisíce energeticky „chudších“ fotonů o delší vlnové délce. Záření tak mění své spektrální složení směrem k větším vlnovým délkám a fotony snižují svůj energetický obsah. Konvekční zóna mezi radiační zónou a povrchem Slunce má hustotu již výrazně nižší a hlavním způsobem přenosu energie je konvekce. Vnějším viditelným obalem Slunce – fotosférou – je energie vyzařována do kosmického prostoru již jako převážně ultrafialové, světelné a infračervené záření v oblasti vlnových délek 0,2 až 3,0 μm. Z nebezpečného rentgenového záření vznikajícího uvnitř Slunce se cestou na povrch stává převážně životodárné sluneční záření.

Vzdálenost od středu k povrchu Slunce je zhruba 700 000 km a fotonům rentgenového zá

ření trvá milion let než se proměněné v tisíce fotonů světelného záření dostanou k povrchu.

Země je od Slunce vzdálena v průměru okolo 150 milionů kilometrů. Sluneční záření se ve

volném meziplanetárním prostoru pohybuje přímočaře rychlostí 300 000 km/s, není ničím

brzděno ani pohlcováno. Jednoduchým výpočtem lze určit, že na zemský povrch „doletí“ za

pouhých 500 s, tj. 8 minut a 20 s. Jak uvádí známý český astronom J. Kleczek: „sluneční

záření, které dnes vidíme jako světlo a pociťujeme jako teplo, bylo uvolněno jadernou fúzí

v nitru Slunce v době, kdy pračlověk na Zemi zapaloval první oheň. Za dobu, než se slu

neční energie prodrala z jádra Slunce k jeho povrchu, se zatím člověk vyvinul v inteligentní

bytost současnosti“ [1].

Hustota toku energie vyzařované z povrchu Slunce je okolo 60 MW/m

2

. Podle množství helia,

které až dosud ve Slunci vzniklo, lze stáří Slunce odhadnout na zhruba 5 miliard let a předpokládá se, že jaderná fúze bude pokračovat ještě dalších 5 až 10 miliard let. Z naší lidské perspektivy je tedy energie vyzařovaná Sluncem nevyčerpatelným a trvalým zdrojem energie.

Sluneční záření na cestě k Zemi není ničím pohlcováno a přichází na hranici atmosféry ve

stejném spektrálním složení, s nímž opustilo Slunce, avšak při značně zmenšené hustotě zářivého toku způsobené tím, že se výkon s rostoucí vzdáleností rozptýlí na větší plochu. Z celkového výkonu vyzařovaného Sluncem dopadá na naši Zemi pouze zlomek – jedna půlmiliardtina – mezi 170 a 180 tisíci TW (bilionů wattů). Podobně nepatrná část je zachycena ostatními planetami sluneční soustavy. Zbývající tok záření, tzn. v podstatě téměř celý tok vyzařované sluneční energie, uniká do mezihvězdného a mezigalaktického prostoru.

Celosvětová spotřeba energie lidstvem na Zemi v roce 2010 byla odhadnuta na 12 275 milionů

tun ropného ekvivalentu [33], což odpovídá 142 PWh nebo 512 miliardám GJ. Zhruba 90 %

spotřebované energie pochází ze spalování fosilních paliv. Přitom na zemskou atmosféru

ročně dopadne 1,5 milionu PWh sluneční energie, na zemský povrch se dostane zhruba

jedna polovina. To znamená, že Slunce nás ročně zásobuje energií přesahující více než

5 000krát naše energetické potřeby. Tato energie je čistá, z pohledu lidského rodu věčná

a sama o sobě zdarma.

13Sluneční energie

1 .1 .2 Sluneční konstanta

Hustota zářivého toku sluneční energie na jednotku plochy kolmé ke směru šíření záření, dopadající

při střední vzdálenosti Slunce od Země na vnější povrch zemské atmosféry, se nazývá sluneční

konstanta. Na základě dlouhodobých družicových měření se hodnota sluneční konstanty uvádí

1 367 W/m

2

. Z družicového pozorování byly zároveň v závislosti na přirozené sluneční aktivitě

zjištěny pouze malé změny hodnoty sluneční konstanty o 0,1 %. Na hranici atmosféry tedy ka

ždoročně přichází stejné množství energie bez výrazných výkyvů.

Je zajímavé se podívat, jak jsou na tom se sluneční konstantou ostatní planety sluneční

soustavy. Například Merkur, Slunci nejbližší planeta, má sluneční konstantu 9 040 W/m

2

,

zatímco vzdálený Neptun pouze 1,5 W/m

2

.

Sluneční konstanta se uvádí pouze jako jediná střední hodnota. Nicméně, hustota toku sluneč

ního záření dopadajícího kolmo na vnější povrch zemské atmosféry během roku konstantní není.

Země obíhá okolo Slunce po eliptické dráze, přičemž Slunce je v jednom z ohnisek. Vzdálenost

mezi Sluncem a Zemí se během roku mění pouze o ±1,7 %. Tak malá změna je způsobena tím,

že eliptická oběžná dráha je velmi blízká dráze kruhové. Se změnou vzdálenosti se mění i hustota

toku slunečního záření o cca ±3,3 %. Z grafické závislosti proměnlivosti hustoty toku slunečního

záření (viz obr. 1.2) je patrné, že v zimě vnější povrch atmosféry přijímá více slunečního záření

než v létě, vzhledem ke skutečnosti, že Slunce je k Zemi blíž než v létě.

1320

1340

1360

1380

1400

1420

050100 150200 250 300 350

dny v roce

hustota zářivého toku vně atmosféry

G

ON

[W/m

2

]

sluneční konstanta G

SC

= 1367 w/m

2

Obr. 1. 2 Změna toku slunečního záření dopadajícího na vnější povrch atmosféry během roku

14 Solární začízení v pčíkladech

Životní zkušenost na severní polokouli však říká něco jiného. V létě je dopadajícího slu

nečního záření více než v zimě. Nízká úroveň slunečního záření v zimním období v našem

klimatickém pásmu je však způsobena jiným jevem – a to odklonem severní polokoule Země

od Slunce vlivem precesního pohybu zemské osy a tedy nižším úhlem dopadu slunečních

paprsků, které překonávají větší hmotu atmosféry a více se pohltí. Druhým jevem působícím

snížení dopadajícího záření v zimě je zvýšená oblačnost.

1 .1 .3 Spektrum slunečního záření

Záření Slunce si lze přiblížit jako záření dokonale černého tělesa s povrchovou teplotou okolo

5 800 K. Sluneční záření je elektromagnetické vlnění, které zahrnuje vlnové délky řádově od

nanometrů (rentgenové a ultrafialové záření) až do několika metrů (rádiové záření). Spektrální

průběh hustoty zářivého toku v závislosti na vlnové délce záření je pro dokonale černé těleso

při dané teplotě určen Planckovým zákonem. S klesající teplotou tělesa klesá hustota zářivého

toku a zároveň se maximum spektrální charakteristiky posouvá do oblasti větších vlnových délek.

Pro sluneční záření se maximum pohybuje okolo vlnové délky 0,5 μm, což je vlnová délka žluto/

zelené barvy. Reálný spektrální průběh hustoty zářivého toku ze Slunce není tak hladký jako

u dokonale černého tělesa vlivem nehomogenního povrchu fotosféry (viz obr. 1.3).

Naprostá většina energie slunečního záření odcházejícího ze slunečního kotouče je soustředěna

v oblasti vlnových délek od 0,2 do 3,0 μm. V této oblasti lze rozlišit různé druhy záření s různým

energetickým obsahem. V oblasti vlnových délek od 0,20 do 0,40 μm se nachází ultrafialové

záření (zkratka UV), tj. záření „za fialovou“ barvou. Ultrafialové záření se dělí na UVC: pod

0,28 μm; UVB: 0,28 až 0,32 μm a UVA: 0,32 až 0,40 μm. Energie „tvrdého“ UVC a UVB záření

je schopná rozkládat nebo narušovat bílkoviny nebo jiné životně důležité organické sloučeniny

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

vlnová délka [nm]

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

hustota zářivého toku [W/(m

2

·nm)]

černé těleso 5800 K

spektrum

WRC

Obr. 1.3 Spektrální charakteristika zářivého toku sluneční energie na hranicích zemské atmosférySluneční energie s vážnými následky pro metabolismus postiženého organismu. Je zhoubné pro většinu živých organismů a negativně ovlivňuje růst rostlin. UVC záření se používá k dezinfekčním účelům (UV lampy). Pro život na Zemi je důležitým faktem, že naprostá většina škodlivého UV záření je absorbována ozónem v ozónové vrstvě. Na zemský povrch dopadá v podstatě pouze UVA záření (99 % z veškerého ultrafialového záření), které se někdy označuje jako „černé světlo“. Pro člověka je ultrafialové záření neviditelné, avšak někteří živočichové ho vnímají. V oblasti UV záření přichází do atmosféry okolo 9 % celkové energie slunečního záření.

Viditelné záření (VIS), které je člověk

schopný vnímat zrakem, přichází ze Slunce v oblasti vlnových délek od 0,40 do 0,75 μm. Ve viditelném záření rozlišujeme konkrétní barvy. Každá barva má svou vlnovou délku, od kratších délek fialové a modré barvy přes zelenou, žlutou až po červenou (viz obr. 1.4). Záření o vlnové délce kratší nebo delší než v uvedeném rozmezí pro člověka viditelné není. Lze je zviditelnit zvláštní přístrojovou technikou převodem spektra do viditelné oblasti (např. termovizní snímky v infračervené oblasti). Oblast viditelného záření obsahuje významnou část energie slunečního záření, okolo 41 % z celkové dopadající energie.

Slunce, jako většina reálných zdrojů světla, vysílá záření různých vlnových délek (směs).

Lidské oko není schopné samostatně rozlišit jednotlivé složky spektra, ale vnímá směs

vlnových délek jako jednu barvu. Směs všech barev vnímá jako bílou (neutrální barvu).

A opačně, bílé světlo lze na optickém hranolu nebo rozptýlením na kapičkách vody v at

mosféře rozložit na jednotlivé složky – barvy – ve formě duhy. Mícháním různých vlnových

délek je možné vytvořit barvy, které ve viditelném spektru nenalezneme, neboť nemohou

být reprezentovány jedinou vlnovou délkou. Tyto nespektrální barvy jsou například šedá,

růžová nebo zmíněná bílá.

„Pod červenou“ barvou v oblasti vlnových délek od 0,75 μm do 1 mm se nachází oblast in

fračerveného záření. Pro upřesnění se dělí na blízké infračervené záření od 0,75 do 5,00 μm, střední od 5 do 30 μm a daleké od 30 μm do 1 mm. Oblast infračerveného záření obsahuje nezanedbatelných 50 % energie slunečního záření. S tím je nutné při využití sluneční energie počítat. Předměty kolem nás při běžných teplotách 0 až 100 °C září ve střední infračervené oblasti. Teplotě 0 °C odpovídá vlnová délka maxima 10 μm, teplotě 100 °C odpovídá maximum okolo 7,8 μm.

Obr. 1.4 Spektrální barvy a jejich vlnové délky, spojité

spektrum bílého světla

400 500 600 700 m [nm]

+


16 Solární začízení v pčíkladech

1 .2 Sluneční energie na zemském povrchu

1 .2 .1 Průchod slunečního záření atmosférou

Sluneční záření vstupuje do atmosféry ve výšce cca 60 km na zemským povrchem. Atmosféra se skládá převážně z dvojatomových plynů dusíku a kyslíku. Ve vysokých vrstvách atmosféry – ionosféře – pohlcují tyto dva základní atmosférické plyny přicházející ultrafialové a rentgenové záření. Níže se nachází ozonosféra, vrstva s vysokým obsahem ozonu, který pohlcuje zbývající část životu nebezpečného ultrafialového záření (UVC). V nejnižších vrstvách atmosféry – v troposféře – dochází k pohlcování různých vlnových délek spektra slunečního záření vodní párou, oxidem uhličitým, prachem a aerosoly.

Když se hovoří o tom, že sluneční záření dopadající na Zemi vstupuje do atmosféry, je dob

ré si uvědomit, že nelze určit jednoznačnou hranici, kde atmosféra začíná. Svrchní vrstva

atmosféry plynule přechází do meziplanetárního prostoru.

Atmosféra nás v podstatě chrání před škodlivými účinky záření o krátkých vlnách: ultrafialového,

rentgenového a gama záření. Na zemský povrch se dostává neškodná část ultrafialového záření, viditelné světlo, infračervené záření a rádiové vlny. Na obr. 1.5 je kromě spektrální charakteristiky slunečního záření vně atmosféry (spektrum AM0) znázorněna spektrální charakteristika po průchodu atmosférou kolmo na zemský povrch (spektrum AM1). Ze spektrální charakteristiky na zemském povrchu je patrné především „odfiltrování“ UVC záření a významné pohlcení záření Obr. 1.5 Spektrální charakteristika zářivého toku sluneční energie procházejícího zemskou atmosférou

vlnová délka [nm]

hustota zářivého toku [W/(m

2

⋅nm)]


17Sluneční energie

vodní párou v atmosféře. Na zemský povrch dopadá sluneční záření s významným energetickým obsahem v oblasti vlnových délek od 0,3 do 3,0 μm.

Označení spektra AM (Air Mass) označuje hmotu atmosféry, resp. vyjadřuje poměrnou délku

dráhy pomyslného slunečního paprsku procházejícího atmosférou vzhledem k nejkratší

možné dráze, tj. kolmo na zemský povrch. S úhlem dopadu slunečního záření na zemský

povrch se mění délka dráhy, kterou sluneční paprsek musí urazit a tedy i tloušťka vzduchové

vrstvy atmosféry, kterou musí projít. Spektrum AM1 je pro kolmý úhel dopadu, AM1,5 pro

zenitový úhel 37° a AM2 pro 60°.

V průměrné roční bilanci se z celkového toku energie slunečního záření ze Slunce zpět do

vesmíru odrazí od mraků, částeček prachu a zemského povrchu zhruba 34 %. Atmosféra pohltí okolo 19 %. Zbývající část sluneční energie je pohlcena zemským povrchem (47 %). Záření pohlcené zemským povrchem se mění v teplo, které je vyzařováno z povrchu Země jako infračervené záření (14 %). Infračervené záření je pohlcováno v atmosféře víceatomovými plyny, což vede k trvalému zvýšení teploty zemského povrchu (skleníkový efekt). Tuto tepelnou energii prostředí (vzduchu, země, vody) o nízké teplotě lze využívat přečerpáváním na vyšší využitelnou teplotu tepelnými čerpadly. Značné množství energie dopadající na rozsáhlé plochy oceánů se spotřebuje na vypařování vody (23 %). Vodní pára je proudy vzduchu vynášena nahoru, kde v chladnějších vrstvách atmosféry kondenzuje, předává své skupenské teplo okolnímu vzduchu a ve formě srážek přichází zpět na zemský povrch a je základem vodní energie využitelné ve vodních elektrárnách. Zbytek slunečního záření pohlceného zemským povrchem (10 %) je odveden konvekcí do vzduchu. Vzduch zahřátý od povrchu Země stoupá nahoru a na jeho místo proudí těžší chladný vzduch, čímž vznikají větry. Energii lokálního nebo globálního proudění větru je možné využívat ve větrných elektrárnách. Pouze nepatrné množství sluneční energie dopadající na Zemi (asi 1 ‰) připadá na biologické reakce probíhající v biosféře, především na fotosyntézu, která s využitím energie slunečního záření vytváří biologickou hmotu ze základních prvků uhlíku, kyslíku a vodíku – biomasu.

Energie slunečního záření je tak nepřímo podstatou všech obnovitelných zdrojů ener

gie na Zemi: energie prostředí, vodní energie, větrné energie, energie biomasy s výjimkou

energie geotermální a slapové, jejichž příspěvky jsou o několik řádů nižší.

1 .2 .2 Přímé a difuzní záření

Na vnější povrch atmosféry dopadá sluneční záření v nerozptýlené formě, které si lze představit jako paprsky přicházející přímo ze slunečního kotouče. Průchodem atmosférou dochází k jeho rozptýlení na částicích prachu, krystalcích ledu či kapičkách vody. Část zářivého toku pak z oblohy přichází ve formě rozptýleného, tzv. difuzního slunečního záření, které nemá směrový charakter – je všesměrové – přichází ze všech směrů se stejnou intenzitou. Sluneční záření nerozptýlené se označuje jako přímé slunečního záření a má výrazně směrový charakter. Zjednodušeně lze konstatovat, že přímé sluneční záření přichází tehdy, je-li viditelný sluneční kotouč. Výkonová hustota přímého slunečního záření je oproti difuznímu značně závislá na úhlu dopadu. K difuznímu záření se počítá i záření odražené od okolních ploch, zvláště od terénu.



       
Knihkupectví Knihy.ABZ.cz – online prodej | ABZ Knihy, a.s.