Solar - wytyczne projektowe
Podgrzewanie wody użytkowej - kolektor F2
SYSTEMY ENERGETYCZNE I SANITARNE
PLANOWANIE
Wstęp
�% Dobór instalacji solarnej zależny od na-
stępujących czynników:
" Wielkości zapotrzebowania na ciepłą wodę
użytkową;
" Oczekiwanego stopnia pokrycia zapotrzebo-
wania na energię przez system solarny;
" Miejsca lokalizacji i warunków nasłonecz-
nienia;
" Ukierunkowania i pochylenia kolektorów;
" Typu zastosowanego kolektora;
" Potrzeby dostosowania do miejscowych wa-
runków (np. wykorzystanie istniejącego zasob-
nika ciepłej wody użytkowej)
Poniżej omówiono zastosowanie kolektorów
F2 w instalacjach solarnych pracujących wy-
łącznie dla potrzeb przygotowania ciepłej wody
użytkowej. Popularność tego typu zastosowa-
nia systemów solarnych wynika z możliwości
uzyskiwania dzięki nim stosunkowo wysokiego
stopnia pokrycia zapotrzebowania na energię.
�% Uziemienie i ochrona odgromowa
dotyczące poziomu zapotrzebowania (rozbu-
Nie bez znaczenia są też, decydujące o całko-
Metalowe połączenia rurowe obwodu so- dowa domu, powiększenie rodziny). Jeśli jest
witych kosztach wytwarzania energii cieplnej,
larnego należy połączyć zielonym/żółtym
to możliwe, należy odwołać się do pomiarów.
koszty budowy i eksploatacji takich instalacji.
przewodem min. 16 mm� Cu z główną szyną
Jest to szczególnie ważne w przypadku obiek-
W przypadku instalacji solarnych stosowa-
wyrównawczą potencjału (elektryczny). W
tów handlowo-przemysłowych, hoteli, obiektów
nych do wspomagania instalacji ogrzewania
przypadku istnienia odgromnika, można do
sportowych, sal konferencyjnych itp.
pomieszczeń, podstawą ich doboru jest zapo-
niego podłączyć kolektory. W przeciwnym
trzebowanie na ciepło ogrzewanego obiektu,
razie uziemienie instalacji wykonać za pomocą
Uwzględnianie wahnięć okresowych
jak również temperatury pracy wspomaga-
lokalnego uziemienia poprzez uziom wgłębny.
Oprócz wahnięć tygodniowych (np. week-
nego systemu grzewczego. Wobec istotnego
Przeprowadzenie uziomu następuje na ze- endowe przestoje w zużyciu w szkołach lub
przesunięcia w czasie okresu maksymalnego
wnątrz budynku. Uziom należy również połą- szczytowe zużycie weekendowe w porówna-
promieniowania słonecznego w stosunku do
czyć z główną szyną wyrównawczą potencjału
niu z dniami powszednimi w obiektach spor-
okresu największego zapotrzebowania na
(główny) za pomocą przewodu o tym samym
towych) należy również uwzględniać specyfikę
energię grzewczą, uzyskanie wysokiego stop-
przekroju.
danej pory roku czy sezonu (okres wakacji w
nia pokrycia potrzeb energetycznych (nawet w
szkołach, przerwa międzysemestralna w aka-
instalacjach solarnych z próżniowymi kolekto-
�% Wpływ zużycia ciepłej wody
demikach, zwiększone zapotrzebowanie na
rami rurowymi R1) wymagać będzie znacząco
Podstawą doboru instalacji solarnej do pod- koloniach itp.). Przy ustalaniu wielkości zapo-
dużych powierzchni pola kolektorowego. Dla
grzewania wody jest wielkość zapotrzebowa- trzebowania ciepłej wody, nie należy w takich
zoptymalizowanego doboru tego typu instalacji
nia na ciepłą wodę użytkową. Z tego powodu
przypadkach uwzględniać wartości rozbiorów
niezbędne będzie zastosowanie specjalistycz-
należy dokładnie ją ustalić wykorzystując
szczytowych, lecz bazować wyłącznie na
nych programów obliczeniowych.*
względnie, o ile jest to możliwe, wyniki pomiaru
wartościach średnich poziomu zużycia rozpa-
zużycia tego medium. Im precyzyjniej ustalo- trywanego okresu.
Pozostałe informacje dotyczące różnych kon-
ne zostanie rzeczywiste zapotrzebowanie na
figuracji urządzeń można znalez
ć w informa-
ciepłą wodę, tym bardziej będzie można zop- Inni użytkownicy ciepłej wody
cjach technicznych oraz w instrukcjach monta-
tymalizować system solarny i uzyskać wysoką
W przypadku wyposażenia obiektu w sprzęt
żu poszczególnych produktów firmy Roth.
efektywność jego działania.
gospodarstwa domowego obejmującego pralki
i zmywarki, posiadających króciec przyłącze-
Ustalenie zapotrzebowania ciepłej wody w
niowy do instalacji ciepłej wody użytkowej,
oparciu o liczbę osób
urządzenia te należy uwzględnić w ogólnym
W budownictwie mieszkaniowym zużycie cie- bilansie zapotrzebowania wody  zależnie od
płej wody określa się zazwyczaj na podstawie
stopnia ich energooszczędności - licząc je od-
liczby osób. Typowe zużycie w gospodarstwie
powiednio jako 0,25 do 0,5 osoby.
domowym wody temperaturze 45�C przyjmuje
się na poziomie 35 do 50 litrów na osobę na
dobę. Przy określaniu zużycia należy uwzględ-
nić również przyzwyczajenia oraz zastoso-
waną armaturę, jak również możliwe zmiany
2
PLANOWANIE
Słownik pojęć
�% Wpływ oczekiwanego stopnia pokrycia Stopień wykorzystania systemu a stopień słonecznego dla obszaru południe Niemiec
pokrycia potrzeb cieplnych. wynoszą od 1000-1200 kWh/m2xrok i są około
Oczekiwany stopień pokrycia przez energię
10-20 % wyższe w porównaniu do napromie-
solarną, oznacza pożądany udział rocznego
zapotrzebowania na energię cieplną pokrywa- Typowe stopnie wykorzystania systemu insta- niowania na północy wynoszącego 900-1000
lacji solarnych mieszą się w granicach od 30 kWh/m2xrok. Należy liczyć się z możliwością
ną przez instalację solarną. Jego wartość jest
ważnym parametrem w procesie doboru syste- do 50 %. Należy zauważyć, iż ze wzrastającym występowania obszarów charakteryzujących
stopniem pokrycia potrzeb cieplnych stopień się odmiennymi od podanych powyżej warto-
mu solarnego. Ponieważ w bilansie uwzględnia
się sumę doprowadzonej energii, przy ustale- wykorzystania systemu spada (i odwrotnie). ściami, które to muszą być uwzględnione przy
doborze pola kolektorowego instalacji solarnej
niu stopnia pokrycia należy również uwzględ-
Można to wyjaśnić w następujący sposób: (patrz mapa).
nić ogół strat ciepła systemu (straty zasobnika,
1. Wraz ze wzrastającym stopniem pokrycia Wpływ ukierunkowania i nachylenia
straty w rurociągach instalacji solarnej, a także
 o ile takie istnieją  straty w instalacji cyrkula- wzrasta również średnia temperatura kolek- Maksymalne uzyski energii solarnej osiąga się
tora, ponieważ woda jest nie tylko wstępnie przy ustawieniu kolektorów w kierunku połu-
cji ciepłej wody użytkowej).
podgrzewana, lecz musi być również pod- dniowym względem linii horyzontu. W praktyce
grzana do temperatury zadanej. Ponieważ ze jednak nawet przy nachyleniu w kierunku po-
Stopień pokrycia definiuje się jako:
wzrostem temperatury kolektora zwiększają łudniowym i południowo zachodnim przy kącie
D [%] = (energia solarna/(energia solarna +
się również straty na kolektorze  to spada nachylenia między 30-50� nie odnotowuje się
ogół energii doprowadzonej z uzupełniającego
stopień wykorzystania systemu. znacznego obniżenia efektywności pracy in-
z
ródła ciepła np. z kotła grzewczego)) x 100
2. Uzyskanie wysokiego stopnia pokrycia stalacji. Większe odchylenia ukierunkowania
zaopatrywania w ciepło wymaga względnie (kierunek wschód, zachód) należy kompen-
Intensywność promieniowania słonecznego
dużych powierzchni kolektora, by również w sować poprzez zwiększanie powierzchni pola
oraz zapotrzebowanie na ciepło nie pokrywają
się czasowo. Z tego powodu uzyskanie zbliżo- okresach przejściowych mógł być zapewniony kolektorowego.
odpowiedni do potrzeb udział energii słonecz- Uproszczona metoda doboru
nego do pełnego pokrycia potrzeb cieplnych
nej w przygotowaniu ciepłej wody. W miesią- Przy średnim poziomie zużycia ciepłej wody
przez instalacje solarne nie jest możliwe bez
cach letnich powstają w efekcie nadwyżki, tzn. użytkowej i optymalnym ukierunkowaniu w
sezonowego magazynowania ciepła.
część energii słonecznej nie jest potrzebna  w celu uzyskania stopnia pokrycia zapotrzebo-
efekcie spada stopień wykorzystania systemu. wania wynoszącego około 60% należy zasto-
Dobór instalacji solarnej przy założeniu
sować kolektor F2 o parametrach około od 1
60%-stopnia pokrycia potrzeb cieplnych
Wpływ promieni słonecznych do 1,5 m� na osobę. Pojemność solarnego
Warunki nasłonecznienia uzależnione są od podgrzewacza powinna być zaprojektowana
W przypadku założenia 60%-stopnia rocznego
pokrycia zapotrzebowania na ciepło przez in- lokalizacji. Typowe wartości promieniowania na pokrycie zapotrzebowania wody na 1,5 do
dwóch dni.
stalacje solarne, w miesiącach letnich można
uzyskać praktycznie pełne jego pokrycie,
co pozwala na okresowe wyłączenie kotła
Słupsk
Gdańsk
grzewczego. Dlatego też w przypadku domków
Koszalin
Elbląg Suwałki
jednorodzinnych dąży się do uzyskania 60%
lub więcej stopnia pokrycia potrzeb cieplnych.
Olsztyn
Oczywiście w przypadku występowania dłuż-
szych okresów w niekorzystnych warunkach Grudziądz
Szczecin
pogodowych może okazać się konieczne Bydgoszcz
Ostrołęka
Płla
Łomża
Białystok
włączenie kotła grzewczego, w celu pełnego Toruń
Gorzów Wielkopolski
zabezpieczenia dostaw ciepła.
Płock
Włocławek
Poznan
�% Stopień wykorzystania systemu
Siedlce
Konin
Definiuje się jako stosunek użytkowej energii
Warszawa
cieplnej przekazanej z systemu solarnego do Biała Podlaska
Zielona Góra Skierniewice
Leszno
Kalisz
systemu konwekcyjnego do energii słonecznej, Lódx

która w tym samym czasie została dostarczona Sieradz
Puławy
do pola kolektorowego instalacji solarnej. W Radom Chełm
Lublin
Legnica
przypadku prostych instalacji do podgrzania Wroclaw
Jelenia Góra
ciepłej wody wyposażonej w jeden zasobnik
ZamoS
ć
Kielce
Opole
Wałbrzych
stopień wykorzystania systemu dotyczy w Czestochowa
Stalowa Wola
Tarnobrzeg
rzeczywistości energii cieplnej wprowadzonej z
Kłodzko
systemu solarnego do tego zasobnika.
Katowice
Rzeszów
Krakow
PrzemyS
l
Tarnow
990 1040 Bielsko- Biala
Krosno
kWh/m2
Nowy Sącz
1022
3
DOBÓR - WYMIAROWANIE
Nomogram do doboru systemu solarnego firmy Roth przeznaczonego
do podgrzania wody użytkowej za pomocą kolektora płaskiego F2
Zużycie wody na osobę i dzień PojemnoS
ć zbiornika Stopień pokrycia
Osoby
Punkt wyjS
cia
południe
północ
Liczba Powierzchnia
sztuk brutto w m2
Lokalizacja
Ukierunkowanie
Kąt nachylenia Liczba kolektorów Roth F2
Dla szybkiego doboru można skorzystać z powyższego nomogra-
mu. Umieszczono na nim najważniejsze parametry decydujące o
wielkości instalacji. Rozpoczynając od liczby osób  kierując się
czerwoną strzałką  przykład do 4 osób  zaznaczono czerwoną
linię pionowo w górę. W punkcie przecięcia z osią jednostkową za-
potrzebowania dziennego wykreślono poziomą linię w kierunku linii
niebieskiej pojemność zasobnika. Przesuwając się dalej w punkcie
przecięcia linii pomocniczej z prostą oczekiwanego stopnia pokrycia
odznacza się linią pionową w kierunku prostych opisujących lokali-
zację instalacji. Następnie odszukuje się planowane ukierunkowanie
i nachylenie pola kolektorowego. Linia pomocnicza kończy się na
prostej określającej liczbę niezbędnych kolektorów.
Roczne S
rednie wartoS
ci
napromieniowania słonecznego
w kWh/m2
1150-1200
Kierunek odczytu na przykładzie 4-osobowego gospodarstwa domo-
1100-1150
wego o średnim zapotrzebowaniu na ciepłą wodę, lokalizacja: miasto
1050-1100
Hanower, kierunek południowy kolektorów przy nachyleniu dachu 45�
1000-1050
950-1000
900-950
4
OBLICZENIE
Strata ciśnienia oraz dobór pompy
�% Odpowiednio do liczby kolektorów oraz pla- �% Maksymalna wysokość podnoszenia
nowanej średnicy orurowania instalacji mnoży
się jednostkową stratę ciśnienia przez liczbę
Wysokość pompowania [m] Wysokość pompowania [m]
Pompa
metrów rury w obiegu instalacji solarnej. Wynik
przy 280l/h przy 500l/h
nanosi się do tabeli nr 1. W tabeli nr 2 oblicza
się straty ciśnienia obejmujące pole kolektora
RS 25/6 Stopień 1 1,8 1,2
i stację solarną. Wartości oporności pola ko-
Stopień 2 4,0 3,5
lektorowego wynikają z liczby kolektorów i ich
Stopień 3 5,8 5,5
rozmieszczenia (szeregowe, równoległe) oraz
straty ciśnienia pojedynczego kolektora.
W oparciu o całkowitą sumę wyznaczonych
powyżej strat ciśnienia należy następnie wyko-
rzystując charakterystyki hydrauliczne pompy
stacji solarnej wyznaczyć rzeczywisty punkt
jej pracy. Optymalną efektywność działania
pompa osiaga pracując na drugim biegu. W
przypadku gdy odczytana wysokość podno-
szenia pompy będzie zbyt mała należy sko-
rygować wcześniejszy założony sposób połą-
czenia kolektorów w pole (zastąpić szeregowe
połączenie kolektorów układem równoległym)
lub zwiększyć średnicę orurowania instalacji.
�% Strata ciśnienia w rurze (tabela nr 1)
Liczba Przepływ Rura miedziana (CU) Strata ciśnienia w odnie- Długość rury Strata ciśnienia
Kolektor płaski F1 Roth L/h DN sieniu do 40% mieszaniny m Pa
glikolu z wodą
Pa/m (mWs)
2 w rzędzie 120 12 400 (0,040) x =
2 w rzędzie 120 15 180 (0,018) x =
3 w rzędzie 180 15 250 (0,025) x =
3 w rzędzie 180 18 100 (0,010) x =
4 w rzędzie 240 18 150 (0,015) x =
5 w rzędzie 300 22 80 (0,008) x =
4 2x2 w rzędzie 240 18 150 (0,015) x =
6 2x3 w rzędzie 360 22 110 (0,010) x =
6 2x3 w rzędzie 360 28 50 (0,005) x =
8 2x4 w rzędzie 480 22 180 (0,018) x =
8 2x4 w rzędzie 480 28 70 (0,007) x =
Dodatek 50% z tytułu strat miejscowych =
�% Straty ciśnienia w kolektorach, stacji solarnej oraz wymienniku ciepła (tabela nr 2)
Liczba Przepływ Strata ciśnienia Strata ciśnienia Strata ciśnienia
Kolektor F1 L/h kolektory stacja solarna Pa
Pa Pa
2 w rzędzie 120 4400 + 250 =
3 w rzędzie 180 10500 + 550 =
4 w rzędzie 240 18000 + 1000 =
5 w rzędzie 300 30000 + 1150 =
6 2x3 w rzędzie 360 10500 + 2200 =
8 2x4 w rzędzie 480 18000 + 4000 =
Suma straty ciśnienia =
5
OBLICZENIE
Pojemność instalacji solarnej, ochrona przed zama-
rzaniem, przeponowe naczynie wzbiorcze.
�% Pojemność instalacji, ochrona przed zamarzaniem, �% Strata ciśnienia w rurze (tabela nr 1)
przeponowe naczynie wzbiorcze. W celu określenia po-
jemności naczynia wzbiorczego i ustalenia niezbędnej
Pojemność (objętość) urządzenia
ilości czynnika zabezpieczającego instalację solarną
przed zamarzaniem należy wyznaczyć całkowitą po-
Pojemność kolektora 1,15l x (liczba) kolek- = l
jemność instalacji. Wyznacza się ją poprzez sumowa-
torów
nie pojemności zastosowanych kolektorów, orurowania
Rura miedziana CU 12x1 0,08l/m x Metr rury = l
instalacji i wymiennika zabudowanego w zasobniku
Rura miedziana CU 15x1 0,13l/m x Metr rury = l
solarnym. Dodatkowo należy uwzględnić pojemność
Rura miedziana CU 18x1 0,20l/m x Metr rury = l
tzw. poduszki zabezpieczającej tj. wstępnej zawartości
czynnika grzewczego będącej minimalną wymaganą
Rura miedziana CU 22x1 0,31l/m x Metr rury = l
objętością czynnika w naczyniu wzbiorczym w najniż-
Rura miedziana CU 28x1,5 0,50l/m x Metr rury = l
szej temperaturze. Jej obliczeniowa wartość powinna
Rura miedziana CU 32x1,5 0,80l/m x Metr rury = l
wynosić 0,5 % pojemności instalacji, lecz nie mniej
Pojemność wymiennika ciepła1 zabudowanego w zasobniku = l
niż 3 litry. W celu ustalenia ilości czynnika zabezpie-
Poduszka zabezpieczająca = 3 l
czającego przed zamarzaniem użytego do sporzą-
Całkowita objętość (pojemność) = l
dzenia 40% wodnego roztworu mnoży się całkowitą
pojemność instalacji przez współczynnik 0,4. (Uwaga:
zawsze kontrolować rzeczywiste stężenie mieszanki !)
Potrzebna ilość płynu solarnego F1 firmy Roth
Pojemność użytkową naczynia wzbiorczego określa
się w oparciu o współczynnik rozszerzalności cieplnej
Ochrona przeciwmrozowa do -19�C, 40% wodny roztwór glikolu propy-
czynnika grzewczego w instalacji solarnej wynoszą-
lenowego
cego około 0,8 % jego pojemności � = 0,08) oraz
Całkowita pojemność instalacji x 0,4 = l
objętość par tego czynnika mogących powstać w po-
zostających w stanie stagnacji kolektorach. Przy usta-
leniu ilości par poza pojemnościami kolektorów należy
Pojemność użytkowa naczynia naczynia wzbiorczego
uwzględnić także pojemność orurowania instalacji po
stronie zasilania (wyjście z pola kolektorowego) aż do
1. Rozszerzalność czynnika grzewczego o około 8%
wysokości dolnej jego krawędzi, jak również pojemność
Całkowita pojemność instalacji x 0,08 = l
przewodów połączeniowych pomiędzy poszczególnymi
2. Objętość pary
kolektorami. Taka ustalona pojemność naczynia
Pojemność kolektora 1,15 l x ....... (liczba) kolektorów = l
wzbiorczego nie jest jednak jego pojemnością znamio-
Pojemność zasilających przewodów rurowych (rur) powyżej dolnej
nową. Ta uzależniona jest bowiem od wielkości ciśnie-
krawędzi kolektora = l
nia napełnienia instalacji i ciśnienia otwarcia zaworu
Suma objętości rozszerzalnościowej =
bezpieczeństwa. Przy wysokości ciśnienia statycznego
poniżej 15 m, ciśnienie napełnienia instalacji winno wy-
nosić 2 bar. Ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa
zabudowanego w stacji solarnej firmy Roth wynosi 6
Znamionowa pojemność naczynia wzbiorczego2
bar. W takim przypadku znamionowa pojemność na-
czynia wzbiorczego jest około dwukrotnie większa od
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego x 2 = l
pojemności użytkowej.
1
patrz: dane katalogowe zasobnika
2
przy ciśnieniu statycznym 1,5 barów, ciśnieniu napełnienia instalacji 2 bary i ciśnieniu otwar-
cia zaworu bezpieczeństwa 6 barów
Uwaga: Powyższe wyliczenia dotyczą wyłącznie tych parametrów. W innych przypadkach
należy zaczerpnąć informacji.
ROTH POLSKA Sp. z o.o.
ul. Dekoracyjna 1c
65-722 Zielona Góra
tel. [phone]
fax: [phone]
e-mail: [e-mail]
www.roth-polska.com