Výměníky tepla VTB pro solární ohřev bazénů
Dovoluji si čtenářům tímto článkem podrobněji osvětlit problematiku výměníků tepla pro solární ohřev bazénu, především z toho důvodu, že mnohokrát při volbě použitého výměníku tepla dochází k jeho nevhodnému výběru, majícímu za následek značné znehodnocení investice vložené do solární techniky.
Na počátku dalšího výkladu bude vhodné, připomenout si vlastnosti slunečních kolektorů a vliv teploty teplonosné kapaliny na energetickou účinnost kolektoru.
Energetická účinnost, to znamená poměr mezi teplem předaným teplonosné kapalině a sluneční energií dopadající na plochu kolektoru, se obvykle udává jako funkce parametru x, určujícího pracovní podmínky kolektoru ve tvaru: η = c0 - c1x - c2Gk x2, kde x = ( tk - t0 ) / Gk [ m2K / W ] (1)
a kde:
c0 je konstanta vyjadřující maximální účinnost kolektoru při jeho teplotě tk rovné teplotě okolí t0
c1 je konstanta vyjadřující tepelné ztráty kolektoru [ W / m2K]
c2 je konstanta vyjadřující zakřivení této funkční závislosti [ W / m2K2]
Gk je intenzita globálního slunečního záření dopadajícího na aktivní plochu kolektoru [ W / m2]
t0 je teplota vzduchu v okolí kolektoru [ oC]
tk je střední teplota teplonosné kapaliny [ oC]
Obecně platí, že konstanty c0 až c2 jsou pro jednotlivé typy kolektorů uvedeny v tabulce 1.
Tab.1
Dobrý výrobce kolektorů konkrétní hodnoty těchto konstant u svého výrobku uvádí, případně uvádí údaje, ze kterých je možné tyto konstanty určit. K tomu například postačují tři body na grafu účinnosti kolektoru.
Dosazením konkrétních teplot a konkrétních konstant pro určitý typ kolektoru a pro příslušnou intenzitu slunečního záření dosazenou do výše uvedené rovnice (1), dostaneme energetickou účinnost ( v rozsahu do 0 do 1 ) slunečního kolektoru v daném režimu činnosti .
Energetická účinnost každého slunečního kolektoru klesá s jeho střední teplotou, to znamená, s dostatečnou přesností pro naše užití, s průměrnou teplotou teplonosné tekutiny na jeho vstupu a výstupu. To je celkem dobře patrné z rovnice (1), kde pro konkrétní kolektor, tedy konkrétní konstanty c0, c1, a c2 bude největší účinnost pro malé nebo dokonce záporné x, to znamená pro minimální tk a maximální Gk . Intenzitu slunečního záření dopadajícího na plochu kolektoru můžeme ovlivnit tím že kolektor natočíme kolmo ke slunci. Jak intenzivně slunce svítí, záleží už jenom na počasí. Obdobně je to s teplotou vzduchu t0. Konstanty cx kolektoru jsou dány jeho konstrukčním typem a jakostí daného výrobku. Tím je pochopitelně dána i cena kolektoru. Poslední proměnnou, kterou můžeme v rovnici účinnosti kolektoru ovlivnit, je střední teplota teplonosné kapaliny tk . Právě na tuto teplou má rozhodující vliv výměník tepla použitý pro předávání tepla z teplonosné kapaliny v okruhu kolektorů do vody v bazénu. Pokud použijeme výměník tepla, k tomuto účelu některými výrobci dodávaný , který pro předávání jmenovitého výkonu potřebuje mezi primární a sekundární stranou teplotní rozdíl cca 60 °C, potom příkladně pro ohřívání vody v bazénu o teplotě +20 °C (na začátku sezóny) je potřebná teplota kapaliny z kolektorů cca 80 °C. Pokud budeme pro příklad uvažovat kolektory se selektivní vrstvou s jednoduchým zasklením ( například Heliostar TS300, venkovní teplota +20 °C, intenzita záření 800 W/m2 ) bude v tomto případě jejích relativní účinnost 55,3 %. ( to si může zájemce z rovnice (1) spočítat ). Pokud bychom použili výměník tepla pracující s teplotním spádem jenom 7 °C, teplota tk by byla jen 27°C a relativní účinnost kolektorů by byla 95,4 %.
Vhodně volený výměník tepla, jak je z příkladu zřejmé, dokáže výrazně zvýšit účinnost slunečního kolektoru, v daném konkrétním případě o 40 %.
Jinak řečeno, tím že jsem použil pro danou aplikaci nevhodný výměník, jsem na tom stejně, jako kdybych měl dobrý výměník ale použil o 40% méně kolektorů. Podstatným způsobem jsem si, použitím nevhodného výměníku tepla, znehodnotil investici do kolektorů. Pokud jsem příkladně do 20 m2 kolektorové plochy investoval 150 000,- Kč, použitím nevhodného výměníku tepla jsem si prakticky znehodnotil investici za 60 000,- Kč. A to je jistě na pováženou.
Bazénové výměníky tepla typu VTB vyráběné Trmickou energetickou strojírnou s.r.o., jsou specielně vyvinuté pro ohřev vody v bazénu ze slunečních kolektorů, Tyto výměníky pracují s nízkým teplotním spádem, při jmenovitém výkonu kolem 7 °C (v okruhu kolektorů je voda). Zapojují se do okruhu filtrace bazénové vody. Nepotřebují tedy další čerpadlo vody z bazénu.
Jejich konstrukce vychází z logického požadavku, maximálně se přizpůsobit režimu provozu kolektorů na jedné straně a režimu filtrace vody na straně druhé. Pokud vyjdeme z údajů výrobců kolektorů, je doporučované proudění teplonosné kapaliny z jednoho kolektoru o ploše cca 2 m2 v rozsahu 50 až 100 l/hod.. Tepelný výkon tohoto kolektoru při nízké teplotě tk a pro intenzitu záření 800 W/m2 je cca 1,2 kW. Pro předpokládaný jmenovitý výkon výměníku příkladě 12 kW ( pro bazény o objemu cca 30 m3 ) je to potom proudění cca 500 až 1000 l/hod teplonosné kapaliny od cca 20 m2 kolektorů na teplé straně výměníku. Studená strana výměníku bude zapojena do obvodu filtrace, ( příkladně filtr TOP400, doporučený pro bazény s objemem cca 30 m3 ) s výkonem cca 8 m3/hod,. Na straně bazénové vody bude potom ve výměníku proudit zhruba 8 až 15x více vody než na straně topné kapaliny od kolektorů. Zhruba tomuto poměru jmenovitého proudění je potřebné přizpůsobit konstrukci výměníku tepla pro bazénové aplikace. Výměník musí být navržený tak, aby při tomto proudění byly součinitele přestupu tepla na obou stranách teplosměnné plochy dostatečně vysoké a aby byla i dráha kapalin podél teplosměnné plochy dostatečně dlouhá. Tlaková ztráta na straně teplonosné kapaliny by měla být přibližně na úrovni tlakové ztráty vlastní soustavy kolektorů. Tlaková ztráta na straně bazénové vody pak co nejmenší ( do 10 kPa ), aby nebylo zbytečně zatěžováno čerpadlo filtrace. Takto navržený výměník tepla potom dobře plní požadovanou funkci předávání tepla z kolektorů do bazénové vody, bez výrazného vlivu na celkovou účinnost solárních kolektorů. Právě takové vlastnosti mají výměníky tepla VTB.
Zájemce o tuto problematiku si může na výpočtovém programu společného režimu práce slunečního kolektoru a výměníku tepla typu VTB namodelovat jejich vzájemný provoz. Výpočtem předpokládaného pracovního režimu se potom může sám přesvědčit o vhodnosti použití výměníků typu VTB a jeho vlivu na účinnost kolektoru. Výpočtový program s názvem VTB+kolektor ( pracuje v Excelu ) je možné získat na požádání na emailové adrese uvedené na našich webových stránkách: www. trmicka.cz
Je také možné se přesvědčit výpočtem na tomto programu o tom, že použitím nemrznoucích kapalin v okruhu kolektoru dochází ke zhoršování účinnosti kolektorů a to tím více, čím je kapalina proti mrazu odolnější, tedy méně naředěná vodou. O tomto faktu většina dodavatelů výměníků pro bazénové aplikace taktně mlčí a parametry výměníku uvádí jenom pro samotnou vodu.
Z výrobních důvodů bylo nutné změnit provedení připojovacích vývodů výměníku proti původnímu předpokladu, který je uveden na webových stránkách. Proto přikládáme fotografii skutečného provedení výměníku VTB 3 .
Na závěr tohoto článku ještě jedno ponaučení o provozu kolektorů pro ohřev bazénu pro úplné laiky. Pokud je za slunečného počasí potrubí od kolektorů k výměníku horké, je něco v nepořádku. Potrubí má být vlažné až mírně teplé. Potom kolektory pracují dobře, s vysokou účinností.
Ing. Jindřich Tesař
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax