Solární ohřev vody pro hotely: Úskalí při návrhu, profily poptávky a návratnost investic v praxi

Problém s profilem poptávky po hotelových službách: předpokládaná vs. naměřená poptávka

Spotřeba teplé vody v hotelech se často popisuje jako křivka se dvěma špičkami – silná ranní špička způsobená sprchováním hostů a menší večerní špička způsobená spotřebou hostů a provozem služeb. Tento vzorec se objevuje v mnoha technických příručkách pro hotelový sektor a představuje rozumný výchozí model pro předběžné dimenzování. Problémem je, že se jedná o téměř nikdy se neprověřuje vzhledem ke konkrétní vlastnosti.

Tuto výstrahu ještě podtrhuje variabilita spotřeby mezi jednotlivými hosty. Nedávný výzkum spotřeby vody v hotelech odhalil, že denní spotřeba vody se pohybuje v rozmezí od 45 až 141 litrů na osobu, přičemž hlavní pozornost se soustředí na sprchy. Pokud projektant použije jediný údaj v podobě “litrů na místnost”, je třeba tento údaj považovat za předpoklad, který je třeba ověřit – nikoli za univerzální vstupní hodnotu. Projekty dimenzované na základě neověřených předpokladů s sebou nesou riziko cenové nejistoty, riziko zastavení prací a riziko návratnosti investic, která nelze vyřešit žádnou úrovní účinnosti sběračů.

Co je třeba změřit před výběrem velikosti

Před provedením jakéhokoli výpočtu týkajícího se sběru nebo skladování by projektový tým měl stanovit – nebo alespoň odůvodněně odhadnout – následující vstupní údaje:

Záleží na způsobu skladování, zda se solární energie využije, nebo se promrhá

V hotelovém solárním systému pro ohřev užitkové vody není akumulační nádrž pouze doplňkovou součástí. Je to mechanismus, který určuje kolik ze zachycené sluneční energie budova skutečně spotřebuje. Pokyny CIBSE uvádějí, že časový průběh spotřeby teplé vody se málokdy shoduje s dostupností sluneční energie, a proto je zapotřebí akumulační zásobník, který překlenuje rozdíl mezi polední produkcí solární energie a odběrem v dopoledních či večerních hodinách.

Proto by výchozím bodem návrhu mělo být “Jaké množství sluneční energie z poledne dokáže tento hotel akumulovat a čerpat?” — ne “Kolik sběratelů se vejde na střechu?”

Nedostatečná úložná kapacita to má za následek, že zásobník dosáhne nastavené hodnoty, zatímco kolektorové pole stále produkuje teplo – což vede k nevyužití solárního příkonu a delšímu vystavení stagnaci. Prostorný úložný prostor zvyšuje investiční náklady a může zpomalit tepelnou odezvu, aniž by došlo ke zlepšení skutečného využití. Cílem návrhu není co největší zásobník ani co největší pole kolektorů. Je jím bod rovnováhy kdy akumulační systém dokáže pojmout energii vyrobenou solárními kolektory a hotel může čerpat energii z tohoto akumulačního systému v rámci reprezentativního spektra podmínek obsazenosti.

Proč ani správně dimenzované sběrné pole nedosahuje cílových úspor

Jedná se o jednu z nejméně diskutovaných proměnných v ekonomice solárních tepelných systémů v hotelech, která má přitom jeden z nejvýznamnějších dopadů: ztráty v recirkulačním okruhu.

V centralizovaných hotelových systémech TÚV s dlouhými potrubními trasami udržují recirkulační smyčky teplotu teplé vody v celé rozvodné síti, takže hosté mají teplou vodu k dispozici rychle po otevření kohoutku. Tato smyčka běží nepřetržitě – nebo téměř nepřetržitě – bez ohledu na to, zda někdo odebírá teplou vodu. V mnoha hotelech představuje energie spotřebovaná na udržení teploty v potrubí významnou část celkové spotřeby energie na ohřev užitkové vody. Výzkum centrálních systémů ohřevu užitkové vody v bytových domech zjistil, že průměrný podíl tepelných ztrát v recirkulačním okruhu činí přibližně 33 % z celkové spotřeby plynu v systému – a rozvodné sítě v hotelech jsou obvykle delší a složitější.

Praktický důsledek je zřejmý: solární projekt může v technickém modelu vypadat, že pokrývá velkou část nákladů na ohřev zásobníku, ale pokud je recirkulační smyčka dlouhá, špatně izolovaná a v provozu nepřetržitě, hotel i tak platí za udržování teploty v potrubí během každé hodiny s nízkou spotřebou. V reálných projektech, řízení recirkulace – včetně časového plánování, regulace teploty v zpětném potrubí a cílených vylepšení izolace – má často pro dosažení návratnosti investic stejný význam jako výběr kolektorů. Jakýkoli návrh, který se zaměřuje na solární část, aniž by řešil distribuční část, by měl být zpochybněn.

Stagnace je součástí návrhu, nejde o výjimečný případ

Ke stagnaci dochází, když solární kolektory nadále absorbují sluneční záření, ale neprotéká jimi žádná kapalina – obvykle proto, že zásobník dosáhl své maximální nastavené hodnoty a regulátor zastavil čerpadlo. Za těchto podmínek teploty v absorbéru rychle stoupají a mohou dosáhnout jmenovité teploty stagnace kolektoru, která u zasklených plochých kolektorů obvykle leží v rozmezí 150–200 °C.

V hotelovém odvětví není riziko stagnace pouhou hypotézou. To se dalo očekávat. K tomu dochází během slunečných období s nízkou obsazeností – v mezisezónách, v klidných dnech uprostřed týdne, během svátků –, kdy se prodává méně pokojů, ale kolektorové pole je plně vystaveno slunci. Akumulační nádrž dosáhne nastavené teploty již brzy ráno a zbývající sluneční energie nemá kam směřovat.

Systém se hned první den nezhroutí. Je to postupně se zhoršuje, a ve třetím roce začne zátěž spojená s údržbou ukrajovat z úspor, které tuto investici ospravedlňovaly.

Správné řízení stagnace je technickým požadavkem. Mělo by zahrnovat správně dimenzované expanzní nádoby, teplonosnou kapalinu dimenzovanou pro teplotu stagnace kolektoru, odvod přetlaku a – v mnoha komerčních systémech – aktivní odvod tepla nebo logiku nočního chlazení, která systému umožňuje bezpečně odvádět přebytečnou energii. Podrobné informace o prevenci stagnace v komerčních solárních tepelných systémech naleznete v Jak zabránit přehřátí a ochránit svou investici do solárního ohřevu vody.

Architektura systému: Dvoudílné provedení vs. kompaktní střešní jednotka

U většiny projektů hotelů s více pokoji je praktickým výchozím bodem rozdělený tlakový systém: střešní kolektory, vnitřní akumulační nádrže, solární oběhové čerpadlo s regulací na základě teplotního rozdílu a záložní ohřívač integrovaný prostřednictvím řídicího rozhraní. Tato architektura poskytuje projektantovi mnohem lepší kontrolu nad uspořádáním pole kolektorů, ochranou proti zamrznutí, hydraulickou stabilitou, řízením stagnace a integrací do technické místnosti.

Kompaktní střešní termosifonové systémy mohou být stále vhodným řešením pro velmi malé ubytovací objekty – vily, skupiny bungalovů nebo nízkopodlažní penziony, kde je spotřeba omezená, není k dispozici vnitřní prostor pro zásobník a jednoduchost samocirkulačního systému převažuje nad jeho omezeními v oblasti regulace. U jakéhokoli objektu s více než přibližně 20–30 pokoji však termosifonový systém postrádá možnost regulace potřebnou pro bezpečný a efektivní provoz při sezónních výkyvech zatížení.

Rozhodnutí o architektuře má také vliv na dlouhodobou udržovatelnost. Dobře navržený dělený systém umožňuje obsluze nebo systému BMS řídit prioritu solárního ohřevu, přepínání na záložní zdroj, plánování recirkulace a ochranu proti stagnaci prostřednictvím jednotné řídicí logiky. Právě tato ovladatelnost odlišuje systém, který přináší trvalé úspory, od systému, který se pomalu vzdaluje od svého projektového bodu. Více informací o tom, jak spolu interagují solární a konvenční záložní systémy, najdete v článku strategie řízení hybridních systémů ohřevu vody kombinujících solární a konvenční zdroje.

Na čem ve skutečnosti závisí návratnost investice do solárních systémů v hotelech

Neexistuje žádná jednotná hodnota návratnosti, kterou by bylo možné spolehlivě přenést z jednoho hotelového projektu na druhý. Zveřejněné akademické modelové studie zjistily, že podíl solární energie se pohybuje v rozmezí přibližně 60 % až téměř 80 % pro hotelové projekty v oblastech s příznivým klimatem, s kladnou čistou současnou hodnotou v několika scénářích. Širší odhady v oboru uvádějí dobu návratnosti v rozmezí od přibližně 3 až 9 let pro komerční solární ohřev vody. Jedná se o užitečné orientační body – nikoli o závazky.

Návratnost investice (ROI) v rámci projektu solárního ohřevu teplé užitkové vody v hotelu je výsledkem čtyři vzájemně se ovlivňující proměnné, nejedná se o neměnnou vlastnost této technologie:

Co je třeba předložit před podáním žádosti o nabídku

Důvěryhodný návrh komerčního solárního systému pro ohřev užitkové vody začíná tím, že provozní údaje, nikoli katalogové preference. Čím podrobnější je zadání projektu, tím přesnější je dimenzování systému a tím lépe lze odůvodnit odhad návratnosti investic.

Frequently Asked Questions