Temperature verification method of solar heat gains in installations with flat plate solar collectors – case study

Solar collectors are used increasingly in single-family housing. Their popularity depends on many factors, including the price-to-productivity ratio, which in turn results from the development of solar collector technology as well as entire systems. This development consists of many aspects, including those related to the modernization of control systems and measuring of solar collector systems. Currently used systems offer, among others, the ability to determine the approximate solar heat gains using the sensors necessary for normal control of the sensor system. The paper analyzes, on the example of one facility, how such installations work in Polish conditions. An installation consisting of 3 solar collectors has been selected for analysis, supporting the preparation of hot utility water for a single-family residential building. The detailed analysis concerned days with high heat gains compared to the average heat demand for hot water preparation in the building. The temperature verification method (TVM) of the calculated solar heat gains by the solar system controller has been proposed. Then, differences in measurements according to two methods (controller and TVM) have been presented at various characteristic moments of the installation’s operation (start- -up, stop) and during continuous operation. It has been shown that during the day gains measured by the controller can be 15% lower than gains measured by the TVM method. The check has been carried out at a daily sunlight value higher than 4.8 kWh/m2 measured on a horizontal plane. The ratio of heat energy supplied to the domestic hot water storage tank to the measured insolation has been 34%. The sum of annual solar heat gains measured by the controller and TVM differed by 5.2%.

W budownictwie jednorodzinnym coraz częściej stosuje się kolektory słoneczne. Ich popularność zależy od wielu czynników, w tym stosunku ceny do wydajności, co z kolei wynika z rozwoju technologii kolektorów słonecznych, a także całych systemów. Na rozwój ten składa się wiele aspektów, w tym związanych z modernizacją układów sterowania i pomiarami systemów kolektorów słonecznych. Obecnie stosowane systemy oferują m.in. możliwość określenia przybliżonych uzysków ciepła słonecznego za pomocą czujników niezbędnych do normalnego sterowania układem pracy systemu. W artykule przeanalizowano, na przykładzie jednego obiektu, jak takiego typu instalacje działają w polskich warunkach. Do analizy wybrano instalację składającą się z 3 kolektorów słonecznych wspomagających przygotowanie ciepłej wody użytkowej dla budynku mieszkalnego jednorodzinnego. Szczegółowa analiza dotyczyła dni z dużymi uzyskami ciepła w porównaniu ze średnim zapotrzebowaniem na ciepło do przygotowania ciepłej wody w budynku. Zaproponowano metodę weryfikacji temperatury (TVM) obliczonych zysków ciepła słonecznego przez regulator systemu solarnego. Następnie przedstawiono różnice w pomiarach prowadzonych dwiema metodami (sterownik PLUM i TVM) w różnych charakterystycznych momentach pracy instalacji (rozruch, zatrzymanie) oraz podczas pracy ciągłej. Wykazano, że w ciągu dnia uzyski ciepła mierzone przez kontroler mogą być o 15% niższe niż uzyski mierzone metodą TVM. Sprawdzenie zostało przeprowadzone przy dziennej wartości nasłonecznienia wyższej niż 4,8 kWh/m2 mierzonego w płaszczyźnie poziomej. Stosunek energii cieplnej dostarczonej do zasobnika ciepłej wody użytkowej do zmierzonego nasłonecznienia wyniósł 34%. Suma rocznych uzysków ciepła słonecznego mierzonych przez regulator i TVM różniła się o 5,2%.