Disertační práce NOVÉ METODY HOSPODÁRNÉHO DIMENZOVÁNÍ SYSTÉMŮ S TEPELNÝM ČERPADLEM A SVISLÝMI ZEMNÍMI VRTY

Transkript

1 České vysoké učení echncké v Paze Fakula sojní Úsav echnky posředí Dseační páce NOVÉ METODY HOSPODÁRNÉHO DIMENZOVÁNÍ SYSTÉMŮ S TEPELNÝM ČERPADLEM A SVISLÝMI ZEMNÍMI VRTY Ing. Robe Kane Technka posředí Sudjní obo Pof. Ing. Jří Baša, Ph.D. Školel Pof. D. I. Jan Hensen Školel specalsa 011 Paha

2 Rád bych na omo mísě poděkoval kolegům z Úsavu echnky posředí za cenné ady a přpomínky a o zejména mému bývalému školel docenu Kalu Božov, mému současnému školel pofesoov Jřímu Bašov a školel specalsov pofesoov Janu Hensenov. Dále bych ád poděkoval za pělvos a podpou celému mému okolí a především mé odně (manželce, synov a mamnce). Posnec 011 Robe Kane 1

3 Anoace Cílem éo dseační páce je opmalzace sousav s epelným čepadlem a svslým zemním vem a o z hledska spořeby elekcké enege. Výzkum se zabývá ůzným konfguacem sousav a jejch vhodnou egulací. Vzhledem k velkému poču možných zapojení epelných čepadel v sousavách byly po pvní sude vybány pouze čyř základní uspořádání s příslušnou egulací. Tepelná čepadla jsou zařízení s dynamckým chováním během oopného období. Maemacké smulace poo popsují celé oo období, neboť se výazně mění eploa nemznoucí směs vysupující z vu a se změnou venkovní eploy aké epelná záa zvoleného objeku. Časový kok smulace byl zvolen 3 mnuy, aby byly do výpoču zahnuy změny eplo př nabíjení a vybíjení akumulačního zásobníku, egulace sousavy a lokální změny ve svslém zemním výměníku. Model byl sesaven v smulačním posředí TRNSYS (Tansen Sysem Smulaon Pogam). Kalbace modelu byla povedena s day získaným z měření na eálném zařízení na ČVUT v Paze sloužícím po vyápění laboaoří Úsavu echnky posředí. Sousava se skládá ze 100 m vu s dvojou U-ubcí, epelného čepadla země/voda 9,6 kw (B0/W35), akumulačního zásobníku o objemu 540 l, oběhových čepadel a příslušné egulace. Měření pobíhalo konnuálně, každou mnuu byly všechny měřené hodnoy zaznamenány měřcí úsřednou a záoveň ukládány ve solním počíač. Př kalbac byla komponena popsující daný objek nahazena naměřenou pořebou epla po laboaoře. Meeoologcká daa a eploa v echncké mísnos byly ovněž nahazeny eálným naměřeným hodnoam. Výsledky smulací jednolvých vaan byly získány po zjednodušený model budovy a meeoologcká daa z daabáze Meeonom. Cílem bylo uč vhodně navženou sousavu s vhodnou egulací. Po poovnání jednolvých vaan byl využ fako HSPF (Heang Seasonal Pefomance Faco). Summay The am of hs hess s o opmze hea pump sysems wh boehole hea exchange n ems of enegy consumpon. The eseach s dealng wh dffeen confguaons of sysem and suable conol saegy. In egads o a gea numbe of sysem confguaons, only fou basc of hem wee seleced fo he fs sudy. Hea pumps ae devces wh a dynamc behavo dung heang season hence a mahemacal smulaon descbng whole season s used. Smulaon s pefomed fo he heang season because n hs peod gadual changes boh empeaues n he suoundng gound and n buldng heang demand as well appea. Smulaon sep s se o 3 mnues n ode o cach nfluences of hea song and ejecng pocess n he soage ank, as well as of conol saegy and boehole local changes n he gound suoundng. Model s compled n ansen sysems smulaon envonmen TRNSYS (Tansen Sysem Smulaon Pogam). Model calbaon s caed ou wh daa measued on eal sysem a CTU n Pague used fo heang of a pa of laboaoy of Depamen of envonmenal engneeng. Sysem confguaon consss of 100 m boehole wh double U-ube confguaon, 9,6 kw (B0/W35) bne-o-wae hea pump, soage ank 540 l, cculang pumps and nvolved conol. Measuemen s connuous, evey one mnue all measung values ae logged wh daa acquson equpmen and consequenally downloaded o he compue. Dung calbaon s componen descbng buldng behavo eplaced wh eal heang capacy measued on he devce descbed above. Meeoologcal daa and echncal oom empeaue ae eplaced wh eal measued values. Resuls of smulaon wee obaned fo smplfed buldng and weahe daa wee used fom daabases of Meeonom. The objecve s o deemne he mos suable confguaon wh a elevan conol saegy. Faco HSPF (Heang Seasonal Pefomance Faco) was used fo compason of dffeen confguaon.

4 Obsah 1. ÚVOD LITERÁRNÍ REŠERŠE Meody návhu epelných čepadel se svslým zemním vy Současné násoje po návh a smulac TČ se svslým vy Analycké meody Kombnace numeckých a analyckých meod Numecké meody Sanovení výsupní eploy z vu po zjednodušené výpočy Souhn konkéních cílů dseační páce TEORIE MATEMATICKÝCH MODELŮ HLAVNÍCH PRVKŮ V SOUSTAVÁCH S TEPELNÝM ČERPADLEM A ZEMNÍMI VRTY Teoe vedení epla v okolí svslého zemního výměníku Zjednodušené Foue-Kchhoffovy ovnce po 1D a D případy Nesaconání vedení epla = f (,) Nesaconání vedení epla = f (, θ,) Nesaconání vedení epla = f (, z,) Lokální pocesy v blízkém okolí U-ubce Teoe výpoču výkonu epelného čepadla Teoe přenosu epla a safkace v akumulačním zásobníku Teoe oopné sousavy ANALÝZA MOŽNOSTÍ ZAPOJENÍ TEPELNÝCH ČERPADEL S VYUŽITÍM NÍZKOPOTENCIÁLNÍ TEPELNÉ ENERGIE Z VRTŮ Možnos zapojení na pmání saně Možnos zapojení na sekundání saně HODNOCENÍ SYSTÉMŮ Z HLEDISKA SPOTŘEBY ENERGIE MODELOVÁNÍ SOUSTAV VYTÁPĚNÍ S TEPELNÝM ČERPADLEM Sesavení modelů po smulac sysémů Zjednodušení př sesavování modelů KALIBRACE MODELU Modely po kalbace jednolvých zařízení sousavy s epelným čepadlem Sousava s epelným čepadlem sloužící po kalbac modelu Pops a vlasnos vu Fyzkální paamey Geomecké paamey Konsukce epelného čepadla Schéma akumulační nádoby Pops egulace Chaakesky oběhových čepadel Měřcí zařízení SIMULACE ZVOLENÝCH VARIANT Meeoologcká daa Model budovy Pops zemní sondy

5 8.4. Pops egulace Osaní komponeny modelu VÝSLEDKY A DISKUZE Výsledky kalbace Kalbace zemního výměníku Kalbace epelného čepadla Kalbace akumulačního zásobníku Kalbace oopné sousavy Kalbace celé sousavy s epelným čepadlem Výsledky smulace Meeoologcká daa Výsledky modelu budovy Výsledky smulací jednolvých vaan ZÁVĚR Teoecký přínos páce Pakcký přínos páce

6 Seznam zkaek a symbolů TČ epelné čepadlo SVTČ sousava vyápění epelným čepadlem ZV zdoj vyápění OT oopné ěleso OS oopná sousava SZTČ sousava zdoje s epelným čepadlem SDZ sousava doplňkového zdoje NZTČ nízkopoenconální zdoj epelného čepadla SAZ sousava s akumulačním zásobníkem NZ nízkopoenconální zdoj AN akumulační nádoba DZ doplňkový zdoj OP oopné plochy PSV poubní síť vyápění OČ oběhové čepadlo ZS zemní sonda COP opný fako (Coeffcen of Pefomance) HSPF sezónní opný fako (Heang Seasonal Pefomance Faco) SEER sezonní chladící fako (Seasonal Enegy Effcency Rang) čas [s] eploa [ C] p lak [Pa] a eploní vodvos [m /s] c měná epelná kapaca [J/kgK] součnel epelné vodvos [W/mK] husoa [kg/m 3 ] polomě [m] l délka [m] x vzdálenos [m] h enalpe [J/kg] s enope [J/kgK] úhel [ ] z souřadnce z [m] q měný epelný ok [W/m] H hloubka vu [m] R polomě [m] D půmě [m] S plocha [m ] eploní ozdíl [K] eploní ozdíl [K] n eploní exponen [-] 5

7 paame [-] G G-fako [-] g g-funcon [-] p bezozměný polomě [-] J Besselova funkce pvního duhu Y Besselova funkce duhého duhu Euleova konsana [-] emsva [-] poměný výkon [-] poměný půok [-] poměná eploa [-] poměný poče dnů [-] R epelný odpo [m K/W] U součnel přesupu epla [W/m K] F měný epelný ok (TRNSYS) [W/m] Cap epelný výkon [W] P elekcký příkon [W] m hmonosní půok [kg/s] V objemový půok [m 3 /s] COP Coefcen of pefomance [-] n délka vání eplo [h/ok] A Achmedovo číslo [-] G Gashofovo číslo Pe Pecleovo číslo [-] Re Reynoldsovo číslo [-] P Pandlovo číslo [-] Fo Foueovo číslo [-] Nu Nusselovo číslo [-] epelný výkon [W] Q eplo [kwh] P příkon [W] Dolní ndexy v (b) vm (f) p konv com výp kond eg odm l w p1 p s1 s v (boehole) výplňový maeál (fll) poubí konvekcí kompeso výpaník kondenzáo egulace odmazování délka voda pmání sana vsup pmání sana výsup sekundání sana výsup sekundání sana vsup 6

8 os1 oopná sousava vsup os oopná sousava výsup z zemna mez mezea eq ekvvalenní down dolu up nahou em venkovní mezní v výpaník k kondenzáo p pmání sana s sekundání sana os oopná sousava N nomnální 0 počáeční vnřní e venkovní sř sřední h honí d dolní OT oopné ěleso v voda o ocel nab náběh ak akumulace k konvekcí s sáláním m přvedené A akumulace TČ epelné čepadlo mn mnmální max maxmální 7

9 1. ÚVOD Tepelné čepadlo je echncké zařízení sloužící k vyápění a aké chlazení odnných domů, byových domů, echnologckých zařízení, hal, škol, ad. V současné době věšna epelných čepadel pacuje s kompesoy poháněným elekckou enegí. Vzhledem ke svému pncpu, kdy po daný epelný výkon spořebují 1/ až 1/6 elekcké enege a zbývající čás 1/ až 5/6 získávají z okolního posředí (země, voda a vzduch), je lze zařad mez obnovelné zdoje enege. Ldsvo na éo planeě spořebovává nesmyslně sále věší množsví enege, akže se pmání zdoje enege sávají hůře dosupným a jejch cena ose. Samozřejmě, že nemalý podíl na ceně enegí má polka dané země a vlasníků ěcho zdojů. Po snížení spořeby enege je edy v oblas alenavních zdojů (v oblas epelných čepadel) nuno ao zařízení navhova ak, aby se maxmálně využla enege vložená do ěcho sojů. Spávné nadmenzování zdojů epla č chladu a sousavy dle zjednodušených pojekčních výpočů není vždy záukou opmálního řešení z hledska povozu a s ím spojeným povozním náklady. Také nvesční náklady je možno v mnoha případech čásečně zedukova, a o pávě u alenavních zdojů enege. Př opmalzac se lze zaměř na jednolvé pvky sousavy nebo na vzájemnou neakc všech zařízení. Tao dseační páce je zaměřena pávě na výzkum vzájemného ovlvňování jednolvých zařízení sousavy s epelným čepadlem. Jak známo, není možné v půběhu času poshnou povázání všech velčn jednolvých zařízení bez velkého množsví předešlých zkušenosí a an se zkušenosm o není snadné. Posavení eálného zařízení, keé by umožňovalo př sejných okajových podmínkách sledova závslos a poovnáva jednolvé konfguace by bylo velce nákladné a časově náočné, poo bylo zvoleno maemacké modelování a následná smulace. Model je samozřejmě vyvořen s učým supněm zjednodušení opo eálným podmínkám, umožňuje však celkem snadno měn ůzné paamey sousavy. V současné době je známo několk smulačních pogamů, keé jsou schopny popsa sysém včeně modelu budovy. Zde bylo využo smulačního posředí TRNSYS (Tansen Sysem Smulaon Pogam), s oevřeným zdojovým kódem [L1]. Př smulac jsou použa meeoologcká daa z daabáze Meeonom (TMY- ypcký meeoologcký ok) v hodnových nevalech. Sovnání návhových pogamů po výpoče a smulac epelných čepadel se svslým vy uvádí Shonde [L, L3]. Cílem dseační páce byla edy opmalzace sousav s epelným čepadlem a svslým zemním vy a o z hledska spořeby elekcké enege na vyápění budov. Hlavním úkolem bylo nají meodku, keá by umožňovala poovna sousavy vyápění s epelným čepadlem a sanov nejvhodnější zapojení a egulac ěcho sousav. Neboť je známo, že španá egulace může značně ovlvn efekvu echncky kvalního soje a na duhou sanu u zařízení se složější egulací je mnohem více pvků náchylných k pouchám a žvonos ěcho pvků bývá časo kaší než samoného epelného čepadla. Př opmalzac sysému se lze zaměř na zlepšení paameů jednolvých zařízení nebo opmalzova zařízení jako celek, což bylo aké snahou ohoo výzkumu. Nejpve byl sesaven model eálného zařízení a jeho kalbace byla povedena na zařízení nsalovaném v aeálu Českého vysokého učení echnckého v Paze sloužícím po vyápění laboaoří Úsavu echnky posředí. Poé byly po pvní vyhodnocení zvoleny 4 základní vaany a byly sesaveny jejch modely. Z následných smulací byla vyhodnocena oční spořeba elekcké enege jednolvých vaan a poovnání dle fakou HSPF (Heang Seasonal Pefomance Faco), dále bylo možno sledova vlv jednolvých paameů zařízení na spořebu elekcké enege celé sousavy. Dseační páce byla zaměřena na sledování sysému mez zemním vem a oopnou sousavou s ohledem na vlv změn v zemním výměníku. Vzhledem k velkému množsví pvků oopné sousavy nebyla věnována každému aková pozonos, jako u výzkumů zaměřených pouze na jedno zařízení. Vzájemná neakce má však v mnoha případech věší vlv na účnnos sousavy než dokonalý jeden pvek. Na závě byla z výsledků smulací sesavena křvka závslos vsupní eploy do výpaníku na eploě venkovního vzduchu. Tuo křvku lze využí ve zjednodušených výpočeních meodách, např. nevalová meoda. V úvodní kapole jsou shnuy hlavní body leání ešeše, dále je uveden eoecký základ maemackého popsu jednolvých zařízení sousavy, poé je popsáno sesavení modelu a posup jeho kalbace. V předposlední kapole je pops modelů jednolvých vaan a okajové podmínky smulací. V poslední kapole jsou shnuy výsledky páce a zhodnocení ěcho výsledků. 8

10 . LITERÁRNÍ REŠERŠE Vzhledem k akuálnos émau snžování spořeby epla espekve pmáních zdojů enege, vznká každý ok velké množsví pací zaměřených na všechny ypy epelných čepadel (země/voda, voda/voda, vzduch/voda a případně hybdní sysémy). Aplkace s epelným čepadly voda/voda jsou nejméně časé a echnologe je více méně známa. Mnohem časěj jsou nsalována epelná čepadla vzduch/voda a země/voda. Zaímco u epelných čepadel vzduch/voda je nejsložější spávně uč způsob a podíl na spořebě elekcké enege př nuném odmazování výpaníku, u epelných čepadel země/voda je nejěžší spávně nadmenzova zemní výměník. Paamey, keé nejvíce ovlvňují výkon svslého zemního výměníku, jsou eploa okolní zemny, součnel epelné vodvos zemny a epelný odpo vu, jak aké podobněj popsuje například leaua [L4]. Leání ešeše je edy z velké čás zaměřena pávě na svslé zemní výměníky, neboť eno pvek zařízení byl nejméně znám..1. Meody návhu epelných čepadel se svslým zemním vy Návh ěcho zařízení na ozdíl od klasckých zdojů vyápění/chlazení závsí nejen na pořebě epla č chladu po kyí epelných zá a zsků budov, ale aké na geologckých vlasnosech zemny a povozních paameech zařízení. Předmenzování vede k vyšším počáečním nákladům a ke kákodobému cyklování zařízení. Napo omu poddmenzování zapříčňuje nedosaečný výkon zařízení. Rozdělení způsobu návhu epelných čepadel se svslým zemním vy je popsán například v leauře [L5, L6], po přehlednos jsou způsoby popsané ěmo auoy převedeny do vývojového dagamu na Ob. 1. Ob. 1: Vývojový dagam návhu zařízení s TČ se svslým zemním vy Návh zařízení s epelným čepadlem využívá jné posupy po malá a po ozlehlá zařízení. U malých zařízení (délka vu přblžně L < 000 m) s neznámým epelným a hydaulckým vlasnosm zemny se zjednodušeně uvažuje půměný epelný ok na 1 m vu q = 55 W/m [L7]. Po ůzné duhy zemny se epelný ok pohybuje v ozmezí W/m. Teno epelný ok na 1 m vu je ozdílná velčna než geologcký epelný ok, keý dosahuje po poměy České epublky hodno v ozmezí mw/m (vz Ob. ). Pokud jsou známy geologcké podmínky v mísě vu, měly by bý po návh využy vhodné 9

11 výpočení meody zakládající se na vypočených epelných záách objeku a půměné měsíční pořebě epla. U velkých zařízení se obvykle využívá smulačních pogamů s možnosí výpoču v hodnových nevalech. Pokud nejsou u ako velkých zařízení známy geologcké podmínky lze po jejch učení aplkova meodu eploní odezvy (zv. hemal esponse es) [L8, L9]. Ob. Mapa epelných oků ČR (zdoj Geomeda) Různé konfguace sousav s epelným čepadlem vedou k ozdílnému chování ohoo sysému. Všechna zařízení by měla bý navhována s ohledem na kákodobé a dlouhodobé změny jak ve výkonu zařízení, ak v půběhu eplo v zemním výměníku. Kákodobé V čase kaším než dese hodn ovlvňuje epelný ok vlv uspořádání poubí uvnř vu, epelné vlasnos výplňového maeálu, půok poubím a další paamey. Po sledování a pops změn z kákodobého hledska je řeba model s hodnovým a kaším kokem. Modely poshující změny v kákém čase se využívají zejména po učení maxmálního výkonu vu a po učení eploní odezvy. Tedy po jž zmíněný es eploní odezvy. Dlouhodobé Věšna budov má př celoočním povozu vyšší epelné záy než zsky nebo naopak. Z ohoo důvodu je výsledná enegecká blance v neovnováze. Too může vés k nesablě sysému, a poo jsou yo sysémy doplňovány dodaečným zařízením (plynové kole, chladící věže, solání kolekoy, ad.) a nazývají se hybdní sysémy s epelným čepadlem [L5]. Věší zařízení nejsou bez předešlého výpoču v hodnových nevalech zodpovědně navhovány. V případě celooční vyovnané blance (pořeba epla na vyápění je přblžně ovna pořebě epla po chlazení) není poblém s nesablou sysému a návh může bý ealzován s půměným měsíčním zaížením. Změny v okolí zemní sondy v půběhu několka le jsou zobazeny v Ob. 3. Z výše popsaného přehledu plyne pořeba sesav model po poovnání sousav s epelným čepadlem s kokem kaším než 1 hodna. A povés kalbac sesaveného modelu nejen z kákodobého, ale aké dlouhodobého hledska. Měření a kalbace vu bylo poo nuné povés v půběhu celého oopného období. 10

12 Ob. 3: Změny eplo zemny v ůzné vzdálenos od výměníku, měření a následná exapolace (smulací) po sysém v Elgg, Zuch, Swzeland. [L10] Po předsavu půběhu eplo ve svslém zemním výměníku měnící se s hloubkou je doplněn následující gaf (Ob. 4). Ob. 4: Příklad eplo měřených v zemním výměníku. [L11].. Současné násoje po návh a smulac TČ se svslým vy Reálné vedení epla v okolí vu je ří-dmenzonální, po zjednodušený výpoče jsou využívány upavené jedno-dmenzonální analycké modely. Dále pak numecké modely a kombnace numeckých a analyckých modelů, keé jsou schopny poshnou dvou nebo ří-dmenzonální podmínky. Rozložení eplo v zem v okolí vu (Ob. 5), keé bylo využo po valdac modelu zemního svslého výměníku, bylo změřeno například ve Schwallbachu (40 měřených mís, ve vzdálenos,5; 5 a 10 m). 11

13 Ob. 5: Měřené ozložení eplo v zem na počáku měření (vlevo, říjen 1986) a po pvní oopné sezoně (vpavo, leden 1987)) Schwallbach, Německo. [L10] Zjednodušené analycké modely jsou vypočeny ychle, ncméně s nžší přesnosí, neboť zanedbávají mnoho paameů ve sovnání s numeckým meodam. Poo je přenos epla v zem řešen v současné době věšnou kombnací numeckých a analyckých meod...1. Analycké meody Návhem ozměů vekálních zemních výměníků se zabývalo mnoho auoů jž od oku 188 (lod Kelvn). Velké množsví výpočeních meod se zakládá na dvou základních modelech a o na lneáním zdoj a cylndckém zdoj. Celkový přehled uvádí ve své dseační pác Yavuzuk [L1], v následujícím exu jsou uvedeny nejdůležější z nch. Lneání zdoj Tyo modely vychází z jednoozměného nesaconáního vedení epla, kde eploa v okolí zemního svslého výměníku v půběhu času závsí pouze na souřadnc (polomě). Rovnce po výpoče je uvedena v kapole Zjednodušené Foue-Khofovy ovnce po 1D a D případy. Tyo modely jsou vhodné, pokud se jedná o vedení epla v okolí koaxální-ubce nebo U-ubce v delším časovém období (několk hodn až několk le). Jako pvní auo je uváděn lod Kelvn (188), dále pak Ingesoll e al. (1948) [L13], zjednodušení vzahu nahazením exponencálního negálu Euleovou konsanou zavedl v oce 1983 Mogensen [L14] celkový přehled řady modelů vycházejících z lneáního zdoje uvádí Cane and Fogas (1991) [L15]. Válcový zdoj Duhým směem, keým se vyvíjel výpoče eploy v okolí zemního výměníku v závslos na čase, zavedl v oce 1947 Caslaw and Jaege [L16], keří pacoval s zv. G-facoem. Teno fako je závslý na dvou velčnách, a sce na Foueově čísle a na bezozměném poloměu. Rovnce po výpoče jsou aké uvedeny v kapole Zjednodušené Foue-Khofovy ovnce po 1D a D případy. Z ohoo výpoču vycházel ve své pác Kavanaugh (1984) [L17] a v oce 1997 byl výpoče vznklý ze spolupáce Kavanaugh a Raffey převza do příučky ASHRAE [L18]. 1

14 ... Kombnace numeckých a analyckých meod S vývojem výpočení echnky přšly na řadu numecké meody řešení ozložení eplo v okolí zemního výměníku. Ncméně numecký výpoče je sále ješě velce náočný na čas, poo vznkly modely kombnující analycké a numecké meody. Těcho modelů je opě velká řada, zde uvádím nejpoužívanější z nch. Model zavádějící zv. g-funcon long-em (g-funkce z dlouhodobého hledska), jehož auoem je Esklson [L19], řeší dvou-dmenzonální ozložení eplo v okolí vu. Model je kombnací explcní meody konečných dfeencí a lneáního segmenového zdoje. Duhý model vycházející aké z kombnace numeckých a analyckých meod enoká z kákodobého hledska zakládající se opě na zv. g-funcon publkoval ve své pác Yavuzuk [L0]. Tenoká je ovšem použa v kákodobém hledsku, auo j edy nazývá g-funcon sho-em. Jeho řešení ozložení eplo v okolí vu je dvou-dmenzonální meodou konečných objemů. Třeí model řeší eploní pole v okolí vu dvou-dmenzonální meodou konečných dfeencí a lneáního zdoje epla. Teno model sesavl Hellsöm (198), nazývá se DST model a je aké součásí smulačního posředí TRNSYS. Podobný pops je uveden v dokumenac, keá je součásí ohoo pogamu [L1]. Pogam TRNSYS je s oevřeným zdojovým kódem, je edy přísup k samonému algomu výpoču. Too byl aké jeden z hlavních důvodů po výbě pávě ohoo modelu po dseační pác. Teno sofwae byl jž zakoupen na Úsavu echnky posředí a nebylo edy nuné nákladně smulační pogam pořzova. Také jž byly čásečné zkušenos s ímo pogamem a byly zakoupeny doplňkové knhovny. Dalším důvodem po využí známého modelu byla náočnos sesavování vlasního modelu a případného podobného měřícího zařízení uvedeného v leauře [L10] po přesnou kalbac ohoo modelu...3. Numecké meody Teoecky nejpřesnější, ale aké časově nejnáočnější jsou numecké meody výpoču ozložení eplo v okolí zemní sondy (mez poubím a sěnou vu). Tyo meody se využívají zejména po výpoče vlvu uložení poubí a vlvu výplňového maeálu na předaný výkon mez zemnou a ekunou poudící ve vu, edy po sanovení epelného odpou vu. Po uo pác nejsou ako složé a na výpoče časově náočné meody vhodné. Po úplnos přehledu výpočeních meod jsou uvedeny alespoň následující páce. Jedna z pvních pací, keou publkoval Hellsöm (1989) [L1], je založena na meodě konečných ozdílů (Fne dffeence mehod FDM). Meodu konečných pvků (Fne elemen mehod FEM) použl ve svém modelu Muaya (1994) [L1]. Třeí významnou pác publkoval Yavuzuk (1999) [L0], keý pováděl výpoče meodou konečných objemů (Fne volume mehod FVM)..3. Sanovení výsupní eploy z vu po zjednodušené výpočy Po výpoče spořeby elekcké enege jsou všeobecně známy ř základní meody a o denosupňová meoda, nevalová meoda (bn-meoda) a smulace s hodnovým kokem (nebo v případě pořeby kaším než 1 hodna) [L]. Denosupňová meoda je sce nejjednodušší, nedá se však s důvěyhodnosí použí u zařízení, kde jeho účnnos závsí na poměnných povozních podmínkách. U epelných čepadel je o vsupní a výsupní eploa kapalny do/z epelného čepadla v závslos na venkovní eploě vzduchu. Inevalová meoda je elavně jednoduchá a zahnuje s učým zjednodušením vlv povozních podmínek v závslos na venkovní eploě vzduchu. Může bý zjemněna dle pořeby ak, aby vyhovovala pořebám dané sousavy. Poslední meoda využívající smulace může bý přzpůsobena danému zařízení a může edy poshnou všechny pořebné paamey ovlvňující výkon a příkon epelných čepadel, je ovšem složější a po běžné využí v pax časově náočná. Z výše popsaného ozdílu meod je 13

15 nejvhodnější po pakcké výpočy sanovení spořeby elekcké enege sousavy s epelným čepadlem nevalová meoda (bn mehod), jak aké uvádí leaua [L3]. Po epelná čepadla země/voda je u éo meody nejsložější uč vsupní eplou do výpaníku v závslos na venkovní eploě vzduchu. Závslos je věšnou udávána velce zjednodušeně lneání funkcí [L4, L47]. V manuálu po nsalac epelných čepadel od asocace NRECA jsou uvedeny hodnoy pouze po měso Sllwae (Oklahoma). V nomě ČSN EN je uveden pouze příklad po sandaní pofl, kde ovnce přímky je defnována ako p1 max 0 C;mn 0,15 1,5 C; 4, 5 C e (.1) Jedním z úkolů éo dseační páce je edy uč, jak se mění závslos vsupní eploy do výpaníku na venkovní eploě vzduchu po ůzné způsoby zapojení a egulace sousav s epelným čepadlem a svslým zemním vem po podmínky České epublky..4. Souhn konkéních cílů dseační páce 1) Hlavním cílem dseační páce zaměřené na opmalzac sousavy s epelným čepadlem a svslým zemním vem bylo nají meodku, keá by umožňovala poovna sousavy vyápění s epelným čepadlem a sanov nejvhodnější zapojení a egulac ěcho sousav. Poo bylo řeba sesav modely ůzných zapojení a příslušné egulace, zvol vhodné kéum po jejch vyhodnocení a na základě ohoo kéa zvol nejvhodnější řešení vzhledem ke spořebě elekcké enege za celé oopné období. ) Po ověření posupu sesavení modelů a volby vhodných komponen popsujících jednolvá zařízení sousavy vyápění s epelným čepadlem, bylo řeba nejpve sesav model eálného zařízení. 3) Po kalbace ohoo modelu bylo nuno zealzova nebo dopln sávající sousavu vyápění o pořebné měřcí zařízení a povés měření za celé oopné období s možnosí sběu a ukládání všech pořebných da. 4) Dalším cílem byl posup kalbace modelu celé sousavy s epelným čepadlem a svslým zemním vem. 5) Posledním cílem bylo sanovení závslos vsupní eploy do výpaníku na eploě venkovního vzduchu a učení, jak se ao závslos lší po ůzné vaany sousav s epelným čepadlem. 14

16 15 3. TEORIE MATEMATICKÝCH MODELŮ HLAVNÍCH PRVKŮ V SOUSTAVÁCH S TEPELNÝM ČERPADLEM A ZEMNÍMI VRTY V následujícím exu jsou popsány základní eoecké ovnce po výpoče hlavních zařízení v sysému s epelným čepadlem a o po výpoče svslého zemního výměníku, epelného čepadla a akumulačního zásobníku Teoe vedení epla v okolí svslého zemního výměníku. Základem eoe vedení epla v okolí svslého zemního výměníku po epelná čepadla je obecná ovnce vedení epla zv. Foue-Kchhoffova. Ve válcových souřadncích má eno va z z a 1 (3.1) 1 1 z a (3.) Okajové podmínky nebol podmínky jednoznačnos Počáeční podmínky =f (, θ, z,0) po (3.3) Okajové podmínky 1. duhu (Dchleova) =f(, θ, z, (3.4). duhu (Neumannova) kons q x s x 0 (3.5) specální případ 0 0 x x (3.6) 3. duhu (Foueova) e p x s x 0 (3.7) p s e x x 0 (3.8) 4. duhu (podmínka) A B (3.9)

17 Zjednodušené Foue-Kchhoffovy ovnce po 1D a D případy Saconání vedení epla z (3.10) Nesaconání vedení epla 1) Nesaconání vedení epla = f (,τ) Pokud jsou počáeční okajové podmínky nezávslé na θ, z (např. vedení epla v okolí koaxální-ubce nebo U-ubce ve sřednědobém hledsku (několk hodn až několk le)) a a 1 1 (3.11) ) Nesaconání vedení epla = f (, θ,τ) Pokud jsou počáeční nebo okajové podmínky závslé na, θ, τ (např. vedení epla v okolí U-ubce v kákodobém hledsku) 1 1 a (3.1) 3) Nesaconání vedení epla = f (, z,τ) Pokud jsou počáeční okajové podmínky nezávslé na θ (vedení epla v okolí koaxální-ubce nebo U-ubce z dlouhodobého hledska (oky)) 1 z a (3.13) Nesaconání vedení epla = f (,) Foue-Kchhoffova ovnce 1D: a a a (3.14) 1) Analyckým řešením éo ovnce podle eoe lneáního zdoje [L13] je následující a d e q plaí po: 0 R a (3.15) kde 1 a Podobné odvození ohoo vzahu je uvedeno v dodaku éo dseační páce.

18 V leauře se můžeme seka s jným vay q 4a 4 e u u du neboť plaí ao maemacká úpava x e 1 d x e d (3.16) (3.17) Další možný va je s exponencálním negálem E q E 4 4a Zjednodušení nahazením exponencálního negálu [L14] q 4a ln 4 (3.18) γ... Euleova konsana (γ = 0,577) (3.19) ) Analycké řešení vycházející z eoe válcového zdoje [L16] Rozdíl eploy na povchu vu a eploy v neovlvněném okolí je z v (3.0) Teno ozdíl odpovídá zavedením G-fakou závslým na bezozměných kéích Fo a p ovnc Q Rw GFo, p GFo, p (3.1) G-fako lze Besselovým funkcem pvního J n a duhého Y n duhu vyjádř ako G Fo, p 1 kde a Fo R p R J 1 e Fo 1 Y 1 d J 0p Y 1 J1 Y 0p (3.) Závslos G-fakou na bezozměných paameech Fo a p, po bezozměný polomě p = 1,, 5 a 10 je zobazena na Ob

19 Ob. 6: G-fako v závslos na Foueově čísle Fo a bezozměném poloměu p (1,,5 a 10) Nesaconání vedení epla = f (, θ,) a 1 1 (3.3) Výše uvedená ovnce popsuje vedení epla v okolí U-ubce v kákém časovém nevalu. Po eno případ není v současné době známo analycké řešení. Numecké řešení: Meoda konečných ozdílů (Fne dffeence mehod FDM) Meoda konečných pvků (Fne elemen mehod FEM) Meoda konečných objemů (Fne volume mehod FVM) Ob. 7: Příklady řešení numeckým meodam a zasíťování modelů v okolí sředu vu 18

20 Nesaconání vedení epla = f (, z,) a 1 z Analycko-numecké řešení éo ovnce využívá zv. g-funkce (Esklson) [L19] (3.4) Počáeční podmínky, z, 0 (3.5) Okajové podmínky, 0, v z, v Rozměová analýza (bezozměné velčny) z a z H H H 1 DH d, ql z dz H D d z v ql v (3.6) (3.7) Z výsledků ozměové analýzy vyplyne závslos epelného odpou zemny na ěcho dvou bezozměných paameech, keé popsují výše uvedenou g-funkc a v (Ob. 8.). H s Tepelný odpo zemny lze poé vypočía ze vzahu 1 v R g z, z s H H kde s 9a (3.8) Teplou na povchu vu popsuje ovnce q R (3.9) v z l z Ob. 8: Gaf zobazující g-funkc po ůzné uspořádání vů [L19] 19

21 Lokální pocesy v blízkém okolí U-ubce V předchozích kapolách jsou popsány globální změny eploy v okolí vu > v, edy mez sěnou vu a neovlvněným okolím. V éo kapole jsou pobány lokální pocesy v blízkém okolí zemního výměníku edy mez kapalnou poudící v poubí a sěnou vu < v. Ob. 9: Tepelný odpo vu R v a zemny R z [L5] Sanovení sřední eploy eplonosné láky z eploy v mísě vu a celkového epelného odpou vu. w q R (3.30) v l v Celkový epelný odpo vu je součem epelného odpou výplňového maeálu a polovny epelného odpou poubí a epelného odpou konvekcí na vnřní saně poubí jak je pano v následujícím vzahu. R v Rp Rkonv Rvm (3.31) Nejsložější ve vzahu po celkový epelný odpo vu je učení epelného odpou maeálu použého na výplň mez U-ubcí a vem. Teno epelný odpo lze sanov například dle Paula [L6], keý analyckým meodam a měřením dospěl k následujícímu vzahu po jednoduchou U-ubc. 1 R vm (3.3) 1 dv vm 0 d p Paamey β 0 a β 1 jsou uvedeny v abulce na následující saně Tab. 1. 0

22 Tab. 1: Paamey po výpoče epelného odpou výplňového maeálu dle Paula [L6] V abulce uvedené výše označují hodnoy A0, A1, B a C ůzné uspořádání poubí ve vu. Jaký vlv má ozmísění poubí ve vu je vdě aké na Ob. 10 [L11]. Ob. 10: Teoecký epelný odpo vu po ozdílné umísění poubí ve vu [L11] Dalším způsobem, jakým je možné sanov epelný odpo maeálu použého na výplň mez U-ubcí a sěnou vu, je dle Gu and O Neal (1998) [L7]. Tao meoda uvažuje po sanovení epelného odpou základní ovnc vedením epla válcovou sěnou a do vzahu zavádí zv. ekvvalenní polomě R vm deq ln d p (3.33) vm kde ekvvalenní polomě d d eq plmez d p lmez v Tepelný odpo poubí U-ubce se sanoví jednoduchým vzahem vedením epla válcovou sěnou R p p ln 0 (3.34) p 1

23 Tepelný odpo konvekcí na vnřní saně poubí je popsán vzahem 1 R konv d (3.35) 0 0 kde Nu w 0 (3.36) d 0 0,8 0,35 Nu 0,03Re P (3.37) Model použý př řešení éo páce obsažený v smulačním pogamu TRNSYS je model využívající dvou-dmenzonální meodu konečných dfeencí FDM (Hellsöm (198)). V kapole. Současné násoje po návh a smulac TČ se svslým zemním vy je ao meoda zařazena do výpočů založených na kombnace numeckých a analyckých meod. Podobnější pops je uveden v leauře [L1], zde je pouze nasíněn pncp výpoču a o po zv. globální chaake Ob. 9 a po zv. lokální chaake Ob. 10. Rovnce epelné blance po danou buňku T / C, j j T, j F, j F 1, j F, j F, j 1 Q, j Q, j, z z l sf (3.38) Ob. 11: Příklad síě po řešení v globálním chaakeu [L1] Rovnce vedení epla v adálním směu v lokální oblas Tl C Tl 1 T l q l v 1 (3.39) Ob. 1: Příklad síě po řešení lokálního poblému v okolí vu [L1]

24 3.. Teoe výpoču výkonu epelného čepadla V éo kapole je popsána jen velm malá čás eoe epelných čepadel, neboť je velké množsví osaních pamenů a pací zabývajících se ouo émakou. Po uo pác je podsané, že epelná čepadla jsou zařízení s dynamckým chováním během oopné sezóny. Výkon a opný fako u epelných čepadel je závslý na povozních podmínkách, a o především na vsupní eploě na pmání saně a výsupní eploě na sekundání saně. Jak se yo eploy mění v půběhu oopného období, mění se výkon epelného čepadla. Na Ob. 13 je schéma epelného čepadla. Ob. 13: Pncp epelného čepadla (paní oběh) Ob. 14: Teoecký Ranknův oběh v dagamu p-h (levoočvý) Teplo dodávané kondenzáoem epelného čepadla je eoecky součem epla získaného ve výpaníku z pmáního zdoje epla (země) a enege pořebné po pohon kompesou. Účnnos kompesoového epelného čepadla v usáleném savu př daných eploních podmínkách je vyjádřena pomocí opného fakou COP (coeffcen of pefomance). Ten je defnován jako pomě epelného výkonu epelného čepadla k příkonu požadovaném po pohon kompesou. 3

25 COP Q TČ (3.40) P com Tepelné čepadlo obsahuje komě kompesou ješě pomocná zařízení (egulace, oběhová čepadla, bezpečnosní pvky ad.), keá jsou dle nomy ČSN EN [L4, L43, L44] zahnua ve sanovení opného fakou. Rovnce je poé následující COP P com P výp Q P TČ kond P eg P odm (3.41) P com [W] příkon kompesou P výp [W] podíl příkonu oběhového čepadla na překonání lakové záy výpaníku P kond [W] poměná čás příkonu oběhového čepadla na překonání lakové záy na kondenzáou P eg [W] příkon zařízení po egulac a konolu vnřních součásí epelného čepadla P odm [W] půměný příkon na odmazování (vzduch/voda) V ámc epelných zkoušek epelných čepadel se povádí měření za předem defnovaných eploních podmínek (vsup eplonosné láky do výpaníku a výsup eplonosné láky z kondenzáou). U epelných čepadel země/voda jsou o dle ČSN EN yo paamey: - jmenové: 0/35 C 0/45 C - povozní: 5/35 C 5/45 C 0/55 C -5/45 C Z naměřených hodno epelného výkonu a příkonu př jmenových a povozních podmínkách a z dalších, v případě pořeby doplňujícím měření v osaních bodech jsou sesavovány zv. výkonové chaakesky epelného čepadla. V pojekčních podkladech výobců je zvykem udáva yo křvky v závslos na vsupní eploě do výpaníku a výsupní eploě z kondenzáou. Ovšem po případ smulací je pořeba zadáva yo křvky v závslos na vsupních hodnoách, edy na vsupní eploě nemznoucí směs do výpaníku a aké na vsupní eploě oopné vody do kondenzáou (Ob. 15). Tyo uvedené křvky jsou zadány př smulacích čyř vaan do komponeny epelného čepadla mací hodno uložené v soubou, keý je součásí uvedené komponeny. Konkéní uvedené výkonové chaakesky na Ob. 15 jsou po epelné čepadlo navžené na 100 % pokyí epelných zá, edy po dvě vaany. A dále byly yo výkonové chaakesky upaveny po duhé dvě vaany na 65 % epelného výkonu a příkonu. 4

26 Ob. 15: Výkonové křvky epelného čepadla v závslos na vsupní eploě do výpaníku a kondenzáou Př kalbac modelu byly naměřeny eoecké výkonové chaakesky vycházející z nadměných hodno doplněné o eoecké křvky mmo ozsah měření. Výkonové chaakesky nejsou edy změřeny v celém ozsahu po konkéní epelné čepadlo, ale jak jž bylo a bude několká zdůazněno, po eoecké poovnání ůzných vaan není přesnos konkéních hodno nezbyná. Pokud by se povádělo poovnání v pax po konkéní zařízení, je samozřejmě důležé jaký sklon a dfeenc mají jednolvé křvky. V následujících obázcích jsou uvedeny eoecké půběhy eplo na výpaníku a kondenzáou (Ob. 16, Ob. 17). Na pvním obázku je vdě půběh eploy chladva, vsupní a výsupní eploě nemznoucí směs do výpaníku. Ob. 16: Teoecký půběh eplo chladva a nemznoucí směs ve výpaníku 5

27 Na duhém obázku je paný půběh eploy chladva, vsupní a výsupní eploě vody do kondenzáou. Ob. 17: Teoecký půběh eplo chladva a pacovní láky v okuhu kondenzáou Výpoče výsupních eplo z kondenzáou a výpaníku je poé učen z ovnc upavených do vau Q p p p1 mpc (3.4) Q s s1 s m c (3.43) s Hodnoy výkonů a opného fakou (COP) jsou př výpoču získávány z výkonových křvek. Příklad hodno epelného výkonu, příkonu a opného fakou je uveden v abulkách Tab., Tab. 3 a Tab. 4. Tyo konkéní hodnoy byly použy v dseační pác př kalbac a po smulac v komponeně popsující epelné čepadlo. Tab. : Tepelný výkon epelného čepadla Q [kw] eploy kondenzáou [ C] Tab. 3: Příkon epelného čepadla P [kw] eploy kondenzáou [ C] eploy výpaníku [ C] eploy výpaníku [ C]

28 Tab. 4: Topný fako COP COP [-] eploy kondenzáou [ C] eploy výpaníku [ C] Z výše uvedených paameů v Tab. a Tab. 3 je sesaven soubo hodno Ob. 18, keý je součásí zmíněné komponeny epelného čepadla. Ob. 18: Soubo hodno po komponenu epelného čepadla 3.3. Teoe přenosu epla a safkace v akumulačním zásobníku Jak jž bylo popsáno výše, výkon a opný fako epelného čepadla závsí na eploě vané vody ze zásobníku do epelného čepadla. Poo je snahou sejně jako u soláních sousav dosáhnou safkace v akumulačním zásobníku, čímž se zvýší účnnos celé sousavy. Ve skuečnos není běžný zásobník bez konsukce podpoující safkac deálně safkační, přeso dochází k poměně velkému ozvsvení, jak plyne z výsledku měření a kalbace modelu (Kapola 9). Fakoy ovlvňující safkac a) Záy do okolí sěnou zásobníku b) Vedení epla z eplejší do chladnější vsvy c) Míchání v oblas vsupů a výsupů z akumulačního zásobníku d) Vekální vedení epla sěnou zásobníku Modelování zásobníku epla zahnující všechny vlvy, ať už přenosu epla nebo dynamky ekun je velm složý úkol. V závslos na supn přesnos bylo vyvnuo několk modelů od složých 3-D až po zjednodušené maemacké modely založené na hmonosní a enegecké blanc. 7

29 Ob. 19: Fakoy ovlvňující safkac akumulačního zásobníku [L8] Po hodnocení safkace se používají ao bezozměná kéa G g T l Achmedovo číslo A (3.44) Re u pozn.: Po A > 0.44 nedochází ke safkac (Slwnsk [L9]) Pecleovo číslo Pe ReP (3.45) Hlavním fakoy ovlvňujícím safkac v akumulační nádž jsou míchání vsupujícím poudem, záy sěnou zásobníku, dfuse, axální vedení sěnou. Vlv jednolvých paameů je popsán v leauře [L30]. Př řešení éo dseační páce byly poovnány dva modely akumulační nádže obsažené v smulačním pogamu TRNSYS [L1]. Jejch zjednodušený pops je uveden v následujícím exu. Jedná se v pvním případě o jednoozměný model, ve keém je objem akumulační nádže ozdělen na N-deálně pomíchávaných segmenů, jak je vdě na Ob. 0. Gafcké zobazení blance enege v jednom segmenu je na Ob. 1. 8

30 Ob. 0: Akumulační zásobník (komponena v pogamu TRNSYS Type 60 ) Ob. 1: Gafcké zobazení blance enege po segmen Blanční ovnce po jeden segmen má eno va m c m m p 1, n p 1, n down p 1 c d S c, d x c m c m m up 1, ou c p p m 1 down, n c c p p, n Zvěšení součnele epelné vodvos up m, ou S x m c p 1 c p c, U U S 1 o e (3.46) S (3.47) c, s s Sc, v Sc, s 0,006 s 50 0,97 W / mk S 0,3188 c, v 9

31 Výše popsaný model z pncpu výpoču algomu použého v éo komponeně neodpovídá po zvolený časový kok půběhu eplo v jednolvých vsvách eálnému chování naměřenému na sousavě popsané v kapole 7. Kalbace modelu, jak plyne z výsledků kalbace (vz kapola 9.1.3). Poo byl použ duhý model uvažující poměnou velkos jednolvých segmenů, keý popsuje mnohem lépe chování skuečného zásobníku příslušné konfguace a ozměů. V omo modelu se uvažuje s poměnou velkosí segmenů, jak je vdě na Ob.. Gafcké vyobazení blance enege v jednom segmenu je na Ob. 3. Po egulac je ozdíl mez výše popsaným modely akumulační nádoby několk koků než vypne TČ. Také z hledska oku enegí dochází k nepřesnosem, neboť výsupní eploa z akumulační nádoby je jná než ve skuečnos a ím se mění výkon a příkon TČ nebo eplo předané oopnou sousavou. Ob. : Akumulační zásobník (komponena v pogamu TRNSYS Type 38 ) Ob. 3: Gafcké zobazení blance enege po segmen Popsaný model řeší dfeencální ovnc ve vau d S 1 1 c p V U U So e Sc c (3.48) 1 d x x 30

32 3.4. Teoe oopné sousavy Zjednodušený model oopné sousavy nahazuje chování všech oopných ploch (uvažujeme oopná ělesa n=1,33) jedním oopným ělesem o výkonu ovném souču všech oopných ploch. Navžení, vyvážení a egulace celé oopné sousavy jsou předpokládány deální. Regulace oopné sousavy může bý kvalavní nebo kvanavní. Př kvalavní egulac se mění eploa oopné vody a půok zůsává konsanní, naopak př kvanavní egulac se mění hmonosní půok a eploa zůsává konsanní. [L31]. V modelu jsou oopná ělesa egulována emosackým venly, edy kvanavně. Po někeé poovnávané vaany je eploa v akumulační nádobě egulována v závslos na venkovní eploě, edy kvalavně. Poo musí model poshnou oba způsoby egulace. Daný přísup uvažuje závslos výkonu oopného ělesa pouze na epelné záě objeku a akumulovaném/záovém eple vlvem akumulace a spínání oběhového čepadla. Teno přísup umožňuje poměně snadným maemackým popsem smulova chování oopné sousavy v závslos pouze na epelné záě objeku. Výhodou modelu je snadná konola jednolvých velčn, dochází však k poměně velkému zjednodušení opo eálnému chování oopného ělesa umísěného v mísnos daného objeku. Výpoče výkonu oopné sousavy, půoku a eplo je uvažován po pě savů: STAV 1 venl je plně oevřen, ěleso má maxmální epelný výkon v závslos na eploě vsupní vody dodaek: pokud OT není schopno poký veškeou epelnou záu je ozdíl skuečné epelné záy a výkonu OT přčen v dalším koku smulace k epelné záě (dochází k poklesu eploy v daném objeku) STAV venl je z čás oevřen, ěleso vykazuje výkon v závslos na půoku a na eploě vsupní vody omezující podmínky: pokud eploa vané vody klesne pod + C uzavře se venl STAV 3 venl je uzavřen, OT dává epelný výkon v závslos na sřední eploě oopné vody v ělese, přebyečný výkon je přčen v dalším koku smulace k epelné záě (dochází ke zvyšování eploy v daném objeku) STAV 4 venl je plně oevřen, výsupní eploa je po dobu ovna eploě s,d, (uvedeno níže) STAV 5 venl je z čás oevřen, výsupní eploa je po dobu ovna eploě s,d, Ve vývojovém dagamu na Ob. 4 jsou uvedeny podmínky po učení povozního savu v daném koku smulace. Pokud je pořeba vyápě, oopné ěleso je jž zcela vyplněno oopnou vodou a je řeba maxmální výkon, pak nasane STAV 1. Pokud není řeba maxmální výkon a eploa vané vody bude vyšší o C než eploa okolí, bude STAV. Když by byla z výpoču eploa nžší, vypne oběhové čepadlo a oopné ěleso chladne STAV 3. Pokud je řeba vyápě, ale předím se déle nevyápělo a voda v oopných ělesech je edy vychladlá a je řeba maxmální výkon, nasane STAV 4. Když není řeba maxmální výkon a eploa ělesa není dosaečná, edy akumulovaný výkon není dosaečný, aby pokyl epelné záy, bude STAV 5. Pokud sačí akuální eploa po pokyí epelných zá, oopné ěleso sevává ve savu chladnuí a oběhové čepadlo nezapíná. Celý výpoče popsující chování oopné sousavy je sesaven v pogamu Excel a je v příloze na CD [P9]. 31

33 Ob. 4: Vývojový dagam oopné sousavy V následujícím exu jsou uvedeny ovnce po výpoče velčn po jednolvé savy. STAV 1 egulační venl plně oevřen Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah 1 1 n N os, os,1 N (3.49) kde os 1, N os, N N (3.50) (3.51) N os1, N os, N ψ 1 (3.5) Q os Q N (3.53) Q (3.54) os Q os,max Po sanovení maxmálního výkonu oopné sousavy Q os,max vyjdeme z ovnce 1 n N N 0 po 1 (3.55) Řešením dané ovnce eační meodou získáme gaf na Ob. 5. 3

34 Ob. 5: Poměný výkon deskového OT (n=1,33) v závslos na vsupní eploě Souboem hodno získaných výpočem je položen polynom. supně s hodnoou spolehlvos R = 1. Výsledná ovnce po výpoče maxmálního výkonu dané oopné sousavy po plně oevřené venly v závslos na vsupní eploě je Q Q 0,0003 0,0108 0,3703 (3.56) os, max N os,1 os,1 Půok oopnou sousavou je oven nomnálnímu mos m N (3.57) Zjednodušujícím předpoklady př sesavování modelu je deální oopná sousava, kde je přeápění č naopak nedoápění přesunuo do dalšího koku smulace, pořeba epla domu je edy plně pokya. Přebyek nebo naopak pořeba epla přechází edy do dalšího koku smulace. Q 1 Q dum - Q os (3.58) Sřední eploa oopných ploch je uvažována zjednodušeně os,1 os, sř, h, 1 (3.59) (3.60) sř, d, 1 sř, h, 1 Zaplnění oopných ploch (eno součn velčn je využ př výpoču náběhu STAV 4 a STAV 5, kde bude podobněj vysvělen) m 1 m OT, v (3.61) 33

35 STAV egulační venl čásečně oevřen Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah os 1 1 n N, os,1 N (3.6) Poměný půok je vypočen z ovnce 0,5 ψ N (3.63) os1 Poměný výkon je Q Q N N 1 n os (3.64) Výkon oopné sousavy je Q (3.65) Q os dum Poměný výkon oopné sousavy po čásečně oevřené venly STAV je zobazen v gafu Ob. 6. Ob. 6: Poměný výkon OT v závslos na vsupní eploě a poměném půoku 34

36 Půok oopnou sousavou m m (3.66) os N Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace jsou ovny nule Q 1 0 (3.67) Zaplnění oopných ploch m 1 m OT, v (3.68) Sřední eploa oopných ploch sř, h, os,1 os, 1 (3.69) (3.70) sř, d, 1 sř, h, 1 STAV 3 egulační venl uzavřen Výsupní eploa z oopné sousavy byla zvolena, vz následující vzah (půok je oven nule, na hodnoě eploy edy nezáleží). os,, 1 os,, (3.71) ψ 0 (3.7) Q os Q (3.73) N Celkový výkon oopných ěles Q os Q ak,h Q (3.74) ak,d Sanovení výkonu oopné sousavy po uzavřené venly STAV 3 : 35

37 Tepelný výkon honí čás oopného ělesa m (3.75) Q ak,h c, h SOT s, h, mot S Q N OT c, N N c, h k, h s, h (3.76) (3.77) 0, 3 (3.78) k, h 1, 6 s, h, 4 4 Ts, h, T s, h (3.79) s, h, Tepelný výkon dolní čás oopného ělesa m m (3.80) OT Q ak,d c, d SOT s, d, mot c, d k, d s, d (3.81) 0, 3 (3.8) k, d 1, 6 s, d, 4 4 Ts, d, T s, d (3.83) s, d, Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace Q 1 Q dum - Q os (3.84) Zaplnění oopných ploch m 0 1 po m mot (3.85) m 1 m po m mot Sřední eploa honí a dolní čás oopného ělesa vychází z blance (3.86) Qd, 1 Qd, -Qos, -Qak,d (3.87) sř, d, 1 m c m c m m OT, v v Q d, 1 m OT, o OT, v o 1000 OT, v 1 (3.88) 36

38 Q h, 1 Qh, Qos,1 - Qak,h sř, h, 1 (3.89) Q h, 1 m OT, v 1000 mot, v cv mot, o co m 1 (3.90) STAV 4 egulační venl plně oevřen (náběh) Náběh oopného ělesa je vzhledem k časovému koku smulace (3 mn) ozdělen do dvou savů (STAV 4a a STAV 4b). Pvní sav (STAV 4a) popsuje náběh oopného ělesa po dobu, než dojde k jeho úplnému vyplnění vodou 1. Duhý sav (STAV 4b) popsuje poslední kok smulace, v keém dojde m m OT, v k vyplnění celého oopného ělesa vodou. STAV 4a Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah os s,, (3.91) ψ 1 (3.9) Q Q os (3.93) N Tepelný výkon oopných ěles Q os Q Q Q (3.94) OT,m OT,h OT,d 37

39 Tepelný výkon nově dodaného množsví ekuny do oopného ělesa za daný kok smulace m (3.95) Q OT,m c, m SOT os, 1 mot, v c, m k, m s, m (3.96) 0, 3 (3.97) k, m 1, 6 os,1 4 4 Tos,1 T s, m (3.98) os,1 Tepelný výkon honí čás oopného ělesa m (3.99) Q OT,h c, h SOT s, h, mot, v Tepelný výkon dolní čás oopného ělesa OT, v Q OT,d c, d SOT s, d, mot, v m m m (3.100) Půok oopnou sousavou os m N m (3.101) Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace Q 1 Qdum - Qos (3.10) Zaplnění oopných ploch m m m 1 os (3.103) Sřední eploa honí a dolní čás oopného ělesa vychází z blance Q m m (3.104) OT, v 1 d, 1 Qd,,v Qd,,o - Qos, - QOT,d mot, v m Q m 1000 d,1 OT,v sřd,1 (3.105) m OT,v cv mot,o co m OT,v m τ 1 38

40 Q m (3.106) h, 1 Qos,1 Qh, Qd,,o - QOT,h - QOT,m mot, v m Q m 1000 h,1 OT,v sřh,1 (3.107) m OT,v cv mot,o co m τ 1 STAV 4b Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah m m m m m OT, v s, d, os OT, v s, h, os, mos (3.108) ψ 1 (3.109) Q os Q (3.110) N Tepelný výkon oopných ěles Q os Q Q Q (3.111) OT,m OT,h OT,d Tepelný výkon nově dodaného množsví ekuny do oopného ělesa za daný kok smulace m (3.11) Q OT,m c, m SOT os, 1 mot, v Tepelný výkon honí čás oopného ělesa mot, v mos (3.113) Q OT,h c, h SOT s, h, mot, v 39

41 Tepelný výkon dolní čás oopného ělesa Q 0 (3.114) OT, d Půok oopnou sousavou m (3.115) os m N Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace Q 1 Q dum -Qos (3.116) Zaplnění oopných ploch m 1 m OT, v (3.117) Sřední eploa honí a dolní čás oopného ělesa vychází z blance Q d, 1 0 (3.118) (3.119) sř, d, 1 sř, h, 1 Q h, 1 Qos,1 Qh, Qd, -QOT,h -QOT,m Qos, sř, h, 1 (3.10) Q h, 1 m OT, v 1000 mot, v cv mot, o co m 1 (3.11) STAV 5 egulační venl čásečně oevřen (náběh) Náběh oopného ělesa je sejně jako po STAV 4 ozdělen do dvou savů (STAV 5a a STAV 5b). Pvní sav (STAV 5a) popsuje náběh oopného ělesa po dobu, než dojde k jeho úplnému vyplnění vodou. Duhý sav (STAV 5b) popsuje poslední kok smulace, v keém dojde k vyplnění celého oopného ělesa vodou. STAV 5a Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah os s,, (3.1) mos ψ mn (3.13) Q os Q (3.14) N 40

42 Tepelný výkon oopných ěles Q os Q Q Q (3.15) OT,m OT,h OT,d m (3.16) Q OT,m c, m SOT os, 1 mot, v c, m k, m s, m (3.17) 0, 3 (3.18) k, m 1, 6 os,1 4 4 Tos,1 T s, m (3.19) os,1 m (3.130) Q OT,h c, h SOT s, h, mot, v S c,d α s,d, c,m os,1 OT os OT,h OT mot,v αc,m os,1 OT,d (3.131) Q α S 1 m τ Q Q 1 Půok oopnou sousavou m os Q os Q c, m S OT,h OT Q OT,d os,1 m OT, v (3.13) Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace 1 Q 0 (3.133) 41

43 Zaplnění oopných ploch m m m 1 os (3.134) Sřední eploa honí a dolní čás oopného ělesa vychází z blance Q m m (3.135) OT, v 1 d, 1 Qd,,v Qd,,o - Qos, - QOT,d mot, v m Q m 1000 d,1 OT,v sřd,1 (3.136) m OT,v cv mot,o co m OT,v m τ 1 Q m (3.137) h, 1 Qos,1 Qh, Qd,,o - QOT,h - QOT,m mot, v m Q m 1000 h,1 OT,v sřh,1 (3.138) m OT,v cv mot,o co m τ 1 STAV 5b Po výsupní eplou z oopné sousavy plaí následující vzah os m m m m m OT, v s, d, os OT, v s, h,, (3.139) m m os os ψ (3.140) mn Q os (3.141) Q N Tepelný výkon oopných ěles Q os Q Q Q (3.14) OT,m OT,h OT,d 4

44 m (3.143) Q OT,m c, m SOT os, 1 mot, v c,h α s,h, c,m os,1 os OT αc,m os,1 OT,h (3.144) Q α S 1 Q 1 Q 0 (3.145) OT, d Půok oopnou sousavou m os Q os Q nab,h S c, m OT m os,1 OT, v (3.146) Přebyek nebo pořeba epla přecházející do dalšího koku smulace 1 Q 0 (3.147) Zaplnění oopných ploch m 1 m OT, v (3.148) Sřední eploa honí a dolní čás oopného ělesa vychází z blance Q d, 1 0 (3.149) (3.150) sř, d, 1 sř, h, 1 Q h, 1 Qos,1 Qh, Qd, -QOT,h -QOT,m Qos, sř, h, 1 (3.151) Q h, 1 m OT, v 1000 mot, v cv mot, o co m 1 (3.15) V kapole 8. Smulace vaan jsou poovnány dva způsoby egulace. V pvním případě byla zvolena egulace př konsanní eploě v akumulačním zásobníku. V duhém případě byla zvolena egulace v akumulačním zásobníku v závslos na venkovní eploě (ekvemní egulace). Př egulac na konsanní eplou (kvanavní egulace) se edy časěj vyskyují savy STAV a STAV 5, neboť je výsupní eploa z akumulačního zásobníku vyšší než pořebná po žádaný výkon oopného ělesa. Naopak př ekvemní egulac se časěj vyskyují savy STAV 1 a STAV 4. V zásobníku je přpavována eploa vody odpovídající pořebě oopné sousavy na požadovaný výkon (kvalavní egulace). 43

45 4. ANALÝZA MOŽNOSTÍ ZAPOJENÍ TEPELNÝCH ČERPADEL S VYUŽITÍM NÍZKOPOTENCIÁLNÍ TEPELNÉ ENERGIE Z VRTŮ 4.1. Možnos zapojení na pmání saně Tao sude se zabývá především ůzným zapojením sysému na sekundání saně epelného čepadla. Po úplnos je zde vyobazeno zapojení nejčasěj se vyskyujících konfguací na pmání saně. Jedná se o U-ubc a dvojou U-ubc Ob. 7 a dále séové a paalelní popojení jednolvých smyček Ob. 8. Ob. 7: Konfguace poubí ve vu: U-ubce (vlevo), dvojá U-ubce (vpavo)[l] Ob. 8: Popojení jednolvých smyček: séové (vlevo), paalelní (vpavo) [L] 44

46 4.. Možnos zapojení na sekundání saně Chování a spořebu epla epelného čepadla ovlvňuje velké množsví ůzných hledsek. Na sekundání saně epelného čepadla jsou o: a) budova - s malou akumulační schopnosí - s velkou akumulační schopnosí b) zdoj epla - monovalenní - bvalenní s elekckým kolem - bvalenní s plynovým kolem c) sousava - s malou akumulační schopnosí - s velkou akumulační schopnosí d) akumulační zásobník - safkovaný - bez safkace e) účelu - vyápění - vyápění a přípava TV - vyápění a chlazení - vyápění, chlazení a přípava TV - vyápění, přípava TV a ohřev bazénu f) egulace - přímá (je egulováno TČ) - podle vnřní eploy - podle venkovní eploy (ekvemě) - podle záěže - nepřímá (je egulována vsupní eploa do sousavy) - podle vnřní eploy - podle venkovní eploy (ekvemě) - mísně - podle vnřní eploy mísnos 45

47 Z předchozího souhnu zapojení plyne velké množsví ůzných vaan. Tao páce s klade za úkol nají meodku, keá by umožňovala poovna sysémy z hledska spořeby elekcké enege a sanov jaký vlv na spořebu enege má popojení jednolvých zařízení a příslušná egulace. Na daný sysém působí celá řada vnějších fakoů (klmacké podmínky, akumulace budovy, akumulace sysému, ad.). Smulace umožňuje sledova chování jednolvých sysémů za sejných klmackých podmínek a na sejné budově. Poovnávané jsou dvě základní vaany zapojení zobazené na Ob. 9, yo vaany jsou jedny z nejčasěj se vyskyujících případů v pax. Ob. 9: Konfguace sysémů epelných čepadel se svslým vy: a) monovalenní sysém s akumulační nádobou oddělující hydaulcky oopnou sousavu, b) monoenegecký sysém s doplňkovým elekckým ohřevem umísěným před akumulační nádobou. 46

48 5. HODNOCENÍ SYSTÉMŮ Z HLEDISKA SPOTŘEBY ENERGIE Hlavní důvod po nsalování sousavy s epelným čepadlem využívající jako zdoj zemský masv po vyápění budov je sníž povozní náklady a uspoř eneg. Poo je důležé spávně uč spořebu enege ve sovnání s osaním způsoby vyápění nebo sousav s epelným čepadlem navzájem. Všeobecně jsou známy ř základní meody a sce: denosupňová meoda, nevalová meoda nebo hodnová meoda. Po účel éo dseační páce jsou však yo meody nedosaečně přesné, neboť nezahnují všechna popojení jednolvých zařízení v sousavě, egulac a osaní vlvy. V dseační pác je poo využ model s časovým kokem 3 mnuy. V abulce Tab. 5 je přehled používaných kéí hodnoících epelná čepadla. Tab. 5: Kéa hodnoící epelná čepadla ε (COP) ε ch (EER) HSPF SEER Topný fako (Coefcen of pefomance) Chladcí fako (Enegy Effcency Rang) Sezónní opný fako (Heang Seasonal Pefomance Faco) Sezonní chladící fako (Seasonal Enegy Effcency Rang) Tao páce se zabývá poovnáním ůzných vaan kéem HSPF (sezonní opný fako). Hanc, keá učuje, jaká čás oopné sousavy se zahne do výpoču, je možno vol ůzně, jak je pano z následujícího schémau (Ob. 30). Lze se zaměř pouze na epelné čepadlo (značeno TČ) a hodno, jak se mění opný fako nebo jaký je sezonní opný fako v půběhu oopného období. Také je možné do výpoču zahnou oběhové čepadlo z nízkopoenconálního zdoje (značeno NZTČ) nebo oběhové čepadlo na sekundání saně mez epelným čepadlem a akumulační nádobou (značeno SAZ). V éo pác jsou zahnuy všechny pvky sousavy, hance je edy celá sousava vyápění epelným čepadlem (značeno SVTČ). SVTČ sousava vyápění epelným čepadlem ZV zdoj vyápění OS oopná sousava SZTČ sousava zdoje s epelným čepadlem Ob. 30: Hance po hodnocení fakoem SPF [L3] 47

49 SDZ sousava doplňkového zdoje NZTČ nízkopoenconální zdoj epelného čepadla TČ epelné čepadlo SAZ sousava s akumulačním zásobníkem NZ nízkopoenconální zdoj AN akumulační nádoba DZ doplňkový zdoj OP oopné plochy PSV poubní síť vyápění Kéum HSPF je defnováno ako HSPF konec 0 konec 0 Q d Pd (5.1) eplo dodané za oopnéobdobí HSPF spořeba elekcké enege zaoopnéobdobí Too kéum edy hodnoí sysém za celé období včeně všech zařízení (zejména oběhová čepadla) souvsejících s povozem oopné sousavy. Zaímco opný fako COP je hodnoa pouze po jeden konkéní sav, ve keém pávě pacuje epelné čepadlo. Odpovídá edy jedné konkéní vsupní eploě do výpaníku a výsupní eploě z kondenzáou. Hodnoící kéum HSPF nebylo donedávna zakoveno v nomách ČSN a v pax je zaím zvykem uvádě půměný opný fako za ok, což nejsou vždy koekní nfomace. 48

50 6. MODELOVÁNÍ SOUSTAV VYTÁPĚNÍ S TEPELNÝM ČERPADLEM Př modelování sysému bude použ akzvaný dopředný model, keý sanoví spořebu elekcké enege po vyápění jednolvých konfguací. Model musí splňova: - přesnos - clvos ke všem paameům (časový kok vhodný po všechny zkoumané paamey 3 mn) - unvezálnos, všesannos (model je velm snadno použelný po ůzná TČ, nádže, ad.) 6.1. Sesavení modelů po smulac sysémů Jak jž bylo uvedeno v předcházejících kapolách, model oopné sousavy s epelným čepadlem a svslým zemním vem je sesaven v smulačním posředí TRNSYS (Tansen Sysem Smulaon Pogam). Teno pogam umožňuje sledova dynamcké chování budov a jednolvých echnckých zařízení oopné č chladící sousavy v půběhu celého oku. Po smulace využívá 30leá půměná meeoologcká daa z daabáze Meeonom. Jednolvá zařízení jsou pomocí vsupních paameů (výkon, ozměy, fyzkální vlasnos ekun ad.) popsány příslušnou komponenou (např. zásobník, epelné čepadlo ad.). Na základě modelu lze poé sledova, jaký vlv mají jednolvé paamey na spávný a ekonomcký povoz celé sousavy daného objeku. Tímo způsobem lze edy posoud několk zvolených vaan a vyba vhodné řešení po úspou nvesčních a následně povozních nákladů. Výkon epelného čepadla závsí nejvíce na co nejpřesnějším sanovení eploy vsupující do výpaníku, edy vysupující z vu a eploy vsupující do kondenzáou, což je eploa vysupující z akumulační nádže. Aby byly elmnovány vlvy osaních čásí sysému na výsledky smulací, je zvolena sejná budova, meeoologcká daa a geologcké podmínky. Všechny sledované vaany jsou složeny ze sejných komponen, mění se pouze několk paameů (např. výkonové křvky TČ, délka vu, ad.). Model po smulac ůzných vaan nezohledňuje současné podmínky afu po epelná čepadla, kdy dochází k blokování epelného čepadla po dobu hodn ve vysokém afu. Schéma modelu, použých komponen a jejch vzájemné popojení je čásečně pano na Ob. 31. Ob. 31: Model sousavy vyápění s epelným čepadlem země/voda sesavený v pogamu TRNSYS 49

51 Model se skládá z 10 hlavních a 6 pomocných komponen, dále obsahuje 5 sejných komponen umožňujících vzualzac a ukládání velčn v půběhu smulace. Neboť jde o komplkovanější model s počem paameů přesahující 100 velčn. Je v modelu nuno v půběhu smulace sledova nejméně 30 hodno po ověření funkčnos modelu. V následujícím exu jsou popsány jednolvé komponeny, z keých je model sesaven. Dealnější maemacký pops je v kapole 3. Teoe maemackých modelů hlavních pvků v sousavách s epelným čepadlem a zemním vy je aké v leauře [1] (dokumenace TRNSYS). Komponena Type 668 TČ Tao komponena popsuje epelné čepadlo nemznoucí směs/voda. V závslos na hodnoách zadaných v exením soubou a vsupních eploách do epelného čepadla udává výkon a příkon ohoo zařízení. Př smulacích se zadávají 3 ůzné exení souboy (po kalbac, po kyí 100 % záy a po kyí 65 %). Komponena Type 557a ZS Popsuje svslý zemní v. Tabulka paameů zadávaných hodno je uvedena v následujících kapolách. Komponena Type 6 OS Komponena umožňuje popojení pogamu TRNSYS a pogamu Mcosof Excel. V pogamu Mcosof Excel byl sesaven výpoče dle eoe a vývojového dagamu uvedeného v předešlých kapolách. Komponena Type 9e PD Umožnuje dosazova ve zvoleném časovém koku hodnoy obsažené v exením soubou hodno. Po zjednodušení a zychlení smulací zvolených vaan byla komponena popsující model budovy nahazena ouo komponenou. Výpoče pořeby epla zvoleného domu byl poveden jednou v jném modelu (Ob. 33) a výsledky byly zapsány do exového soubou, keý snadno če eno pvek. Komponena Type 38 AN Komponena Type 38 je upavená komponena Type 38, aby vyhovovala požadavkům na zadávání da sesaveného modelu. Upavený zdojový kód je přložen na CD. Komponena Type 659 DOHR V případě nedosaečného výkonu epelného čepadla spíná doplňkový zdoj, zde zasupuje komponena Type 659. Doplňkový zdoj spíná v závslos na pokynu z maka obsahujícího egulac sousavy vyápění. Komponena Type 6 REG Mako epezenující egulac epelného čepadla (Ob. 3) je složeno ze čyř komponen: Type 6-REG, Type 6-EKVIT, Type 661-ZP1 a Type 661-ZP. Komponena Type 6-REG umožňuje popojení pogamu TRNSYS a pogamu Mcosof Excel. V pogamu Mcosof Excel byl sesaven algomus zapnuí a vypnuí epelného čepadla, oběhových čepadel a elekckého dohřevu v případě bvalenního zdoje. Komponena Type 6 EKVIT Tao komponena aké umožňuje popojení pogamu TRNSYS a pogamu Mcosof Excel. V pogamu Mcosof Excel je na základě ovnc vypočíána ekvemní eploa (žádaná eploa v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě). 50

52 Ob. 3: Maco epezenující egulac sousavy složeno ze 4 komponen Komponena Type 109 TMY Na základě daabáze klmackých da, keá obsahuje TMY (ypcký meeoologcký ok) dodává eno pvek údaje o eploě, slunečním záření, ad. do maemackého modelu oopné sousavy. Komponena Type 3 OČ1 Teno pvek epezenuje oběhové čepadlo. Na základě pokynu z egulace dodává sanovený půok pmání sanou, edy mez epelným čepadlem a svslým zemním vem. Komponena Type 3 OČ Teno pvek aké epezenuje oběhové čepadlo. Na základě pokynu z egulace dodává sanovený půok sekundání sanou, edy mez epelným čepadlem a akumulačním zásobníkem. Pomocné komponeny sčíání, převodu jednoek, ad. jsou následující: Komponena Type 4 Komponena Type 4 je negační člen zajšující sumac zvolených velčn. Komponena Type 661 Tao komponena zajšuje zpoždění požadovaných velčn o sanovený poče časových koků. Komponena Type 57 Teno modul přepočíává jednoky vybaných velčn. Komponena ER-PomP Edo ovnc slouží po psaní jednoduchých ovnc se základním maemackým opeacem a logckým funkcem, zde je využ po úpavu výpoču pořeby epla a spořeby elekcké enege. Jak jž bylo zmíněno, po zjednodušení a zychlení smulací zvolených vaan byla komponena Type56a OBJEKT popsující dealněj model budovy nahazena komponenou Type 9e-PD. Výpoče pořeby epla zvoleného domu byl poo poveden jž v předchozí smulac v jném modelu, keý je paný na Ob. 33. Výsledky smulací jsou zapsány do exového soubou, keý snadno če pvek Type 9e-PD. 51

53 Ob. 33: Model umožňující výpoče pořeby epla zvoleného objeku v pogamu TRNSYS. Komponena Type 56a OBJEKT Model vícezónové budovy je sesaven v pogamu TRNBuld, keý je součásí pogamu TRNSYS. Podobný pops budovy je uveden v kapole 8.. Model budovy. 6.. Zjednodušení př sesavování modelů Model sousavy s epelným čepadlem je založen na enegeckých blancích jednolvých pvků a nezahnuje lakové poměy v oopné sousavě. Dalším zjednodušením je neuvažování přechodových chaakesk, a o vzhledem ke zkoumání chování sysému v půběhu celého oopného období a volbě časového koku 3 mn. Kok 3 mn vnáší do modelování učé zjednodušení. Na duhou sanu je řeba př sesavování egulace bá ohled na o, že půběh není spojý, jako omu bývá u eálného zařízení. Věšna modelů je s ohledem na jednoduchos a ychlos smulace volena jednodmenzonální, ačkol přesný model a eálné zařízení se chová 3D. Jako příklad může bý uveden akumulační zásobník. Přesnější model sesavený v pogamu Fluen je schopen na půměném počíač nasmulova jedno nahřáí zásobníku za ýden, zjednodušený výpoče celé sousavy za celé oopné období v pogamu TRNSYS vá 5 hodn. Pokud se v půběhu smulace ješě vyskyne chyba, musí se celá smulace opakova, z čehož je jasné, že sesavova co nejpřesnější model není smysluplné. Poubí Záy zolovaným poubím jsou po délku přívodního a vaného poubí řádově desíky waů. Pokud bude půok poubím nulový a dojde k ochlazení celého objemu kapalny v poubí na eplou okolí, odvede se 5 kj epla na 1 m poubí. Too množsví epla sníží eplou v jednom pásmu akumulační nádoby o 0, C. Poo jsou záy v poubí zanedbány. Oběhová čepadla Tepelné zsky z oběhových čepadel jsou velm malé, poo jsou zanedbány. Oběhové čepadlo po nemznoucí směs je nejvěší a jeho maxmální výkon je jen 400 W. Př půoku 1300 kg/h ční epelný zsk, pokud budeme uvažova 0 % z výkonu sdílený do kapalny, zvýšení eploy o pouhých 0,05 K. J s s h 0, 5K (6.1) J kg kgk h 5

54 7. KALIBRACE MODELU Kalbace vybaného modelu byla povedena na zařízení nsalovaném v aeálu Českého vysokého učení echnckého v Paze sloužícího po vyápění laboaoří Úsavu echnky posředí (Ob. 34). Teploní čdla na pmání saně epelného čepadla a půokomě sloužly po sanovení výkonu odebaného z vu. Na základě měření vsupních a výsupních eplo na pmání a sekundání saně epelného čepadla a půoku na pmání a sekundání saně byly sanoveny výkony a příkony epelného čepadla. Z měření vsupních a výsupních eplo do oopné sousavy a půoku byl učen výkon oopné sousavy. Teploní čdla v akumulační nádž umožnla sledova ozložení eplo v akumulační nádobě. Kalbace modelu byla povedena s day naměřeným v oopném období 007/008. Hance kalbace modelu byla vzhledem k možnosem zvolena od vu po výkon měřený na výsupu z akumulační nádoby do oopné sousavy. Je edy kalbován v, epelné čepadlo, akumulační zásobník a egulace. Výkon oopné sousavy slouží jako jedna ze vsupních hodno v modelu po kalbac. Schéma oopné sousavy s vypočenou epelnou záou 6560 W je uvedeno v příloze na CD [P]. Kalbace celé oopné sousavy byla neeálná, poo eno model oopné sousavy vychází z ovnc získaných ze samosaného ozsáhlého výzkumu oopných ploch na Úsavu echnky posředí [L33, L34, L35]. Ob. 34: Tepelné čepadlo země/voda nsalované v aeálu ČVUT v Paze, Úsav echnky posředí Kalbova celý model současně není dosaečně přehledné a an dosaečně přesné. Jednolvé komponeny se navzájem ovlvňují a dochází edy ke změnám okajových podmínek. Je poo řeba povés kalbac jednolvých hlavních komponen za předem učených podmínek získaných z měření a ověř funkčnos osaních pomocných komponen za známých jednoduchých okajových podmínek. Poé je ovšem řeba poovna funkčnos celého modelu s chováním eálného zařízení. Pokud budou všechny komponeny odpovída eálnému chování jednolvých zařízení a nebudou spávně popojeny a egulovány, nebude výpoče daného modelu spávný. 53

55 7.1. Modely po kalbace jednolvých zařízení sousavy s epelným čepadlem Kalbace jednolvých zařízení byla povedena u ěcho hlavních komponen: - Zemní výměník - Tepelné čepadlo - Akumulační zásobník Kalbace pouze zemního výměníku byla povedena na modelu zobazeném v Ob. 35. Kalbace pobíhala po období. Jak bylo popsáno v eo je důležé model ověř z kákodobého a dlouhodobého hledska. Kákodobý neval je volen 5 dnů (700 mn) a dlouhodobé hledsko je období od do Komponeny, z keých byl model sesaven, jsou popsány v předešlé kapole. Model po kalbac zemního výměníku je v příloze na CD [P6]. Vsupní hodnoy po kalbac zemního výměníku získané z měření: - Výkon na pmání saně TČ - Půok na pmání saně TČ Ob. 35: Model po kalbac zemního výměníku Komponeny epelného čepadla Type 668 byly kalbovány na modelu zobazeném na Ob. 36. Model po kalbac epelného čepadla je v příloze na CD [P7]. Vsupní hodnoy po kalbac epelného čepadla - Naměřené výkonové křvky TČ - Vsupní eploa na pmání saně TČ - Vsupní eploa na sekundání saně TČ - Půok na pmání saně TČ - Půok na sekundání saně TČ 54

56 Ob. 36: Model po kalbac epelného čepadla Kalbace samosané akumulační nádoby byla udělána na modelu, keý je na Ob. 37 po Type 60 po Type 38. Poovnání modelu a měření poběhlo po jeden cyklus nabíjení a vybíjení nádoby. Model po kalbac akumulační nádoby je v příloze na CD [P8]. Vsupní hodnoy po kalbac akumulační nádoby - Vsupní eploa z TČ - Půok na sekundání saně TČ - Vsupní eploa z oopné sousavy - Půok oopnou sousavou - Vnřní eploa v echncké mísnos Ob. 37: Model po kalbac akumulační nádoby 55

57 V modelu po kalbac sousavy s epelným čepadlem byla z epelné záy oopné sousavy v laboaořích přímo jednoduchým vzahem po výpoče epelného výkonu vypočíána výsupní eploa v závslos na půoku a vsupní eploě do oopné sousavy. Too zjednodušení bylo možno povés, neboť u éo sousavy je eploa v akumulační nádž udžována na konsanní eploě a půok sousavou je éměř konsanní. Ovšem př smulacích se v někeých vaanách eguluje eploa v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě a půok je aké poměnný. Z ohoo důvodu byla komponena popsující oopnou sousavu dodělána v pogamu Excel a byla jí věnována věší čás kapoly 3. Teoe maemackých modelů hlavních pvků v sousavách s epelným čepadlem a zemním vy. V půběhu vyápění nasávají ůzné savy jako následující příklad. Tepelné čepadlo bylo vypnué a aké oběhové čepadlo oopné sousavy bylo vypnué. Jakmle zapne oběhové čepadlo oopné sousavy, přeče z oopné sousavy například 50 l vychladlé vody do AN. V době kdy zapne TČ je vsupní eploa do epelného čepadla cca 30 C míso 4 C. Teno sav není možné jednoduchým vzahem po výpoče epelného výkonu poshnou. Zde je na Ob. 38 zobazen model po ověření funkčnos dané komponeny po 3 vybané úseky epelných zá z modelu po smulac (Ob. 74). Model po ověření funkčnos oopné sousavy je v příloze na CD [P9]. Ob. 38: Model po ověření výpočů oopné sousavy Na závě byl sesaven model celé oopné sousavy s epelným čepadlem (Ob. 39), z keého se poé sesavly modely po smulac ůzných vaan. Model po kalbac sousavy vyápění s epelným čepadlem je v příloze na CD [P10]. Po kalbac byla použa ao vsupní daa: - Výkon oopné sousavy - Venkovní eploa - Teploa v echncké mísnos - Výkonové křvky epelného čepadla - Nasavení egulace 56

58 Ob. 39: Model po kalbac celé oopné sousavy Mako popsující egulac sousavy s epelným čepadlem je složeno ze čyř komponen (Ob. 40) Ob. 40: Mako popsující egulac Hlavní komponeny modelu po kalbac byly poé použy v modelu po smulac a byly doplněny o model budovy, oopné sousavy a model umožňující zpacováva hodnová meeoologcká daa z daabáze (Meeonom). 57

59 7.. Sousava s epelným čepadlem sloužící po kalbac modelu Zvolená sousava s epelným čepadlem a svslým zemním vem po kalbac modelu se skládá z vu hlubokého 100 m s dvojou U-ubcí, epelného čepadla země/voda o výkonu 9,6 kw (B0/W35), zásobníku epla 540 l, oběhových čepadel a příslušné egulace (Ob. 41). V o půměu 140 mm je poveden v geologckém podloží z velké čás vořeném břdlcí. Poubí vu je plasové 8 x mm, délka jedné smyčky je 10 m. V pmáním okuhu je použa nemznoucí kapalna popylenglykol. Akumulační nádž je ocelová s zolací pěnovým polyehylenem o loušťce 50 mm. Vsupy a výsupy akumulační nádže jsou umísěny ve 75 mm a 1375 mm. Tepelné čepadlo pacuje v monovalenním povozu. Slouží pouze po vyápění budovy, ohřev eplé užkové vody není v omo případě uvažován. Regulace epelného čepadla je v závslos na eploě vané vody. Ob. 41: Sousava vyápění sloužící po kalbac modelu (Úsav echnky posředí, ČVUT v Paze) Zaznamenáva hodnoy s časovým kokem 1 mn po celou dobu oopného období umožnla měřící úsředna ALMEMO 5590 popojená se solním počíačem (Ob. 4). Ob. 4: Měřící úsředna ALMEMO

60 Celkem bylo současně měřeno 0 velčn. Po měření eplo byla čdla zapojena přímo pomocí konekoů do měřící úsředny. Po měření pulzů byly využy převodníky sgnálu na pulzy. Seznam a pops měřených velčn je uveden v abulce Tab. 6. Tab. 6: Seznam měřených hodno označení název označení úsředny měřené jednoky jednoky p1 vsupní eploa pmání sany TČ M00 [Ω] [ C] p výsupní eploa pmání sany TČ M01 [Ω] [ C] s1 vsupní eploa sekundání sany TČ M03 [Ω] [ C] s výsupní eploa sekundání sany TČ M04 [Ω] [ C] os1 vsupní eploa do oopné sousavy M4 [Ω] [ C] os výsupní eploa z oopné sousavy M47 [Ω] [ C],m eploa v echncké mísnos M7 [Ω] [ C] e venkovní eploa M6 [Ω] [ C] A1- A8 safkace akumulačního zásobníku M8,9,40,41,43,44, [Ω] [ C] 45,46 V p objemový půok pmání sany TČ M0 [poče pulzů] [l/s] V s objemový půok sekund sany TČ M05 [poče pulzů] [l/s] V os objemový půok oopnou sousavou M5 [poče pulzů] [l/s] P elekcký příkon M06 [poče pulzů] [W] Po měření eploy byla čdla umísěna v jímkách nsalovaných v poubí nebo ve specálních jímkách vyobených po umísění čdel v akumulační nádobě. Tab. 7: Měřcí čdla a zařízení velčna označení čdla a zařízení eploa v poubí 7 čdlo eploy P 100 (jímka) eploa v posou,m, e čdlo eploy P 100 síněné eploa v poubí p1 - p, s1 - s, os1 - os páová čdla eploy (jímka) eploa v akumulační A1- A8 čdlo eploy P 100 nádobě půok glykolu m p půokomě půok vody m s, m os půokomě el. příkon P elekomě Součnel posupu epla u akumulační nádoby se mění nejen s výškou, ale aké v půběhu času, jak se mění eploa v akumulační nádobě vlvem nabíjení a vybíjení. Po zjšění půměného součnele posupu epla u akumulační nádoby bylo povedeno měření eplo př chladnuí akumulační nádoby bez přívodu nebo odvodu epla, edy př nulových půocích jednolvým věvem. Měření povchových eplo bylo povedeno emovzní kameou. 59

61 7.3. Pops a vlasnos vu Svslý zemní v navžený po daný výkon epelného čepadla je hluboký 100 m a je umísěn 5 m od budovy. Paamey vu komponeny Type 557a dle získaných maeálů jsou uvedeny v Tab. 8. Hloubka vu je upavena na 105 m, poože model neumožnuje výpoče čás poubí mez budovou a vem. Model použý př řešení éo sude obsažený v smulačním pogamu TRNSYS je model využívající meodu konečných ozdílů FDM Fyzkální paamey Geologcké podmínky - břdlce (= 1,5 až 3,5 W/mK, c =, až 5, J/m 3 K) [L36] Výplňový maeál - použa směs benonu s břdlcí (výplňové maeály = 0,8 až, W/mK) [L17] Vlasnos poubí - plasové poubí PE Vlasnos ekuny - směs popylenglykolu (30 %) s vodou (fyzkální vlasnos jsou přloženy na CD [P1]) - spodní voda v hloubce 50 m Geomecké paamey Zemní v - půmě D = 140 mm - délka H = 100 m Poubí - dvojá U-ubce - půmě 8 x - délka 00 m jedna smyčka 60

62 Tab. 8: Paamey popsující model vu po kalbac modelu Paamey vu objem zásobníku 8700 m 3 hloubka vu 105 m umísění ozdělovače 1,1 m poče vů 1 - polomě vu 0,07 m poče vů v sé 1 - poče adálních egonů 1 - poče vekálních egonů 10 - měná epelná vodvos - zemna,7 W/m.K měná epelná kapaca - zemna 570 kj/m 3.K poče U-ubc - - venkovní polomě poubí 0,014 m vnřní polomě poubí 0,01 m polovční mezea mez poubím 0,04 m měná epelná vodvos - výplň 1,8 W/m.K měná epelná vodvos - poubí 0,43 W/m.K měná epelná vodvos - mezea 1 W/m.K loušťka mezey 0 m efeenční půok 133 kg/h efeenční eploa C přenos epla mez poubím -1 - měná epelná kapaca - ekuna 3,845 kj/kg.k husoa - ekuna 1030 kg/m 3 zolace 0 - zolovaná čás výšky 0 - loušťka zolace 0 m měná epelná vodvos - zolace 0 W/m.K poče le smulace 1 - maxmální eploa zásobníku 100 C počáeční eploa povchu 13 C počáeční eploní gaden 0 K/m poče le využí před smulací 0 - maxmální eploa předehřáí 30 C mnmální eploa předehřáí 10 C fázové zpoždění předehřáí 90 dny půměná eploa vzduchu 0 C ampluda eploy vzduchu 15 C fázové zpoždění eploy vzduchu 40 dny poče vsev - zemna 1 - měná epelná vodvos vsvy,7 W/m.K měná epelná kapaca vsvy 570 kj/m 3.K loušťka vsvy 105 m 61

63 7.4. Konsukce epelného čepadla Tepelné čepadlo běžné konsukce ypu CO4ZV09 ok výoby 001 je dle konsukce udávané výobcem následující: - scoll kompeso Copeland ZR40 K3E - deskové výměníky Alfa Laval, výpaník CB 51-0HX, kondenzáo CB5-0H - použé chladvo R 407C - eploní paamey sekundání sany 50/40 C - půok sekundání sany 0, kg/s - eploní paamey pmání sany 0/-4 C - půok nemznoucí směs 0,4 kg/s - epelný výkon 8,5 kw - elekcký příkon,-3 kw Ob. 43: Konsukce epelného čepadla země/voda Na sávajícím zařízení měříme epelný výkon a eplo dodané z nízko-poenconálního zdoje, z ěcho hodno dopočíáváme příkon. Topný fako zahnuje pouze příkon kompesou, jednolvé příkony pomocných zařízení (oběhové čepadlo pmání a sekundání sany a egulace) jsou celé zahnuy v příkonu pomocných zařízení. COP Q TČ (7.1) P com Z naměřených hodno byly sesaveny výkonové chaakesky a soubo hodno (Ob. 18) po komponenu epelného čepadla (Type 668), keý byl jž uveden v kapole.5. Teoe výpoču výkonu epelného čepadla. 6

64 Jeden pacovní bod epelného čepadla je uveden v gafu (Ob. 44) Schéma akumulační nádoby Ob. 44: p-h dagam (zdoj Solkane) Rozměy a konsukce akumulační nádže o objemu 0,54 m 3 jsou zobazeny na Ob. 45. Z obázku je paná výška a půmě nádoby, dále umísění vsupů a výsupů, loušťka sěny a osaní paamey. Maeál akumulační nádže je ocel , nádž je zolována pěnovým polyeylenem o loušťce 50 mm. Ob. 45: Rozměy a konsukce akumulační nádže 63

65 Po měření eplo v akumulačním zásobníku bylo na nádobu navařeno 8 vsupů po našoubování jímek vyobených z měděných ubček o půměu 4,8 mm s loušťkou sěny 0,7 mm, aby docházelo k co nejmenší akumulac epla a čdla mohla ychle eagova na změnu eploy. Ob. 46: Umísění čdel (levý obázek) a konsukce ěcho čdel (pavý spodní obázek). Z echnckého hledska by bylo složé uděla vsup po eploní čdlo v seškmené čás nádoby, poo byly vyobeny zakřvené jímky, keé jsou vdě ve spodní čás pavého dolního obázku (Ob. 46) a vsupy po jímky byly navařeny v ovné čás. Teploa vzduchu v okolí akumulační nádže byla měřena síněným eploměem PT

66 Na následujícím obázku je zobazeno ozdělení akumulační nádoby na 15 segmenů. Segmeny jsou voleny ak, aby ozhaní mez jednolvým segmeny leželo v mísě eploního čdla. Př nabíjení, pokud se sřední eploa segmenu usálí na hodnoě např. 48 C, znamená o, že ao eploa dosáhla čdla na spodní mez ohoo segmenu. Naopak, pokud eploa klesne na usálenou eplou 4 C, je dosaženo honí meze ohoo segmenu. Ob. 47: Pozce čdel a uspořádání vsev modelu po Type 60f Segmeny označené číslem N3 a N 14 jsou v mísě vsupů a výsupů z akumulační nádoby. Tyo segmeny nejsou na ozhaní, ale jelkož dochází k výaznému míchání v éo oblas, jsou umísěny v 1/4 daného segmenu. Počáeční eploy v jednolvých vsvách byly převzay z měření a položeny lneání apoxmací mez jednolvým měřeným body. Model Type 60 umožnuje dosazova součnele přesupu epla po jednolvé segmeny. Součnel přesupu epla byl edy dosazen po jednolvé segmeny z výsledků měření chladnuí nádoby. Na následujícím obázku v pavé čás je zobazeno nasavení pozce eploního čdla v upavené komponeně Type 38 s názvem Type 38. Sledovaná mísa jsou umísěna v pozcích odpovídajících pozcím u měření na eálném zařízení. 65

67 Ob. 48: Pozce čdel a pozce zobazované eploy v modelu po Type 38 Model Type 38 neumožnuje dosazova součnele přesupu epla po jednolvé segmeny. Do komponeny byla edy dosazena půměná hodnoa součnele přesupu epla po celou akumulační nádobu Pops egulace Př kalbac modelu byla egulace nasavena sejně jako v eálném případě. Tedy v závslos na nasavené vsupní eploě do kondenzáou a dané hyseez spíná a vypíná epelné čepadlo. Pokud je zařízení vypnuo sepne za nasavenou dobu τ1 oběhové čepadlo OČ, čímž se kapalna z akumulačního zásobníku dosane do oblas čdla. Too není nejjednodušší způsob egulace, vhodnější je nsalace čdla přímo v akumulačním zásobníku. Ovšem po kalbac modelu je řeba dodže sejný způsob egulace. Třeí čas po nasavení je zpoždění ozběhu kompesou τ3. Tab. 9: Nasavení hodno po egulac epelného čepadla 1 9 mn 0,5 mn 3 0,5 mn Td 39(dle měření 39,) C Th 41(dle měření 4,5) C 7.7. Chaakesky oběhových čepadel Oopná sousava s epelným čepadlem obsahuje 3 oběhová čepadla. Oběhové čepadlo čepající nemznoucí směs je Wlo TOP S30/10. Oběhové čepadlo zajšťující oběh sekundání sany je Gundfos UPS Oběhové čepadlo použé po oopnou sousavu je Gundfos UPS Příkony oopných čepadel jsou uvedeny v následující abulce Tab. 10. Učení skuečných příkonů je pané v následujících gafech chaakesk oběhových čepadel v závslos na naměřených půocích 66

68 uvedených v kapole 9. Výsledky a dskuse. Tepelné zsky z oběhových čepadel jsou velm malé, poo jsou zanedbány. Vysvělení bylo uvedeno v předchozí kapole. Tab. 10: Pops a výkon oběhových čepadel nsalovaných v oopné sousavě Wlo TOP S30/10 nasavené oáčky pmání sana 1 (maxmální) naměřený půok l/s skuečný příkon 30 W sekundání sana Gundfos UPS nasavené oáčky naměřený půok m 3 /h skuečný příkon 54 W oopná sousava Gundfos UPS 3-55 nasavené oáčky 1 (mnmální) naměřený půok m 3 /h skuečný příkon 6 W Chaakesky oběhového čepadla OČ1 (pmání sana epelného čepadla). Ob. 49: Chaakeska oběhového čepadla Wlo TOP S30/10 67

69 Ob. 50: Chaakeska oběhového čepadla Gundfos UPS Ob. 51: Chaakeska oběhového čepadla Gundfos UPS Měřcí zařízení Oopná sousava s epelným čepadlem byla z předešlého výzkumu osazena několka čdly eploy a o na pmání a sekundání saně epelného čepadla. Dále pak půokoměy na pmání a sekundání saně epelného čepadla. Po kalbac modelu bylo nuno měřcí zařízení dopln o eploní čdla na vsupu a výsupu do oopné sousavy a eploní čdla v akumulační nádž, keá umožní sledova safkac v nádobě. Sousava byla aké doplněna eploním čdlem v echncké mísnos, kde je umísěno epelné čepadlo a venkovním čdlem eploy. Po měření půoku byly původní půokoměy s nedosaečnou clvosí nahazeny a doplněny přesnějším. 68

70 Čdla eploy Po měření eploy v akumulačním zásobníku a osaních eplo byla zakoupena sada eploních čdel CRZ A-1. U ěcho čdel je na keamcký subsá napařena enká vsva plany. Tao vsva je foologafcky sukuována a pomocí laseu je odpo snímače přesně nasaven na jmenovou hodnou (P100, P500, P1000). Akvní vsva je pasvována zolační vsvou, keá chání senzo po vnějšímu chemckému a mechanckému poškození. Kapka fxující dva vývody dlouhé 10 mm je aké z keamky. Vývody jsou z pozlaceného nklu a jsou obdélníkového půřezu. Rozmě keamcké desčky je u P100,0 x 5,0 x 1,0mm.Výhodou popsovaných čdel je 100 % výsupní konola. Výsledkem je jemné vyřídění čdel (s přesnosí na 0,01 Ω) po 10- kusech do podskupn v ámc jednolvých říd přesnos. Základní balení je edy 10 kusů. Na každém základním obalu je uvedena odpoová hodnoa v Ω př 0 C. V abulce Tab. 11 jsou uvedeny oleance po řídu přesnos A a B. Kalbace eploních čdel je v příloze na CD [P3]. Tab. 11: Toleance eploních čdel po řídu přesnos A a B. Třída přesnos Toleance ( C) Toleance hodnoy TCR (Alpha koefcen) odpou př 0 C C A (0,15+0,00) 0,06 0, , B (0,3+0,005) 0,1 0, ,00001 Půokoměy Půokoměy byly nsalovány ve všech 3 okuzích (oopná sousava, pmání a sekundání sana epelného čepadla) ve vodoovné poloze v ovném úseku bez naušení poudění oběhovým čepadly, nebo mísním odpoy osaních pvků sousavy a přpojeny konekoy do měřící úsředny. Před nsalací byla povedena kalbace vážením. (Příloha na CD [P4]). Tab. 1: Paamey půokoměů nsalovaných v měřcí sousavě Půokomě Badge Mee s LCR dsplejem vlasnos ekuny yp ekuny popylenglycol poubí zaplněné pacovní lak 0,4 MPa pacovní eploa -10 až 30 C husoa 1000 kg/m 3 vskoza m /s nsalace půokoměu půmě poubí měděné 8x1,5 poudění jednosměné nsalace vodoovně povozní vlasnos přesnos měření 3 % ozsah 0 až 1500 kg/h mpulzní výsup 100 mp/l délka mpulzu 10 ms výsupní sgnál mpulzní 69

71 Elekomě Insalovaný elekomě měří příkon epelného čepadla, oběhového čepadla pmání sany (OČ 1) Wlo TOP S30/10 a oběhového čepadla sekundání sany (OČ ) Gundfos UPS v ozsahu 360 mp/kwh. Teno ozsah je po měření s kokem 1 mn přílš hubý. Za jednu mnuu se př příkonu cca 4000 W naměří 5 nebo 6 pulzů, což předsavuje ozdíl 1 pulz edy cca 00 W (chyba 5 %). Po kalbac se poo příkon učoval jako ozdíl epla dodaného z nízkopoenconálního zdoje a epla odvedeného epelným čepadlem. Hodnoy z elekoměu slouží pouze po konolu v delším časovém období, kdy se velkým počem pulzů mnmalzuje chyba. Počáeční a okajové podmínky kalbace Smulace počáek smulace: 0 h konec smulace: 391 h kok smulace: 3 mn oleance konvegence: algomus po řešení dfeencálních ovnc: modfkovaná Euleova meoda numecké řešení ovnc: meoda posupného nahazování Měření dlouhodobá kalbace počáek :3:47 konec :34:4 70

72 8. SIMULACE ZVOLENÝCH VARIANT Návh a poovnání ůzných sousav vyápění s epelným čepadlem a sanovení jaký vlv má příslušná egulace na pořebu enege bylo povedeno na ěcho čyřech vaanách. Vaana 1 - Monovalenní sysém s akumulační nádobou oddělující hydaulcky oopnou sousavu s egulací na konsanní eplou v éo akumulační nádobě. Vaana - Monoenegecký sysém s doplňkovým elekckým ohřevem umísěným před akumulační nádobou s egulací na konsanní eplou v éo akumulační nádobě. Vaana 3 - Monovalenní sysém s akumulační nádobou oddělující hydaulcky oopnou sousavu s egulací eploy v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě (ekvemní egulace). Vaana 4 - Monoenegecký sysém s doplňkovým elekckým ohřevem umísěným před akumulační nádobou s egulací eploy v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě (ekvemní egulace). Monoenegecký sysém je volen s epelným čepadlem dmenzovaným na 65 % epelných zá objeku, ao volba je bána jako spodní mezní sav návhu bvalence. Je edy předpoklad, že výsledky osaních řešení mez 65 % a 100 % se budou nacháze akéž mez ěmo mezním savy. Hlavní komponeny z modelu po kalbac byly dále použy v modelech po smulace čyř vaan a byly doplněny o model budovy, oopné sousavy a model umožňující zpacováva hodnová meeoologcká daa z daabáze Meeonom. Smulace pořeby epla vychází z epelných zá závslých na eploě venkovního vzduchu a slunečním záření v půběhu oopného období. Vychází ze smulací vypočených na základě meeoologckých da, keá obsahuje ypcký meeoologcký ok (TMY-). Nuné je přpomenou, že model po smulac vaan nezohledňuje současné podmínky afu po epelná čepadla, kdy dochází k blokování epelného čepadla po dobu hodn ve vysokém afu. Modely jednolvých zařízení jsou zjednodušené, založené na výkonových křvkách případně jednodmenzonálních maxmálně dvoudmenzonálních případech. Zjednodušením dosáhneme kaší doby výpoču ohoo modelu, jako příklad bych uvedl akumulační nádobu. Samozřejmě, že se jedná a 3D případ, ovšem výpoče jednoho nabí zásobníku v pogamu Fluen, edy cca 1 h, vá několk dní. Z enegeckého hledska nemá přesný půběh ozvsvení významný vlv a po pořebu učení polohy eploního čdla je spávně zvolený zjednodušený model dosaečný. Výsupní daa po smulac vaan: - Meeoologcká daa (Meeonom) - Z modelu budovy půběh epelných zá objeku - Výkonové křvky epelného čepadla - Výkon elekokole - Počáeční eploy akumulačního zásobníku - Paamey zemního výměníku - Půoky a příkony oběhových čepadel - Paamey egulace 71

73 Počáeční a okajové podmínky smulace Oopné období začíná 1. září a končí 31. kvěna následujícího oku. Oopným obdobím se ozumí období, ve keém musí bý zařízení po dodávku epla v pohoovosním echnckém savu, aby bylo možno kdykol př splnění dalších podmínek (půměná eploa venkovního vzduchu) zaháj a udžova povoz vyápění. Poče dnů oopného období (73, esp. 74 dnů) se nemusí shodova s počem dnů vyápění. S vyápěním se v oopném období započne, jeslže půměná denní eploa venkovního vzduchu v příslušném mísě nebo lokalě poklesne pod +13 C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí se nedá očekáva zvýšení éo eploy nad +13 C po následující den. Tab. 13: Začáek a konec oopného období (poče hodn smulace) spen září říjen lsopad posnec leden úno březen duben kvěen Meeoologcká daa OTOPNÉ OBDOBÍ vyhodnocení smulace Meeoologcká daa obsažená v pogamu TRNSYS využívají daabáz Meeonom, keá obsahuje ypcký meeoologcký ok (TMY) po 5 oblasí ČR. Typcký meeoologcký esp. efeenční ok je jeden ok hodnových klmackých da epezenující klmacké podmínky v měřeném časovém období. Typcký efeenční ok (TRY) je vybíán z naměřených víceleých klmackých hodnových da (dlouhodobé sledování klmau - např. řceleý nebo padesáleý neval sběu da). Je složen z výběu měsíců jednolvých le klmaologckého nomálu a je nejepezenavnější z celého sledovaného období. Hlavní daa meeoologckého oku jsou eploa suchého eploměu, eploa osného bodu, elavní vlhkos, amosfécký lak, přímé sluneční záření, dfúzní sluneční záření, globální sluneční záření, smě věu, ychlos věu, sážky, oblačnos, vdelnos. Sovnání poču hodn vání jednolvých eplo po 5 ůzných sanovšť je zobazen v Ob. 5. Ob. 5: Poče hodn vání eplo po oblas ČR (Meeonom) 7

74 Po předsavu byly hodnoy venkovní eploy vzduchu z daabáze Meeonom poovnány s eploam získaným z obecné křvky vání eplo po ČR. Ob. 53: Poovnání výskyu venkovní eploy z obecné křvky po ČR a daabáze Meeonom Po úplnos je v následujícím gafu zobazena obecná křvka vání eplo po ČR a je zde aké uveden vzah po výpoče. Ob. 54: Půběh eplo po ůzné oblas ČR [L45] Obecnou křvku vání eplo je možno popsa vzahem 0,985 0,66 1 (8.1) kde em em e e,mn n n 73

75 8.. Model budovy Př smulac byl zvolen zjednodušený model budovy (Type 56a) vycházející z běžného odnného domu. Teno objek je uvažován jako jedno-zónový model se sandadní skladbou sěn, dle požadavků noem na součnel přesupu epla složenou sěnou = 0, W/mK [L46]. Podíl zasklení je 0 % jžní sěna, 6 % sevení sěna, 8 % západní sěna a 15 % východní sěna. Součnel posupu epla okny byl uvažován 1,4 W/m K. Př výpoču epelné záy se uvažuje s konsanní eploou zemny z = 5 C, jelkož se poovnává sále sejná budova, nemá oo zjednodušení žádný vlv na výsledky smulace. Plocha objeku je 130 m a objem objeku 650 m 3. Inflace a věání je uvažováno 0,5 h -1. Vnřní zsky od osob a spořebčů jsou uvažovány 3 W/m, vnřní zsky jsou ozděleny v poměu 50 % adací a 50 % konvekcí. Model budovy je vdě na Ob. 55. Model budovy je v příloze na CD [P11]. Ob. 55: Model budovy (podíl zasklení 0 % jh, 6 % seve, 8 % západ a 15 % východ) Tepelná záa budovy z výsledku smulace je př nejnžší venkovní eploě vzduchu e = -15, C ovna Q = 8183 W. Po zjednodušení a edy zychlení výpoču je v modelech po poovnání jednolvých vaan model budovy nahazen komponenou umožňující dosazování hodno z exového soubou (Type 9 - Daa Reade Fo Genec Daa Fles). Hodnoy uložené v exovém soubou jsou získány ze smulace zjednodušeného modelu budovy Pops zemní sondy Paamey svslého zemního vu jsou z velké čás převzay z modelu po kalbac (Tab. 8), někeé byly s ohledem na současné podmínky povádění vů upaveny. Jedná se hlavně o výplň vu benonem, hodnoa epelné vodvos je edy 0,78 W/mK. Paamey vu po smulac zvolených vaan jsou uvedeny v Tab

76 Tab. 14: Paamey popsující model vu po smulace zvolených vaan Paamey vu objem zásobníku 8700 m 3 hloubka vu 105 m umísění ozdělovače 1,1 m poče vů 1 - polomě vu 0,07 m poče vů v sé 1 - poče adálních egonů 1 - poče vekálních egonů 10 - měná epelná vodvos - zemna,3 W/m.K měná epelná kapaca - zemna 570 kj/m 3.K poče U-ubc - - venkovní polomě poubí 0,014 m vnřní polomě poubí 0,01 m polovční mezea mez poubím 0,04 m měná epelná vodvos - výplň 0,78 W/m.K měná epelná vodvos - poubí 0,43 W/m.K měná epelná vodvos - mezea 1 W/m.K loušťka mezey 0 m efeenční půok 133 kg/h efeenční eploa C přenos epla mez poubím -1 - měná epelná kapaca - ekuna 3,845 kj/kg.k husoa - ekuna 1030 kg/m 3 zolace 0 - zolovaná čás výšky 0 - loušťka zolace 0 m měná epelná vodvos - zolace 0 W/m.K poče le smulace 1 - maxmální eploa zásobníku 100 C počáeční eploa povchu 13 C počáeční eploní gaden 0 K/m poče le využí před smulací 0 - maxmální eploa předehřáí 30 C mnmální eploa předehřáí 10 C fázové zpoždění předehřáí 90 dny půměná eploa vzduchu 0 C ampluda eploy vzduchu 15 C fázové zpoždění eploy vzduchu 40 dny poče vsev - zemna 1 - měná epelná vodvos vsvy,3 W/m.K měná epelná kapaca vsvy 570 kj/m 3.K loušťka vsvy 105 m 75

77 8.4. Pops egulace Vaana 1 a Po vaanu 1 a byla zvolena egulace na konsanní eplou v akumulačním zásobníku. Vaana je navžena s bvalenním zdojem (elekokoel), spínání doplňkového zdoje je v závslos na požadované eploě a záponém gadenu výsupní eploy z akumulačního zásobníku. Vaana 3 a 4 Po vaanu 3 a 4 byla zvolena egulace eploy v akumulačním zásobníku v závslos na venkovní eploě (ekvemní egulace). Vaana 4 je navžena s bvalenním zdojem (elekokoel), spínání doplňkového zdoje je v závslos na požadované eploě a záponém gadenu výsupní eploy z akumulačního zásobníku. Ve všech čyřech případech je jedno čdlo umísěno ve /3 akumulační nádže a duhé v mísě výsupu z akumulační nádže do epelného čepadla. Teploa v omo mísě je ovna eploě vsupující do TČ. Pokud je eploa v mísě honího čdla menší než požadovaná, zapne TČ. Jakmle dosáhne eploa v mísě duhého čdla nasavené eploy, vypne epelné čepadlo. Př egulac na konsanní eplou je eploa honího a dolního čdla nasavena na 46 C. Př egulac v závslos na venkovní eploě je eploa honího dolního čdla nasavena na eplou o C nžší než je eploa ekvemní. Vzahy po výpoče ekvemní eploy po celý ozsah venkovních eplo (neuvažuje se s úpavou sklonu po ůzné ozsahy) jsou následující. Sřední eploa eplonosné láky: 1 n os1,max os,max e e,mn m (8.) Ochlazení eplonosné láky: e os1,max os,max (8.3) e,mn V případech bvalenně navženého zdoje, edy vaana a vaana 4, spíná elekcká paona o maxmálním výkonu 6 kw ve 3 supních. Když je výsupní z AN menší, než požadovaná eploa zapne se elekcká paona př podmínkách uvedených v abulce Tab. 15. Tab. 15: Paamey spínání doplňkového zdoje Δ [K] 1,76 3,5 5,7 Q [W] Osaní komponeny modelu Osaní komponeny jsou převzay z modelu po kalbac. Pops výpoču a paameů epelného čepadla, vu, akumulační nádže a oběhových čepadel je uveden v kapole 7. Kalbace modelu. Z výsledků kalbace vyplynula pořeba upav půok na sekundání saně epelného čepadla. Vlvem velkého epelného spádu opo epelnému spádu na oopné sousavě dochází k časějšímu spínání epelného čepadla a kolísání vsupní eploy do oopné sousavy. Půok byl poo zvěšen na hodnou 1500 kg/h a po vaany s 65 % výkonem na hodnou 975 kg/h. Půok na pmání saně byl po vaany s 65 % upaven na 866 kg/h. 76

78 9. VÝSLEDKY A DISKUZE Pvní čás kapoly je zaměřena na výsledky kalbace hlavních komponen modelu. Jelkož epelné čepadlo země/voda se svslým zemním výměníkem je zařízení, keé mění své výkonové paamey nejen v půběhu jednoho cyklu (sepnuí), ale aké v půběhu oopného období, je nuno povés kalbac jak z kákodobého ak z dlouhodobého hledska. V půběhu oopného období se mění nejen meeoologcké podmínky (eploa, sluneční záření), ale eploa ve vu. Je poo nuné ověř, jak se mění vsupní a výsupní eploa z vu v ůzném období oku Výsledky kalbace Model sousavy s epelným čepadlem je založen na blanc enegeckých oků a neuvažuje s hydaulckým poměy v sousavě. Půok je poo uvažován konsanní a nemění se s husoou espekve eploou kapaln. Naměřený půok za jeden cyklus je s chybou 1,5 % (vz příloha na CD - vyhodnocen_meen-puokomey_cepadla.xls). Ob. 56: Naměřené půoky (V p pmání,v s sekundání a V os oopná sousava) Kalbace zemního výměníku Kalbace zemního výměníku byla povedena z kákodobého hledska po pvních pě dní povozu epelného čepadla. Jak je pano na Ob. 57, výsupní eploa z vu klesne na počáku oopného období během pvních pě dnů z 9 C na 6 C a posupně v půběhu oopného období klesá. Teno půběh je zobazen v Ob. 58, kde je vdě pokles výsupní eploy v nejchladnějších dnech oku až na eplou,5 C. Teploa vsupující do vu dosahuje v omo období eploy -1,7 C. V janím období kdy se zvyšuje venkovní eploa a klesá pořeba epla na vyápění, zvyšuje se eploa vysupující z vu zpě éměř k hodnoě 7 C. Výsledky kalbace zemního výměníku jsou přloženy na CD [P1]. 77

79 Ob. 57: Teploy pmání sany kákodobá kalbace (eploa p1 vsup, p výsup) Rozdíl eplo mez měřením a smulací je maxmálně K, věšnu období je ovšem pod 1 K. Podmínky modelu jsou uvažovány deální, ačkol v eálném případě není například složení zemny homogenní, v není zcela kolmý, poubí není uloženo deálně a půok není konsanní, ale mění se s eploou. Ob. 58: Teploy pmání sany dlouhodobá kalbace (eploa p1 vsup, p výsup) 78

80 Přeso jsou výsledky dobé, neboť změna vsupní eploy do výpaníku o 1 C znamená ozdíl ve výkonu necelých,5 % a ozdíl v příkonu necelých 0,3 %. Použý model, keý řeší eploní pole v okolí svslého zemního výměníku dvou-dmenzonální meodou konečných dfeencí a lneáního zdoje epla zv. DST model [L1] uvedený v kapole... Kombnace numeckých a analyckých meod, lze edy použí po uo pác Kalbace epelného čepadla Tepelný výkon a příkon epelného čepadla je závslý na vsupní eploě do výpaníku a kondenzáou. V následujícím gafu Ob. 59 jsou zobazeny výkonové křvky epelného čepadla po vsupní eplou do kondenzáou 40 C a vsupní eplou do výpaníku v ozmezí eplo 4 až 11,5 C. V gafu je vdě, že výkon a příkon kolísá od sřední eploy do 5 %. Z naměřených výkonových křvek v ozmezí povozních paameů byla sesavena mace hodno, keá byla dosazena do soubou da po model epelného čepadla. Teno exový soubo je uveden v kapole 3.. Teoe výpoču výkonu epelného čepadla na Ob. 18. Ob. 59: Naměřené výkonové křvky (po vsupní eplou do kondenzáou 40 C) Sovnání měření a smulace po model samosaného epelného čepadla je vdě na Ob. 60. Po dosazené výkonové křvky, vsupní eploy a půoky pmání a sekundání sanou získané z měření počíá model epelný výkon a výkon dodaný z nízkopoenconálního zdoje a výsupní eploy z epelného čepadla. Výsledky kalbace epelného čepadla jsou přloženy na CD [P13]. 79

81 Ob. 60: Půběh výkonů epelného čepadla Kalbace akumulačního zásobníku Půběh eplo v akumulačním zásobníku v jednolvých vsvách je měřen 8 čdly eploy. Umísění ěcho čdel a sledovaných bodů v modelech je uvedeno v předchozích kapolách. Ob. 61: Půběh eplo v jednolvých vsvách zásobníku, vsupní a výsupní eploy 80

82 Z výsledků měření je pano: 1) V okamžku, kdy se sníží výsupní eploa z akumulační nádoby, začnou se ochlazova aké oopná ělesa, ale sále je poměně vysoká eploa vané vody a poo nezapne epelné čepadlo. Požadavek by byl edy jž na zvýšení eploy, ovšem epelné čepadlo o nepozná. ) Ješě není plně nabá akumulační nádoba, ale poože se vací vyšší eploa z oopné sousavy než nasavená, vypne edy epelné čepadlo. Too je způsobeno ůzným eploním ozdílem na sekundání saně epelného čepadla a na oopné sousavě. Smulace a kalbace věšny komponen a celé sousavy pobíhá s časovým kokem 3 mn. Po kalbac půběhu eplo v akumulační nádobě je kok 3 mn přílš dlouhý, vlvem ozvsvení se pás vyšší eploy posouvá a zaímco čdlo eploy ukazuje hodnou například 38 C, ak za 30 s by byla jž 43 C. Poo se může jev př poovnávání měření a smulace, že jsou výsledky naposo ozdílné, ve skuečnos se celkem shodují. Poo je zvolen časový kok 1 mn, kde se ao chyba více elmnuje. Jak je popsáno v kapole 3.3 Teoe přenosu epla a safkace v akumulačním zásobníku, byla původně po akumulační nádobu zvolena komponena Type 60. Z pncpu výpoču algomu použého v éo komponeně neodpovídá půběh eplo v jednolvých vsvách eálnému chování naměřenému na výše popsané sousavě. Př současném nabíjení a odběu epla z akumulační nádže je ozdílný půok ak malý, že se čás objemu ekuny z vyšší vsvy smíchá s nžší vsvou a dochází edy během cyklu k posupnému ohřevu spodních vsev (šedé čáy). Poo eploa sledované vsvy nedosahuje naměřených eplo (čené čáy). Z půběhu eplo paných v následujícím gafu Ob. 6 je jasně vdě, že v době = 1,3 h eploa v měřeném mísě A3 dosáhla eploy cca 51 C a omu odpovídající segmen N5, keý má eplou 49 C. Ješě makannější ozdíl je po měřené míso A4, kde eploa dosahuje aké éměř 51 C, zaímco odpovídající pozce u modelu N7 dosáhla eploy pouze 45 C. Z ěcho výsledků plyne nevhodnos ohoo modelu po smulace sousav s epelným čepadlem, pokud nedochází k pomíchávání akumulační nádoby, což není vhodné. Výsledky kalbace akumulační nádoby jsou přloženy na CD [P14]. Ob. 6: Poovnání půběhu eplo v akumulační nádobě (smulace TYPE 60f, měření) 81

83 Vzhledem k výše popsaným závěům byla zvolena po smulace komponena s poměnou velkosí jednolvých segmenů Type 38, keá je upavenou komponenou Type 38. Př poovnání výsledku ze smulace a měřením v konkéních bodech akumulačního zásobníku je vdě dle předpokladu, že v zásobníku není přesné ozvsvení jako u modelu. Nuno podoknou, že počáeční ozvsvení eplo v modelu bylo zadáno dvěma eploam, ačkol ve skuečnos byly eploy v ůzné výšce zásobníku ozdílné. Také je jsé, že ve skuečnos dochází k naušení safkace vlvem vsupů a dalších fakoů. Ob. 63: Poovnání půběhu eplo v akumulační nádobě (smulace TYPE 60f, měření) Po zjšění součnele přesupu epla se povedlo měření chladnuí akumulační nádže a měření povchové eploy zolace akumulační nádže emovzní kameou. V gafu (Ob. 64) je půměná hodnoa součnele přesupu epla v jednolvých vsvách po chladnuí nádže U = W/m K. Součnel se mění v závslos na vnřní eploě echncké mísnos a eploě vody v AN, keá posupem času klesá. Ob. 64: Součnel přesupu epla (chladnuí nádoby) 8

84 Z výsledků snímání povchových eplo emovzní kameou (povedené kolegou Ing. Vavřčkou) je pano, že povchové eploy v jednolvých vsvách jsou vyšší půměně přblžně o 3 C, než je eploa vnřního vzduchu v echncké mísnos. Z oho plyne, že epelné záy akumulačního zásobníku v jednolvých vsvách jsou poměně malé a více než na poflu součnele přesupu epla závsí na záách v nedokonale zolovaných čásech v oblas vsupů a výsupů éo nádoby. Na výsledky smulací nemá edy výzkum zaměřený na součnel přesupu epla velký smysl a je po smulace uvažováno se sřední hodnoou součnele posupu epla U = W/m K, espekve s hodnoou součnele posupu epla ká plocha zásobníku US = 8 W/K. Zjednodušený výpoče vycházející z naměřených povchových eplo je přložen na CD [P5]. Ob. 65: Povchové eploy zolace akumulačního zásobníku 83

85 Kalbace oopné sousavy Jak je popsáno v kapole 7. Kalbace modelu, slouží hodnoy vsupní a výsupní eploy z akumulačního zásobníku do oopné sousavy jako vsupní hodnoy po kalbac modelu. Půběh výkonu oopné sousavy je vdě na Ob. 66. Teploa vsupní vody do oopné sousavy os1 je označena čevenou bavou, eploa výsupní vody os je označena modou bavou. Po vsupní eplou 45 C je ochlazení kapalny o pouhé 4 K a výkon předaný do oopné sousavy edy klesá na hodnou kw. Př eploě 5 C je ochlazení cca 10 K a přenesený výkon je 6 kw. Ob. 66: Výkon oopné sousavy po vyápění laboaoří Po smulac zvolených vaan byl sesaven model oopné sousavy zahnující více vlvů ovlvňujících výsupní eplou v závslos na vsupní eploě. Paamey oopné sousavy jsou následující: - nomnální výkon Q n = 800 W (maxmální epelná záa 8183 W) - nomnální eploní paamey os,1 / os, = 5/46 C - eploní exponen n = 1,33 - vnější přesupní plocha S OT = 6,97 m Ověření eoeckých výpočů bylo povedeno po ř ůzné výkony oopné sousavy. Na následujícím obázku je pvní půběh, kdy se výkon oopné sousavy pohybuje do kw, epelná záa kolísá po den a noc (zde 5 dní). Pokud je velm malá epelná záa a vysoká vsupní eploa, nemělo by dojí k úplnému oevření emosackých hlavc a vyplnění celého ělesa vodou o eploě 50 C, př chladnuí by docházelo k neúměnému přeápění. Poo se hlavce ovíá jen čásečně a opě přvíá, akže se ohřívá jen čás oopného ělesa a sřední eploa ělesa je nžší, edy výkon oopného ělesa kyje malé epelné záy. Teploa vané vody je poé sále nízká, jak je vdě v Ob. 67 v ozmezí 85 až 115 h. Čevená křvka epezenuje eplou vsupní do oopné sousavy, po možnos sledování vlvu vsupní eploy na výsupní eplou je zvolena po jednolvé dny od 30 C do 50 C. Výsupní eploa je popsána modou bavou a epelná záa je bavou ůžovou. 84

86 Ob. 67: Půběh eplo oopné sousavy po nízké epelné záy Po duhý případ (Ob. 68) je zvolen výkon kolísající po jednolvé dny od 0 do 4500 W, kdy poslední dva dny se mění jen nepaně. Pvní ř dny, př vsupní eploě 30, 35 a 45 C nesačí oopná ělesa poký epelnou záu, půok je maxmální a eploní ozdíl je konsanní po sejnou vsupní eplou. Teploní ozdíl se po ůzné vsupní eploy zvěšuje. Poslední dva dny, kdy je eploa 45 C a 50 C jž dosačující, zapíná a vypíná oběhové čepadlo a výsupní eploa a půok oopnou sousavou kolísá. Ob. 68: Půběh eplo oopné sousavy po sřední epelné záy 85

87 Poslední půběh zobazuje období, ve keém se vyskyuje maxmální epelná záa 8 kw a neklesá pod kw. Př nízkých vsupních eploách je samozřejmě maxmální půok (modá spodní křvka) a an př eploě 50 C není oopná sousava schopna poký epelné záy. Poože musí ký pořebu z předešlých dní, kdy byla výsupní eploa z akumulační nádoby 30, 35, 40 a 45 C. Po sovnání je přložen půběh po konsanní eplou 50 C na Ob. 70. Zde už v někeých obdobích dne, kdy ose venkovní eploa, klesá epelná záa a bez poblému posačuje výkon oopné sousavy. Takže se snžuje půok a někdy je dokonce nulový (ůžová spodní křvka, pavá osa). Ob. 69: Půběh eplo oopné sousavy po nejvyšší epelné záy Ob. 70: Půběh eplo oopné sousavy po nejvyšší epelné záy, vsupní eploa 50 C 86

88 Kalbace celé sousavy s epelným čepadlem Tepelné čepadlo v smulacích spíná pouze v učém časovém koku po 3 mn, zaímco eálné zařízení kdykol. Př modelování je uvažováno aké s velkým počem ůzných zjednodušení. Všechny yo vlvy zapříčňují, že v půběhu času se začne posouva spínání modelu opo ealě a v delším období jž není možné sovnáva půběhy modelu a měření. Několk pvních koků smulace po ověření povázanos komponen a jejch egulace je pano na Ob. 71. V úseku kolem hodnoy 40 mn sepnulo epelné čepadlo na kaší dobu, napo omu v úseku od 300 mn pacuje delší dobu. Ve výsledku edy epelné čepadlo a osaní komponeny pokyjí epelnou záu, pouze se posouvají úseky v čase opo eálnému měření. Ob. 71: Naměřené hodnoy výkonu a hodnoy ze smulace Vyhodno chybu všech velčn a paameů vyskyujících se v modelu je nemožné a nad ámec éo páce. Přeso je řeba pokus se uč alespoň chybu sanovení příkonu a edy spořeby dané sousavy. Omezíme se poo na chybu vsupní eploy na pmání a sekundání saně epelného čepadla, keá ovlvňuje nejvíce epelný výkon a příkon. Z výkonových křvek plyne ozdíl v epelném výkonu necelých,5 % př ozdílu vsupních eplo do výpaníku o 1 K a ozdíl v příkonu je necelých 0,3 %. Model a měření na zemním výměníku se lší půměně pávě o 1 K, edy chyba ve výkonu je přblžně,5 %. Na sekundání saně epelného čepadla ovlvňuje ozdíl vsupních eplo epelný výkon mnohem méně, přblžně o 0, %, naopak příkon o %. Teploa vané vody z akumulační nádže je egulována s eploní hyseezí ± 1,5 C, př zapnuí musí bý edy ao eploa ovna požadované a v půběhu nabíjení se může měn maxmální o 3 C. Z pncpu nabíjení a vybíjení akumulační nádže lze předpokláda, že půměný ozdíl nebude věší než 1,5 C, ozdíl v epelném výkonu bude edy maxmálně o 0,3 % a příkonu 3 %. 87

89 9.. Výsledky smulace V éo kapole jsou uvedeny výsledky po 4 výše popsané vaany. Pvní čás je věnována výsledkům společným po všechny vaany, edy meeoologckým podmínkám, půběhu epelné záy budovy a celkové pořebě epla za oopné období. V duhé čás jsou půběžné výsledky jednolvých vaan a v poslední čás je uvedeno sovnání ěcho vaan Meeoologcká daa Půběh venkovní eploy, celkové nenzy slunečního záření a epelné záy objeku z výsledků smulací za oopné období je vdě v gafu na Ob. 7. Venkovní eploa dosahuje v půběhu oopného období nejnžší eploy -15, C. Př éo eploě má daný objek epelnou záu 8183 W a celkové záření je ovno nule. Výsledky ze smulace půběhu eplo a celkového zářen jsou přloženy na CD [P15]. Ob. 7: Půběh venkovní eploy, celkové nenzy slunečního záření a pořeby epla z výsledků smulací 9... Výsledky modelu budovy V následujícím obázku (Ob. 73) je vdě půběh epelných zá v oopném období. V gafu je vyznačen aké výkon epelných čepadel, a sce 100 % a 65 % epelných zá. Z gafu je paná známá skuečnos, že epelné čepadlo o 65 % výkonu, kyje mnohem věší podíl oční pořeby než jen 65 %. Výkon je vyznačen jednoduše přímkou. Ve skuečnos se bude jedna o křvku, neboť výkon př vyšší venkovní eploě ose, akže pokyí pořeby bude ješě věší. Výsledky ze smulace epelných zá jsou zobazeny v příloze na CD [P16]. 88

90 Ob. 73: Půběh epelných zá budovy v oopném období Po ověření funkčnos modelu s ůzným okajovým podmínkam byly vybány 3 ýdenní půběhy epelných zá (Ob. 74). Jedná se o epelnou záu v přechodovém období pohybující se do 000 W. Duhý ýdenní půběh po epelné záy okolo 5000 W a poslední úsek jsou nejvyšší epelné záy, dosahující hodnoy 8183 W. Tyo půběhy byly využy hlavně po ověření modelu oopné sousavy Type6_OS (příloha na CD [P17]). Ob. 74: Půběh epelných zá po 3 vybané úseky (velké, sřední a malé) 89

91 9..3. Výsledky smulací jednolvých vaan V sesaveném modelu oopné sousavy bylo nadefnováno 5 onlne ploů umožňujících zobazení půběhu sledovaných velčn smulace přímo na obazovku se zápsem ěcho da do soubou. Po názonos jsou uvedeny 3 půběhy v následujícím exu. V pvním plou byly sledovány velčny popsující zemní v. Půběh po jedno období (přblžně ýden) je zobazen na Ob. 75. Výsledky smulací jednolvých vaan jsou přloženy na CD [P18]. Ob. 75: Půběh velčn zemní v (eploa vsup - čeveně, eploa výsup - modře) Duhý onlne plo zobazuje opě po eno ýden půběh egulace. Ob. 76: Půběh velčn egulace (sgnál egulace čevená, venkovní eploa hnědá, žádaná eploa zelená, výsupní eploa mavě modá, vsupní eploa svěle modá) 90

92 Poslední onlne plo zobazuje velčny popsující oopnou sousavu, edy epelné záy, eploy a půoky opě po o samé období. Ob. 77: Půběh velčn oopná sousava (vsupní eploa čeveně, výsupní eploa modře, epelná záa hnědě) Z výsledků smulací, komě zjšěné spořeby elekcké enege po jednolvé vaany, plyne aké pořeba hlubšího vu, pokud jde o epelné čepadlo s výkonem 65 % (vzaženo k maxmální epelné záě). Too čepadlo pacuje časěj než epelné čepadlo navžené na 100 % epelných zá, akže dochází k věšímu odběu epla z vu. Výsupní eploa pmání sany epelného čepadla se edy po v o hloubce 68 m (což je 65 % hloubky vu 105 m) pohybuje př nejnžších venkovních eploách kolem -8 C. Poo byla hloubka vu zvěšena na 80 m a výsupní eploy z epelného čepadla dosahují jž jako v případě monovaleního zdoje mnmální hodnoy -5 C. Z výsledků smulací dále plyne velké množsví poznaků. Nejčasěj se sřídají dva savy, ve keých se nachází oopná sousava a sce STAV 5 (čásečný náběh) a STAV 3 (chladnuí). Osaní savy STAV 1 (plně oevřeno), STAV (čásečně oevřeno) a STAV 4 (plný náběh) se vyskyují méně než v 10 % případů. Plný náběh a plné oevření je jen v obdobích, kdy je řeba plný výkon oopné sousavy. STAV (čásečně oevřeno) by se měl eoecky vyskyova časěj, ovšem z pncpu sesavení modelu a poměně velkého časového koku (3 mn), navazuje sřední eploa oopného ělesa př čásečném oevření po čásečném náběhu jen občas. Věšnu času se edy sousava nachází v čásečném náběhu. 91

93 Výsledky smulací jsou shnuy v abulce Tab. 16. Spořeba elekcké enege je nejnžší u řeí vaany (monovalenní sysém s akumulační nádobou oddělující hydaulcky oopnou sousavu s egulací eploy v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě). U čvé vaany (monoenegecký sysém s doplňkovým elekckým ohřevem umísěným před akumulační nádobou s egulací eploy v akumulační nádobě v závslos na venkovní eploě) je spořeba elekcké enege věší pouze o 1,6 %. Podsaně věší spořeba elekcké enege je u pvní vaany (monovalenní sysém s akumulační nádobou oddělující hydaulcky oopnou sousavu s egulací na konsanní eplou v éo akumulační nádobě), ozdíl ční 10,9 %. Nejvěší spořeba elekcké enege je u duhé vaany (monoenegecký sysém s doplňkovým elekckým ohřevem umísěným před akumulační nádobou s egulací na konsanní eplou v éo akumulační nádobě). Jako nejvhodnější vaana se jednoznačně jeví čvá vaana, ačkol má vyšší spořebu než řeí vaana. Rozdíl je pouhých 1,6 % a pořzovací náklady na samoné epelné čepadlo, menší oběhová čepadla, kaší v a jeho vybavení a nemznoucí směs učě převýší možnou oční úspou. Tab. 16: Spořeba a sezonní opný fako po popsané vaany P [kwh] HSPF [-] Rozdíl [%] VARIANTA VARIANTA VARIANTA VARIANTA Výsledky spořeby elekcké enege všech vaan jsou lépe pany v gafu na Ob. 78. Ob. 78: Spořeba elekcké enege po čyř vaany 9