ohřevu teplé vody pro rodinný důmd

Transkript

1 VŠB TU Ostrava Fakulta strojní Katedra Energetiky Kombinovaný systém m vytápění a ohřevu teplé vody pro rodinný důmd Obhajoba diplomové práce Bc. Jana Marie Navrátilov tilová

2 Popis objektu - Potštát 505 m. n m. - vnitřní část města - řadová zástavba Rodinný dům 4+kk, bez podsklepení s technickou místností

3 Výpočet tepelných ztrát t objektu - Dle ČSN obálkov lková metoda - Vnější výpočtov tová teplota -15 C C bez korekce za nadmořskou výšku - Vnitřní výpočtov tová teplota 18,08 C průměr r dle teplot a objemu jednotlivých místnostm stností - Krajina normáln lní,, bez intenzivních větrv trů,, poloha chráněná,, objekt hodnocen jako osamělý - Vytápěný objem 281m 3, plocha obálkových konstrukcí 393 m 2.

4 Výpočet tepelných ztrát t objektu Interiér Exteriér Vnitřní výpočtová teplota místnosti (podle ČSN :1994) Výpočtová teplota vnitřního vzduchu (dle ČSN se pro obytné budovy volí t ap = t i + 1) Vrstva P rostup tepla vícevrstvou konstrukcí a průběh teplot v konstrukci Obvodová stěna 600 mm - izolovaná, chlazená Odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce Materiál d [m ] λ [W /m K] ti = 18,08 C tap = 19,08 C R si = 0,25 m 2 K/W t si,0 = 15,793 C 1 Om ítka vápennocem entová 0,025 0,990 R 1 = 0,025 m 2 K/W t si,1 = 15,46 C 2 Cihelná hmot a 0,500 0,640 R 2 = 0,781 m 2 K/W t si,2 = 5,19 C 3 Pěnový polystyren extrudovaný - EXP 0,050 0,034 R 3 = 1,471 m 2 K/W t si,3 = -14,14 C 4 Om ítka vápennocem entová 0,025 0,990 R 4 = 0,025 m 2 K/W t si,4 = -14,47 C 0 1 R 5 = 0,000 m 2 K/W t si,5 = -14,47 C 0 1 R 6 = 0,000 m 2 K/W t si,6 = -14,47 C Σd = 0,6 m Rn = 2,30 m 2 K/W Odpor při přestupu tepla na vnější straně konstrukce Rse = 0,04 m 2 K/W te = -15 C Tepelný odpor konstrukce Součinitel prostupu tepla Prostup tepla konstrukcí Q = U. (ti - te) RT = 2,59 m 2 K/W U = 0,39 W/m 2 /K Q = 12,76 W/m 2 Popis konstrukce Tepelný odpor konstrukce [m 2.K/W] Součinitel prostupu tepla [W/m 2 /K] Prostup tepla konstrukcí [W/m 2 ] Okno s dvojsklem 0,63 1,60 62,40 Domovní dveře bez skleněné výplně 0,38 2,60 101,40

5 Výpočet tepelných ztrát t objektu Označení konstrukce Typ t e,j [ C] 1 S SO SO OKN SD DVR S SO S SO SO OKN S SO S SO SO OKN SD DVR S SO SO OKN SD DVR S SO S SN 15 9 P PDL 5 10 P PDL 5 11 K SCH KO OKN K SCH K SCH -15 Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN U [W/m 2 /K] S [m 2 ] 0,39 23,5 1,60 1,4 2,60 2,0 0,39 20,6 20,6 277,59 0,45 15,1 1,1 1,60 1,1 SUMA 391,5 5316,01 0, , , ,2 4,2 6,0 6,0 2,60 2,0 2,0 182,00 0, ,0 1,37 57,4 0,65 55,3 55,3 0,64 38,9 38,9 0,35 77,3 2,9 74,4 913,49 1,60 2,9 0,0 57,4 0,35 9,3 0,0 9,3 1,1 60,48 0,45 10,2 0,0 10,2 162,62 0,45 19,0 3,1 15,9 252,76 1,60 1,1 1,60 1,1 0,39 4,4 14,1 2,60 2,0 2,0 Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN Plocha Infiltrace Lokalita a vlastnosti budovy S d S-S d Q 0 i L L i L. L Lokalita: Potštát K rajina: N ormální N admořská výška: 550 m. n m. Poloha budovy: C hráněná [m 2 ] [m 2 ] [W] [m 3 /m/s/pa 0.67 ] [m] [m 3 /s/pa 0.67 ] Druh budovy: O samělá 3,4 20,0 270,30 C harakteristické číslo budovy B = 4 Pa 0.67 O rientace objektu SZ 1,4 80,64 0, ,0 0,00060 Zvětšení char. čísla budoby B = 0 Pa 0.67 Venkovní výpočtová teplota: t e = -15 C 2,0 182,00 0, ,0 0,00096 C harakteristické číslo místnosti M 1 Vnitřní výpočtová teplota t i = 18,08 C 1,1 223,35 182,00 0,45 21,0 3,1 17,9 284,87 1,1 60,48 0,0 4,4 59,54 60,48 0, ,75 536,70 373,88 2,9 161,28 0, ,35 39,4 0,0 39,4 484,13 114,68 6,8 0, , , , , ,00082 Počet netěsných dveří - Teplota větracího vzduchut vv = -15 C Počet těsných dveří - Tepelný zisk Q z = 0 W C elkový objem V m = 408 m 3 Vytápěný objem V v = 281 m 3 Vypočtená plocha obálkových konstrukcí S = 392 m 2 Součet ztrát prostupem tepla přes stěny ΣQ 0 = 5316 W Průměrný součinitel prostupu tepla U c = 0,41 W /m 2 /K Přirážka za vliv chladných konstrukcí p 1 = 0,06 Přirážka na urychlení zátopu p 2 = 0 Přirážka za světovou stranu p 3 = 0,05 Tepelná ztráta prostupem Q p = 5909 W Tepelná ztráta infiltrací Q inf = 784 W Vypočtená intenzita výměny vzduchu n vyp = 0,16 Hygienická intenzita výměny vzduchu n hyg = 0,5 Tepelná ztráta větráním - dle hygienického požadavku Tepelná ztráta větráním Rozměry Tepelná ztráta prostupem Tepelná ztráta větráním Celková tepelná ztráta objektu Q v, hyg. = 2437 W Q v = 2437 W Tepelná ztráta objektu 8400 Q c = 8346 W Měrná tepelná ztráta objektu q c = 29,72 W/m 3 Celková tepelná ztráta ta objektu 8,5 kw.

6 Výpočet potřeby tepla Potřeba tepla pro vytápění dennostupňov ová metoda D = d (t Q TOP = η is 0 t ε η r es ) [ K. dny] 24 QC D 3, 6 10 (t t ) is e 3 MWh dny Potřeba tepla pro TUV dle požadovan adované potřeby TUV Q TUV = (1 + ρ c V2 p ( ttuv t z) 3600 w ) [ kwh] Měsíc Qvyt kwh/m QTUV kwh/m Q T;V kwh/m Celková potřeba tepla 24,5 MWh = 88,2 GJ pro vytápění 19,2 MWh; ; pro přípravu p pravu TUV 5,3 MWh

7 Návrh solárn rních kolektorů Dimenzování na pokrytí potřeby tepla pro TUV (duben, září) z Úhel naklonění od vodorovné plochy 60 C optimáln lní pro zvýšen ení zisků v zimním m období. Hodnoty dopadající energie na nakloněnou nou plochu kolektoru za den dle meteorologických měřm ěření Plochý deskový kolektor KPS11-ALP [ m ] 2 ( t t ) Potřebn ebná plocha kolektoru duben 4,8m 2, záříz 4,4m 2. A k k Q = η H 2ks kolektorů KPS11-ALP s celkovou plochou apertury y 4,52m 2. k TUV η = η k 0 1 den te t H den m k 1 e H m den 2

8 Návrh tepelného čerpadla Dimenzování na pokrytí zbývající potřeby tepla Zvolené tepelnéčerpadlo: erpadlo: IVT GREENLINE E6 Parametry TČ: T - Výkon 0/35 C C 5,9 kw ε=4,5 - Výkon 0/50 C C 5,4 kw ε=3,2 - Vestavný elektrický kotel kaskádn dně spínaný kw - Maximáln lní výstupní teplota 65 C - Bez vnitřního zásobnz sobníku - Sekundárn rní okruh pro TUV a vytápění - Ekvitermní regulace REGO - Kompresor scroll Mitsubishi - Oběhov hováčerpadla WILO Měsíc Q vyt Q TUV Q celk. Q SK Q TČ kwh/měsíc kwh/měsíc kwh/měsíc kwh/měsíc kwh/měsíc Leden Únor Březen Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Listopad Prosinec Rok

9 Bivalentní bod Bod bivalence [kwh] Tepelná ztráta objektu Výkon tepelného čerpadla Teplota okolí

10 Bivalentní bod Počátek topné sezóny 250 Počet dnů Počátek bivalence - oprava 50 Počátek bivalence Teplota venkovního vzduchu

11 Topný faktor ε t = k T T T e [ ] Průměrný rný topný faktor tepelného čerpadla: - dle diplomové práce ε=4,73 - opravený ε=2,68

12 Únor Listopad Prosinec Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Březen Využit ití systému K = Q Q vyt ; TUV max vyr. 100 = 56,9 % Qvyt,TUV Qmax,vyr. Leden

13 Schéma zapojení 1 Tepelné čerpadlo 2 Oběhové čerpadlo primárního okruhu TČ 3 Expanzní nádoba prim. Okruhu TČ 4 Zemní vrty/rozvaděč/sběrač 5 Zásobník TUV 6 Expanzní nádrž sekundárního okruhu TČ TUV 7 Oběhové čerpadlo sek. okruhu TČ-TUV 8 Stávající kotel 9 Zásobník topné vody 10 Expanzní nádrž sekundárního okruhu TČ TO 11 Oběhové čerpadlo sek. okruhu TČ-TUV 12 Oběhové čerpadlo solárního okruhu 13 Expanzní nádrž solárního okruhu 14 Solární kolektory

14 Schéma zapojení 5 zásobník TUV 9 zásobník topné vody 15 expanzní nádoba TUV 16 cirkulační čerpadlo TUV 20 oběhovéčerpadlo TO 21 expanzní nádrž TO

15 Ekonomické vyhodnocení Investiční náklady: - Navrhovaný systém: ,- - Elektrický kotel s akumulací: ,- - Přímotopy s průto točným ohřevem TUV: ,- Provozní náklady: - Navrhovaný systém: ,- - Elektrický kotel s akumulací: ,- - Přímotopy s průto točným ohřevem TUV: ,- Doba návratnosti n navrhovaného systému vůčv ůči: - Elektrický kotel s akumulací: 11,6 let - Přímotopy s průto točným ohřevem TUV: 13 let Při i využit ití dotace z programu Zelená úsporám se doba návratnosti investice zkrátí o 2,5-3,5 roku.

16 Enviromentáln lní vyhodnocení Druh paliva Spotřeba Emise (t/rok) (Výhřevnost) paliva TZL SO2 NOX CO CO2 Hnědé uhlí 0,1008 0,1581 0,0255 0, , kg 18 MJ/kg 4750% 1064% 200% 11767% 201% Černé úhlí 0,0605 0,2300 0,1582 0, , kg 23,1 MJ/kg 2850% 1548% 1242% 1556% 156% Dřevo 0,0679 0,0064 0,0170 0,0064 0, kg 14,6 MJ/kg 3200% 43% 133% 200% 0% Zemní plyn 0,0011 0,0011 0,0053 0,0011 5, m3 37,82 MJ/m3 50% 7% 42% 33% 69% Elektrická akumulace 0,0089 0,0526 0,0403 0, , kwh D26d 421% 354% 316% 3161% 312% Elektrický přímotop 0,0085 0,0499 0,0382 0, , kwh D45d 400% 336% 300% 3000% 296% Tepelné čerpadlo 0,0021 0,0149 0,0127 0,0032 7, kwh D56d 100% 100% 100% 100% 100%

17 Závěr Výhody: - jednoduchá obsluha - nízké provozní náklady - dostatečná rezerva při p i zvyšov ování potřeby tepla objektu - výrazné snížen ení produkce emisních látek l jak v globáln lním m tak místnm stním m hledisku Nevýhody: - velmi vysoké investiční náklady - nutná renovace otopného systému - požadavky při p i provádění vrtu.

18 Děkuji za pozornost