TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA

Transkript

1 INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ CZ.1.07/1.1.00/ TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA MILAN KLIMEŠ TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

2 : ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA TEPELNÁ ČERPADLA

3 NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Žadatel: ZČU v Plzni Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.00/ Datum zahájení projektu: Datum ukončení projektu: Projekt je zaměřený na komplexní inovaci odborného vzdělávání na středních školách s ohledem na nové trendy ve využívání zdrojů energií v 21. století, včetně jejich dopadu na životní prostředí. Energetika jakožto odvětví, které je považováno za největšího znečišťovatele životního prostředí, prochází dramatickým rozvojem ovlivněným především její ekologizací a postupným vyčerpáváním klasických zdrojů. Zkoumají se možnosti využití nových zdrojů energií, vyvíjejí se nové způsoby zpracování surovin a odpadů, nové technologické postupy a složitá sofistikovaná zařízení. Cílem projektu je tyto nové poznatky srozumitelně zpracovat a následně využít k rozvoji znalostí, schopností a dovedností žáků v environmentálních oblastech s důrazem na udržitelný rozvoj v České republice. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České Republiky. SPŠ TACHOV

4 Princip funkce Tepelná čerpadla Chladivo, které cirkuluje v uzavřeném okruhu, se odpařuje již při nízkých teplotách. Teplo, které mu dodáme z vnějšího zdroje tepla je ve výparníku předáno a chladivo v kapalném stavu změní své skupenství na plynné. Zdroj tepla Zdrojem může být např. voda nebo vzduch. Použité médium se výše popsaným postupem ochladí o několik stupňů celsia. V případě použití vrtů či plošného kolektoru a uzavřeného okruhu s pracovním médiem ve formě nemrznoucí směsi se toto ochlazené médium vrací zpět do smyčky, kde ochlazuje okolní prostor (např. zem). SPŠ TACHOV

5 Ohřáté" plynné chladivo se v kompresoru stlačí, tím se jeho tlak a teplota několikanásobně zvětší. Takto ohřáté chladivo své teplo získané z primárního zdroje a kompresorem převedené na vyšší potenciál předá topné vodě v kondenzátoru. Předáním tepla dojde ke zkapalnění plynného chladiva a expanzní ventil sníží jeho tlak na původní hodnotu. Tento proces se neustále opakuje. Pro jeho funkčnost je však zapotřebí elektrické energie, která je využita na pohon kompresoru. Samozřejmě, že je také třeba zajistit oběh v primárním a sekundárním okruhu, což zajišťují oběhová čerpadla. SPŠ TACHOV

6 SPŠ TACHOV

7 Důležitým ukazatelem pro posouzení jednotlivých typů tepelných čerpadel a pro výběr správného stroje je topný faktor. Je to vlastně účinnost stroje, což lze stanovit jako poměr topného výkonu k příkonu celého soustrojí. Jeho výše je však závislá na parametrech, při kterých teplo získáváme a také odevzdáváme. Můžeme říci, že při teplotě primárního média 10 C a teplotě výstupní 35 C může být topný faktor nad hodnotou 5, naopak při velmi nízkých teplotách primárního okruhu (vzduchové čerpadlo při běhu hluboko pod bodem mrazu) a vysokých teplotách topného systému se může topný faktor pohybovat mezi 1-2. Zjednodušeně řečeno, tepelné čerpadlo s topným faktorem 5 topí za 1/5 ceny oproti přímotopnému vytápění. více in: SPŠ TACHOV

8 Shrnutí: Tepelná čerpadla se řadí mezi alternativní zdroje energie. Odnímají teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádějí ho na vyšší teplotní hladinu a následně umožňují teplo účelně využít pro vytápění nebo ohřev teplé vody. Tepelná čerpadla se řadí mezi alternativní zdroje energie. Odnímají teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádějí ho na vyšší teplotní hladinu a následně umožňují teplo účelně využít pro vytápění nebo ohřev teplé vody. SPŠ TACHOV

9 TEPELNÉ ČERPDLO Popis: Skládá se většinou ze dvou částí - venkovní a vnitřní. Vnitřní jednotku na první pohled nerozeznáte od běžného plynového kotle nebo ohřívače vody. Nemá žádné zvláštní nároky na umístění ani velikost prostoru a zajišťuje předávání tepla do topného systému. Venkovní část zajišťuje odebírání tepla ze zvoleného "zdroje" (země, vzduchu, vody). Velikost a podoba venkovní části závisí na tom, z jakého zdroje se teplo získává. U tepelných čerpadel využívajících teplo ze země nebo z vody, není venkovní část součástí dodávky od výrobce. U čerpadel, která využívají venkovního vzduchu, je venkovní jednotka a propojovací potrubí vždy součástí dodávky od výrobce. Někteří výrobci konstruují tepelná čerpadla využívající venkovního vzduchu v kompaktním provedení. V tomto případě má tepelné čerpadlo pouze jednu část, která se dodává ve vnitřním nebo venkovním provedení. SPŠ TACHOV

10 Princip funkce: již popsán v 19. století anglickým fyzikem - lordem Kelvinem. Přestože se ve své podstatě jedná o chladící zařízení (lednička), využíváme jej jako zdroj tepla. V zemi, ve vodě i ve vzduchu je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotní hladina neumožňuje přímé využití pro vytápění nebo ohřev vody. Pokud chceme využít teplo látek o nízké teplotě (tzv. nízko potenciální teplo), musíme ho převést na teplotu vyšší. Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo dělá totéž s teplem. SPŠ TACHOV

11 Princip funkce: Dochází k tomu, že látku (zemi, vodu nebo vzduch) ochladíme o několik málo stupňů, tím odebereme teplo, a tuto energii využijeme při ohřevu jiné látky (voda v bazénu, teplá užitková voda, voda v topné soustavě) Ochladíme tedy např. půdu na naší zahradě z 10 C na 5 C a tepelné čerpadlo zajistí ohřátí topné vody z 40 C na 45 C. Slunce společně s energií akumulovanou v okolní půdě potom zajistí dohřátí půdy na naší zahradě zpět na 10 C. SPŠ TACHOV

12 Princip funkce: Tepelné čerpadlo pracuje na principu uzavřeného chladicího okruhu obdobně jako chladnička. Teplo se na jedné straně odebírá a na druhé předává. Chladnička odebírá teplo z vnitřního prostoru potravin a předává je kondenzátorem na své zadní straně do místnosti. Požadovaným efektem je snížení teploty ve vnitřním prostoru chladničky a ohřívání vzduchu v místnosti je nezbytným důsledkem. Tepelné čerpadlo místo potravin ochlazuje například venkovní vzduch, zemskou kůru nebo podzemní vodu. Teplo odebrané těmto zdrojům předává do topných systémů. Požadovaným efektem je právě zvýšení teploty. SPŠ TACHOV

13 Technický princip tepelného čerpadla: Tepelné čerpadlo obsahuje čtyři základní části chladícího okruhu: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku předává pracovní látce (kapalnému chladivu) při relativně nízké teplotě. Zahřátím chladiva dojde k jeho odpaření a páry jsou následně stlačeny v kompresoru na vysoký tlak. Stlačené chladivo je přiváděno do kondenzátoru, kde při kondenzaci předává teplo do topné vody za vyšší teploty než bylo teplo ve výparníku odebráno. V expanzním ventilu se cyklus uzavírá a dochází ke snížení tlaku chladiva na původní hodnotu ve výparníku. Autor: Ing. Miroslav Hořejší, SPŠ TACHOV

14 Volba typu tepelného čerpadla: Výběr tepelného čerpadla zpravidla vychází z dispozice pozemku a jeho možností. Při rozhodování musíme zohlednit i náklady na instalaci zemní vrty, případně položení plošných kolektorů. U tepelných čerpadel vzduch / voda tyto náklady odpadají. SPŠ TACHOV

15 Volba typu tepelného čerpadla: ZEMĚ-VODA Tepelné čerpadlo využívá energii země pomocí zemního kolektoru nebo zemní sondy. Zdroj tepla: země. Teplota země: -5 až +17 C blízko povrchu země (+8 až +12 C v cca 1,5 m hloubky) K dispozici: celoročně Připojení: zemní tepelný výměník (trubky nebo sondy) SPŠ TACHOV

16 Volba typu tepelného čerpadla: VODA/VODA Tepelné čerpadlo získává energii ze spodní vody, když je k dispozici v dostatečném množství a kvalitě. Zdroj tepla: spodní voda. Teplota vody: +7 až +12 C K dispozici: celoročně Předpoklady: povolení příslušného vodohospodářského orgánu, analýza vody, 2 studny, studnové čerpadlo, zemní práce Instalace: v nezámrzném prostředí SPŠ TACHOV

17 Volba typu tepelného čerpadla: VZDUCH/VODA Tepelné čerpadlo využívá jako zdroj energie venkovní vzduch. Při teplotě -20 C získáváte ještě tepelnou energii pro vytápění. Zdroj tepla: vzduch. K dispozici: bez omezení do -20 C Předpoklady při venkovní instalaci: - na místních podmínkách Předpoklady při vnitřní instalaci: - vzduchové kanály nebo vzduchové hadice, stavební práce SPŠ TACHOV

18 Tepelná čerpadla výše úspor: Hlavním důvodem, proč uvažujeme o pořízení tepelného čerpadla, jsou očekávané úspory. Největší úsporu elektřiny můžeme očekávat u tepelných čerpadel, která budou pracovat s co nejnižší teplotou topného média (vody v otopné soustavě). Ve stávajících objektech jsou stále nejčastěji používaným způsobem vytápění soustavy s otopnými tělesy (radiátory). U tohoto způsobu vytápění je doporučován poměr mezi teplotou vstupní a výstupní vody (teplotní spád) maximálně 55 / 45 C. SPŠ TACHOV

19 Tepelná čerpadla výše úspor: Nejlepší výsledky tepelné čerpadlo vykazuje ve spojení s nízkoteplotními typy vytápění. Typickým představitelem této skupiny je podlahové nebo stěnové vytápění, pro které je zcela dostatečná teplota vody v otopném systému 35 C, což je pro tepelné čerpadlo optimální. Převedeno na úspory tepelné čerpadlo v kombinaci s nízkoteplotní otopnou soustavou spotřebuje o 10 až 20 % méně elektřiny. SPŠ TACHOV

20 Tepelná čerpadla výše úspor: Správně dimenzované a instalované tepelné čerpadlo dokáže dům zásobit teplem a pokrýt i spotřebu teplé vody. Roční provozní náklady na vytápění se po jeho instalaci sníží o 30 až 60 % ve srovnání s využitím zemního plynu nebo přímotopného či akumulačního vytápění. SPŠ TACHOV

21 Tepelná čerpadla porovnání nákladů: Pro porovnání provozních nákladů (viz graf) je zvolena čtyřčlenná domácnost, která obývá rodinný dům postavený po roce 2008, velikost užitkové plochy je 150 m 2. Tato domácnost na vytápění ročně spotřebuje přibližně 80 GJ Zdroj: SPŠ TACHOV

22 Tepelná čerpadla aplikace v praxi: Topné systémy teplovodní Např. kompletní teplovodní systémy pro vytápění objektů tepelným čerpadlem. Řeší se jak novostavby, tak i starší objekty bez teplovodního systému, případně i rekonstrukce stávajících topných systémů. Prioritou dodávek jsou topné systémy podlahové, které jsou ideální kombinací s tepelným čerpadlem, a to díky nízkým provozním teplotám. Topné systémy podlahové je možné kombinovat s radiátorovým topným systémem. SPŠ TACHOV

23 Tepelná čerpadla aplikace v praxi Getasystem (topný systém podlahový): SPŠ TACHOV

24 Tepelná čerpadla aplikace v praxi Giacomini (topný systém podlahový): SPŠ TACHOV

25 Tepelná čerpadla aplikace v praxi: Radiátorové a kombinované topné systémy): Je li nutné topný systém z nějakého důvodu realizovat, nebo kombinovat s radiátory, je možné toto provést několika způsoby: Jen jako radiátorový systém Radiátory s podlahovým topením pracující na stejné teplotě Radiátory s podlahovým topením pracující s různými teplotami SPŠ TACHOV

26 Tepelná čerpadla aplikace v praxi Nabídka : Tepelné čerpadlo - vzduch / voda Hlavním problémem vzduchových čerpadel je pokles je- jich výkonu v zimním období. Při snížení venkovní teploty ze 7 C na -15 C, poklesne výkon u většiny tepelných čerpadel o 40 až 50 %. Tepelné čerpadlo Výkon při d 2 C / 35 C Topný faktor při 2 C / 35 C Výkon při -15 C / 35 C Chladicí výkon při 35 C / 18 C ZUBADAN 11 11,2 kw 3,24 10 kw 10 kw 55 C ZUBADAN kw 3,2 11 kw 12,5 kw 55 C ZUBADAN kw - 23 kw 20 kw 55 C Parametry měřeny podle normy EN Max. výstupní teplota SPŠ TACHOV

27 Tepelná čerpadla aplikace v praxi Nabídka : Tepelné čerpadlo - země/ voda Tepelné čerpadlo Tepelné čerpadlo je vybaveno kompresory a oběhovými čerpadly s řízenými otáčkami. Díky těmto technologiím dosahuje tepelné čerpadlo vysokého průměrného ročního topného faktoru a dokáže ohřívat topnou vodu až na 65 C bez použití elektrokotle. Dodává ve dvou variantách: s vestavěným zásobníkem teplé vody, nebo s možností připojení externího zásobníku. Výkon při 0 C / 35 C Topný faktor při 0 C / 35 C Výkon při 0 C / 45 C Topný faktor při 0 C / 45 C IVT E6/C6 5,5 kw 4,2 5,1 kw 3,2 65 C E7/C7 7,2 kw 4,2 6,6 kw 3,3 65 C E9/C9 8,8 kw 4,2 8,2 kw 3,3 65 C E11/C11 10,3 kw 4,5 9,9 kw 3,5 65 C IVT 14,8 kw 4,4 14,1 kw 3,4 65 C IVT 16,7 kw 4,1 15,5 kw 3,1 65 C Max. výstupní teplota SPŠ TACHOV

28 DĚKUJI ZA POZORNOST SPŠ TACHOV