Provoz zemního kolektoru v období zima/léto

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Provoz zemního kolektoru v období zima/léto"

Vlasta Veselá
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Provoz zemního kolektoru v období zima/léto VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV TECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ BUDOV Ing. Petr Horák, Ph.D Havlíčkův Brod

2 2 Zemní výměník - obecně - U moderních domů, které vykazují malé tepelné ztráty ustupuje klasické teplovodní vytápění do pozadí. - Místo klasického vytápění je často používáno teplovzdušné vytápění, které vytápí a větrá současně. - Při užití vzduchotechniky může být použito jako zdroje tepla například solární zařízení, tepelné čerpadlo, popř. jiný zdroj. - V případě použití teplovzdušného vytápění v domě, se naskýtá možnost využít progresivního prvku, kterým je zemní výměník.

- Při užití vzduchotechniky může být použito jako zdroje tepla například solární zařízení, tepelné čerpadlo, popř.

3 3 Zemní výměník - výhody - Jednoznačná úspora energie při použití nuceného větrání - Relativně nízké pořizovací náklady při zbudování u novostavby - Minimální nároky na obsluhu, prakticky bez údržby - Spolehlivost - Vysoká trvanlivost

náklady při zbudování u novostavby - Minimální nároky na

4 - Pokud projektant použije v domě vzduchotechniku, je nutné přivádět čerstvý vzduch do tohoto zařízení. - Jak známo, tento přiváděný vzduch není vhodný po většinu času v roce pro přímé použití a jsou nutné jeho úpravy. - Vzduch je třeba buďto chladit nebo ohřívat. K tomu je možné využít strojního zařízení. - Další možností je použití zemního výměníku pro tepelné úpravy vzduchu. 4

- Jak známo, tento přiváděný vzduch není vhodný po většinu času v roce pro přímé použití a jsou

5 Zemní výměník teplotní schéma 5

6 Zemní výměník solanka 6

7 7 Zemní výměník vzduchový - Potrubí se obvykle ukládá v hloubce 2-4 metrů ve formě hada nebo registru. Výhodnější je forma registru. - Registr umožňuje vetší průtoky vzduchu při zachování malých průměrů potrubí. Pro účinnost zemního výměníku jsou mimo charakteristiku zeminy klíčové hodnoty průměr potrubí a rychlost proudění vzduchu v potrubí.

- Registr umožňuje vetší průtoky vzduchu při zachování malých průměrů potrubí.

8 Zemní výměník vzduchový - Výměník ve tvaru registru má svazek potrubí malého průměru 10-20 cm.

8 8 Zemní výměník vzduchový - Výměník ve tvaru registru má svazek potrubí malého průměru cm. Výměník ve tvaru hada má průměr větší aby přenesl stejné množství vzduchu. - Rychlost proudění vzduchu bývá volena mezi 1 až 2 m/s. Větší rychlosti snižují účinnost a menší rychlost nevyužije plně potenciál zeminy.

Výměník ve tvaru hada má průměr větší aby přenesl stejné množství vzduchu.

9 Zemní výměník integrace v systému 1 - cirkulační a čerstvý vzduch do obytných místností 2 - venkovní vzduch přiváděný zemním registrem 3 odpadní - vzduch z WC, koupelny, kuchyně 4 - cirkulační vzduch z místností do VZT jednotky 5 - výfuk odpadního vzduchu po rekuperaci A - vytápěcí a větrací jednotka DUPLEX RD B - integrovaný zásobník tepla IZT 950 C - dřevokotel zplynovací D - zemní registr E - solární vakuové kolektory Systém teplovzdušného vytápění a větrání s rekuperací tepla a ZV 9

odpadního vzduchu po rekuperaci A - vytápěcí a větrací jednotka DUPLEX RD B - integrovaný zásobník tepla IZT 950 C -

10 Zemní výměník součásti 10

11 Zemní výměník součásti 11

12 Zemní výměník praktické realizace 12

13 Zemní výměník praktické realizace 13

14 Zemní výměník praktické realizace 14

15 00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 00:00:00 04:00:00 08:00:00 12:00:00 16:00:00 20:00:00 15 Zemní výměník chování výměníku Výsledky měření - Zima Brno 25,0 20,0 15,0 t ( C) venkovní teplota výstup z výměníku 10,0 5,0 0,0-5,0 čas(h)

16 12:48:38 13:08:38 13:28:38 13:48:38 14:09:05 14:29:05 14:49:05 15:09:05 15:59:17 16:08:27 16:28:09 16:48:09 17:08:09 17:28:09 17:48:09 18:08:09 18:28:09 18:48:09 16 Zemní výměník chování výměníku Výsledky měření - Léto Ivanovice (13:00 až 19: ) 25,0 24,0 23,0 t - vstup t - výstup rychlost teploty, rychlost, :00-19:00 2,5 2 22,0 1,5 21,0 1 20,0 19,0 0,5 18,0 t ( C) 0 v (m/s)

Výsledky měření - Léto Ivanovice (13:00 až 19:00-24.8.

17 nenasycená oblast nasycená obl. 17 Faktory působící na zemní výměník sluneční záření srážky teplota vzduchu vítr přenos tepla konvekcí pohlcené sluneční záření vstup vypařování vsakování mikroklima domu výstup fázové změny voda - pára zemní výměník kapilární oblast podzemní voda

vzduchu vítr přenos tepla konvekcí pohlcené sluneční záření vstup

18 nenasycená oblast nasycená obl. 18 Výpočtový model vstup Okrajové podmínky mikroklima domu výstup Tlakové ztráty Teplotní pole tepelný tok Q Proudění tepla Přestup tepla kapilární oblast podzemní voda

19 19 Polomasív - Polomasív je ideální těleso, prostorově neohraničené, jehož povrch tvoří rovina v konečnu, např. rovina y z. - Teplota v polomasívu se mění ve směru osy x. - Aby bylo možné úspěšně vyřešit rovnici pro zemní výměník, je třeba znát teplotu v zemině v místě uložení. - Výpočet teploty v zemině je možné řešit pomocí známých vztahů z literatury za využití teorie polomasívu.

- Aby bylo možné úspěšně vyřešit rovnici pro zemní výměník, je třeba znát teplotu v zemině v

20 Termokinetika polomasívu s periodicky proměnnou teplotou na povrchové rovině polomasívu Pole teplotních rozdílů vyjadřuje Fourierova diferenciální rovnice 2 a (K.s-1) Teplotní rozdíl je dán vztahem ( t x t ) t t s t 2 max smin 20

vyjadřuje Fourierova diferenciální rovnice 2 a (K.

21 Termokinetika polomasívu s periodicky proměnnou teplotou na povrchové rovině polomasívu Pole teplotních rozdílů vyjadřuje Fourierova diferenciální rovnice 2 a (K.s-1) Teplotní rozdíl je dán vztahem ( t x t ) t t s t 2 max smin 21

22 Termokinetika polomasívu s periodicky proměnnou teplotou na povrchové rovině polomasívu Maximální teplotní rozdíl na povrchové rovině polomasívu je smax t smax t t t smin Periodicky proměnný teplotní rozdíl na povrchové rovině polomasívu vyjadřuje rovnice s s max cos 2 p kde p (s) je doba periody teplotní změny Integrací rovnice obdržíme vztah pro pole teplotních rozdílů x a 2 x s max exp cos 2 F0 F0 p 22

23 23 Termokinetika polomasívu s periodicky proměnnou teplotou na povrchové rovině polomasívu Pole teplotních rozdílů x podle rovnic při periodické změně teploty t s na povrchové rovině polomasívu

24 červenec srpen září říjen listopad prosinec leden únor březen duben květen červen teplota ( C) Příklad výpočtu teploty zeminy m 0,5 m 1 m 1,5 m 2 m 2,5 m 3 m 3.5 m měsíce Na obrázku je možné vidět teploty zeminy v různé hloubce uložení. Teploty byly spočítány pro oblast Brna, pro jeden druh zeminy dle teorie termokinetiky polomasívu s periodicky proměnnou teplotou na povrchové rovině polomasívu. 24

25 25 Výpočtové modely ZV Skupina I (A) Tyto algoritmy počítají s přenosem tepla konvekcí z proudícího vzduchu do potrubí a následně s přenosem tepla kondukcí z potrubí do okolní zeminy. Nezbytné vstupní data jsou: - geometrická charakteristika systému - tepelná charakteristika zeminy - tepelná charakteristika potrubí - nepřerušená teplota zeminy během provozu systému.

26 26 Výpočtové modely ZV Skupina II (B až H) Tyto algoritmy uvažují pouze s přenosem tepla konvekcí z proudícího vzduchu do potrubí. Nezbytné vstupní data jsou: - geometrická charakteristika systému - tepelná charakteristika zeminy - teplota povrchu potrubí.

27 27 Výpočtové modely ZV A. Schillerův algoritmus T f, x1 T f, x Q mc x p, air T B. Santamourisuv algoritmus Fo 0,5 T f, i Twallexp Sa1 Bi Sa exp Bi Fo I1 Bi Sa Fo f, o 2 0 C. Rodriguezuv algoritmus 0,5 0,5 Fo dfo Twall T air, out T wall ( T air, in T wall ) e ( ha/ m air c p, air )

28 28 Výpočtové modely ZV D. Levituv algoritmus D x T c m UAdx c m UAdx c m T T g f f f x f x f, 1 E. Seroaeuv algoritmus 2 / 1 2 / 1,, U UT T U T wall i f o f F. Elmer Schilleruv algoritmus air p x x f x f c m Q T T,, 1, dx R T T U Q i wall x f w x 2,

29 29 Výpočtové modely ZV Střední kvadratická chyba mezi naměřenými a vypočtenými hodnotami pro experiment kontinuální proudění 6 % 5,37 5 4, ,39 3,38 3,32 3,3 3,43 3,32 0 Schiller Santamour Rodriguez Levit Seroa Elmer Sodha Chen Algoritmus

30 30 Literatura [1] M. De Paepe, A. Janssens: Thermo-hydraulic design of earth heat exchanger, Energy and Buildings 35 (2003) [2] Doc. Ing. Miroslav Sazima, CSc, Prof. Ing. Dr. Vladimír Kmoníček, DrSC., Ing. Jiří Schneller, DrSc.a kol.: Teplo, vydalo SNTL Praha (1989) [3] Doc. Ing. Jaroslav Řehánek, DrSc: Tepelná akumulace budov, vydalo ČKAIT Praha (2002) [4] Pavel Kopecký: Chlazení a předehřev vzduchu v zemním výměníku, Konference simulace budov a techniky prostředí 2004, Praha Listopadu [5] C.A. Hagentoft: Introduction to building physics, Studentliteratur, [6] Prof. Ing. Jaroslav Chyský CSc., Prof. Ing. Karel Hemzal CSc. a kol.: Větrání a klimatizace, vydalo Česká matice technická Praha (1993) [7] A. Tzaferis and D. Liparakis, M. Santamouris, A. Argiriou: Analysis of the accuracy and sensitivity of eight models to predict the performance of earth-to-air heat exchangers, Energy and Buildings 18 (1992)

31 31 Konec prezentace Děkuji za pozornost

Podobné dokumenty

TERMOKINETIKA PŮDNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY Thermokinetics of Surface Soil Layer

TERMOKINETIKA PŮDNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY Thermokinetics of Surface Soil Layer Růžena Petrová Abstrakt: Článek se zabývá možnostmi výzkumu a použití modelu termokinetiky povrchové půdní vrstvy, jež úzce souvisí