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 8.6.2010
Popis objektu - Potštát 505 m. n m. - vnitřní část města - řadová zástavba Rodinný dům 4+kk, bez podsklepení s technickou místností
Výpočet tepelných ztrát t objektu - Dle ČSN 06 0210 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.
Výpočet tepelných ztrát t objektu Interiér Exteriér Vnitřní výpočtová teplota místnosti (podle ČSN 06 0210:1994) Výpočtová teplota vnitřního vzduchu (dle ČSN 73 0540 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
Výpočet tepelných ztrát t objektu Označení konstrukce Typ t e,j [ C] 1 S SO -15 1 SO OKN -15 1 SD DVR -15 2 S SO -15 3 S SO -15 3 SO OKN -15 4 S SO -15 5 S SO -15 5 SO OKN -15 5 SD DVR -15 6 S SO -15 6 SO OKN -15 6 SD DVR -15 7 S SO -15 8 S SN 15 9 P PDL 5 10 P PDL 5 11 K SCH -15 11 KO OKN -15 12 K SCH -15 13 K SCH -15 Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN 06 0210 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 0,00012 0,00016 0,00012 4,2 4,2 6,0 6,0 2,60 2,0 2,0 182,00 0,00016 6,0 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 06 0210 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 0,00012 5,0 0,00060 Zvětšení char. čísla budoby B = 0 Pa 0.67 Venkovní výpočtová teplota: t e = -15 C 2,0 182,00 0,00016 6,0 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 0,00012 392,75 536,70 373,88 2,9 161,28 0,00012 0,35 39,4 0,0 39,4 484,13 114,68 6,8 0,00050 0,00050 0,00096 0,00072 0,00096 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.
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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Qvyt kwh/m. 3520 2890 2610 1618 446 0 0 0 812 1541 2373 3380 QTUV kwh/m. 481 440 482 453 449 415 413 407 398 426 431 466 Q T;V kwh/m. 4001 3330 3092 2071 895 415 413 407 1210 1967 2804 3846 Celková potřeba tepla 24,5 MWh = 88,2 GJ pro vytápění 19,2 MWh; ; pro přípravu p pravu TUV 5,3 MWh
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
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 3-6-93 9 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 3 520 481 4 001 79 3 922 Únor 2 890 440 3 330 109 3 221 Březen 2 610 482 3 092 165 2 927 Duben 1 618 453 2 071 209 1 862 Květen 446 449 895 253 642 Červen 0 415 415 234 181 Červenec 0 413 413 256 157 Srpen 0 407 407 244 163 Září 812 398 1 210 173 1 037 Říjen 1 541 426 1 967 136 1 831 Listopad 2 373 431 2 804 67 2 737 Prosinec 2 280 466 2 746 51 2 695 Rok 19 345 5261 24 606 1 977 21 374
Bivalentní bod 9000 8000 7000 6000 Bod bivalence [kwh] 5000 4000 3000 2000 Tepelná ztráta objektu Výkon tepelného čerpadla 1000 0-15 -14-13 -12-11 -10-9 -8-7 -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Teplota okolí
Bivalentní bod 350 300 Počátek topné sezóny 250 Počet dnů 200 150 100 Počátek bivalence - oprava 50 Počátek bivalence 0-20 -10 0 10 20 30 Teplota venkovního vzduchu
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
Únor Listopad Prosinec Duben Květen Červen Červenec Srpen Září Říjen Březen 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Využit ití systému K = Q Q vyt ; TUV max vyr. 100 = 56,9 % Qvyt,TUV Qmax,vyr. Leden
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
Schéma zapojení 5 zásobník TUV 9 zásobník topné vody 15 expanzní nádoba TUV 16 cirkulační čerpadlo TUV 20 oběhovéčerpadlo TO 21 expanzní nádrž TO
Ekonomické vyhodnocení Investiční náklady: - Navrhovaný systém: 515 000,- - Elektrický kotel s akumulací: 220 000,- - Přímotopy s průto točným ohřevem TUV: 45 000,- Provozní náklady: - Navrhovaný systém: 21 200,- - Elektrický kotel s akumulací: 46 700,- - Přímotopy s průto točným ohřevem TUV: 57 480,- 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.
Enviromentáln lní vyhodnocení Druh paliva Spotřeba Emise (t/rok) (Výhřevnost) paliva TZL SO2 NOX CO CO2 Hnědé uhlí 0,1008 0,1581 0,0255 0,3746 15,3881 8576 kg 18 MJ/kg 4750% 1064% 200% 11767% 201% Černé úhlí 0,0605 0,2300 0,1582 0,0495 11,9134 6682 kg 23,1 MJ/kg 2850% 1548% 1242% 1556% 156% Dřevo 0,0679 0,0064 0,0170 0,0064 0,0000 11630 kg 14,6 MJ/kg 3200% 43% 133% 200% 0% Zemní plyn 0,0011 0,0011 0,0053 0,0011 5,3063 2802 m3 37,82 MJ/m3 50% 7% 42% 33% 69% Elektrická akumulace 0,0089 0,0526 0,0403 0,1006 23,8192 25358 kwh D26d 421% 354% 316% 3161% 312% Elektrický přímotop 0,0085 0,0499 0,0382 0,0955 22,6046 24065 kwh D45d 400% 336% 300% 3000% 296% Tepelné čerpadlo 0,0021 0,0149 0,0127 0,0032 7,6410 7861 kwh D56d 100% 100% 100% 100% 100%
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.
Děkuji za pozornost