Technické systémy pro využití alternativních zdrojů energie Druhotného tepla větracího vzduchu Tepelná čerpadla Sluneční energie



Podobné dokumenty
Solární soustavy pro bytové domy Tomáš Matuška

Příprava vody pro sociální a technologické účely.

D. Dokumentace stavebního objektu

I. Teplovodní otopné soustavy

Integrace OZE do budov. Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní ČVUT v Praze

Multifunkční solární kolektory pro integraci do budov

TECHNICKÁ ZPRÁVA VYTÁPĚNÍ, VĚTRÁNÍ

Comfort-Wohnungs-Lüftung. Komfortní jednotka bytového větraní CWL CWL s rekuperací

Příloha č. 9 - Technická specifikace jednotlivých dílčích stavebních a technologických částí

TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA

Instalace u zákazníka v ceně výrobku

Protokol k průkazu energetické náročnosti budovy

ZAŘÍZENÍ K DOPRAVĚ VZDUCHU A SPALIN KOTLEM

Příklady k opakování TERMOMECHANIKY

Prostorové regulátory s tříbodovým výstupem a jejich aplikace

Úvod. Předmět dokumentace. Výchozí podklady. Stávající stav. Tepelná bilance. Parametry média

Rekuperace rodinného domu

METODIKA PRO NÁVRH TEPELNÉHO ČERPADLA SYSTÉMU VZDUCH-VODA

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

F. DOKUMENTACE OBJEKTU F.1.4.a ZAŘÍZENÍ PRO VYTÁPĚNÍ STAVEB

BC1S jeden topný had BC2S dva topné hady (solární aplikace)

PROGRAM TEPELNÁ OCHRANA OBJEKTŮ

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Podle druhu paliva a spalovacího zařízení; Podle pracovního média; Podle tlaku spalin v ohništi; Podle kotlové konstrukce;

AKUMULAČNÍ NÁDRŽE NAD, NADO 250, 500, 750, 1000 UKV 102, 300, 500. Tradice od roku 1956

Kombinace solárního systému a kotle na biomasu 42/216

Vzdělávací materiál pro předmět Technologická praxe

A ÚSTŘEDNÍ VYTÁPĚNÍ. Akce: BYTOVÝ DŮM MILADY HORÁKOVÉ 494/52, SVITAVY RESOCIALIZAČNÍ BYTY

1. Seznam dokumentace. Textová část: Technická zpráva Tabulka čerpadel Výpočet komína Soupis tepelných ztrát Výpis základního materiálu

SEZNAM MATURITNÍCH OKRUHŮ STUDIJNÍHO OBORU MECHANIK INSTALATÉRSKÝCH A ELEKTROTECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ L/02 ŠKOLNÍ ROK 2015/2016 TŘÍDA 4ME

Akumulační nádrže. NAD, NADO 250, 500, 750, 1000 [1]

Protokol k průkazu energetické náročnosti budovy

Sokolovna Lípa ústřední vytápění 2

Jednostupňové hořáky na lehký topný olej

Závěsné sálavé panely

AKUMULAČNÍ NÁDRŽE PS 500 E+, PS 750 E+ a PS 1100 E+

D.1.4b VYTÁPĚNÍ. Při řešení projektu kromě závěrů z výše uvedených podkladů, bylo vycházeno ze závazných podmínek platných norem, směrnic a předpisů:

AKUMULAČNÍ NÁDRŽE NAD, NADO 250, 500, 750, 1000 TRADIČNÍ ČESKÝ VÝROBCE

1. Úvod. 2. Provozní podmínky. 3. Bilance potřeba tepla

Možnosti vytápění: Čím můžete topit? A za kolik?

D. ZKUŠEBNÍ OTÁZKY PRO ENERGETICKÉ SPECIALISTY OPRÁVNĚNÉ K PROVÁDĚNÍ KONTROL KLIMATIZAČNÍCH SYSTÉMŮ

Bytový dům, V Dolině 1515/1b a 1515/1c, Praha

D DOKUMENTACE PROVOZNÍCH SOUBOR DPS VYVEDENÍ TEPELNÉHO VÝKONU TECHNICKÁ ZPRÁVA

Solární sytém pro přípravu teplé vody HelioSet ISS

pro vytápění a ohřev TV Na Výšinách 1075/3, Praha 7-Bubeneč Investor stavby: Městská Část Praha 7, Nábř. Kpt. Jaroše 1000, Praha 7-Holešovice

Dešťová voda, sběr, využívání - přehled techniky 1/8 listů

Fototermika a fotovoltaika [1]

Ing. Jiří DEML PROJEKTOVÁ ČINNOST VE VÝSTAVBĚ Vypracování kompletní projektové dokumentace. Specializace: topení, voda, kanalizace, plyn.

Teze novely vyhlášky MPO č. 291/2001 Sb., o podrobnostech stanovení energetické náročnosti budov a zpracování průkazu energetické náročnosti budov

Protokol k průkazu energetické náročnosti budovy

Podrobnosti spln ní požadavk na energetickou náro nost budovy. (1) M rná spot eba energie budovy se stanoví:

k OBSLUZE a instalaci TŘÍCESTNÉ MÍSÍCÍ ARMATURY VERNER ČSN EN ISO 9001: 2009

DOKUMENTACE PRO VÝBĚR DODAVATELE

Klimatizace obj.maraton Františka K ížka 11,Praha 7.

Snížení energetické náročnosti objektu základní školy Oskol v Kroměříži včetně výměny zdroje vytápění

Praktická aplikace metodiky hodnocení energetické náročnosti budov ŠKOLA - NOVÝ STAV. PŘÍLOHA 6 protokol průkazu energetické náročnosti budovy

ČSN : 4: 2002) ČSN EN

Technické podklady pro PROJEKTOVÁNÍ

KOMPAKTNÍ KOTEL NA BIOMASU. Břetislav JANEBA, Jan HRDLIČKA, Aleš RIEMEL ÚSTAV MECHANIKY TEKUTIN A ENERGETIKY FS ČVUT v Praze

VÝMĚNA ZDROJE TEPLA MŠ SVATOŇOVICE ZADÁVACÍ DOKUMENTACE

1.1 PÍSTOVÁ ČERPADLA Podle způsobu práce rozdělujeme pístová čerpadla na : jednočinná, dvojčinná, diferenciální, zdvižná.

Akumulační nádrže typ NADO

Rekonstrukce zdroje tepla - využití OZE, realizace úspor energie v areálu budov MŠ Rudoltice

1 ŘÍZENÍ S POSILOVAČEM

VYTÁPĚNÍ OBJEKTU RÁJEC 38, ČERNAVA

k zadání vzduchotechnického zařízení na akci "Psychiatrická léčebna Dobřany rekonstrukce strojního zařízení VZT v pavilonech 3, 4, 5 a 6".

Snížení emisí v areálu Barrandov Studia a.s. - rekonstrukce zdroje a rozvodů CZT. Výkaz výměr PS Vypracoval: Jiří Nechuta. ing.

Seznam úkonů periodického ošetřování technických zařízení tepelných zdrojů ve správě AS-PO

F 1.1. TECHNICKÁ ZPRÁVA

Pasivní dům Vějíř v Bystrci

Technický popis. Nabídka č.: Akce: Wellness Florián Pleš Pozice: zázemie. Specifikace: Ø315

Projektová dokumentace rodinného domu

KLADENÍ VEDENÍ. VŠB TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra obecné elektrotechniky

Větrání s rekuperací tepla

1/45 Provozní měření a vyhodnocování solárních soustav

PROVOZNÍ CHARAKTERISTIKY OTOPNÝCH TĚLES

PROJEKČNÍ KANCELÁŘ: ING. PETR KYCELT

Zkušenosti s provozem pasivního domu (dřevostavby) v České republice

Autorský popis objektu

Nízké škodliviny a efektivní způsob provozu

Výzkum a vývoj ve jménu člověka a ochrany životního prostředí

Termostatický směšovací ventil Technický popis. Max. pracovní tlak: 1 MPa = 10 bar

Dop. Dop. 100,8 117,8. Celková dodaná energie (Energie na vstupu do budovy) Neobnovitelná primární energie (Vliv provozu budovy na životní prostředí)

Výměna zdroje vytápění a snížení energetické náročnosti základní školy v obci Vojkovice. Projektová dokumentace pro výměnu zdroje tepla

Vytápěcí boiler hybridní s tepelným čerpadlem. vzduch-voda

I. Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb

Návod na instalaci, obsluhu a údržbu kotle

Průkaz 2013 v PROTECH spol. s r.o Ing.Dana Nagyová - Dolní Břežany Datum tisku: Zakázka: pen vzor

1. ÚVOD: Cíl projektu

Jmenovitý vzduchový výkon: Napájení: Maximální provozní proud: kmitočtové pásmo LwA [db] [Hz]

1. Účel použití. Univerzální hořáky (27kW až 90kW)

TEPELNÁ ČERPADLA SOLÁRNÍ KOLEKTORY KLIMATIZACE

Freecooling pro chlazení kapalin

ZÁKLADNÍ A MATEŘSKÁ ŠKOLA NUČICE - REKONSTRUKCE, PŘÍSTAVBA BUDOVA C - ŠKOLA - PŮDNÍ VESTAVBA

Vytápění bytové jednotky v 1.N.P., Lesní 532, Rychnov u Jablonce nad Nisou Technická zpráva

Solární kolektory pro rodinný dům: Stačí 1 metr čtvereční na osobu

Nástěnný kondenzační kotel s nerezovým zásobníkem MIDI SERELIA GREEN 25 FF

Solární provedení. Palivo. Zemní plyn nebo kapalný plyn (propan) dle ČSN EN 437. Vybavení

SYSTÉM PODLAHOVÉHO TOPENÍ PROFI THERM 2000

Nezávislost na veřejném zásobování vodou a odvádění odpadních vod

Transkript:

Technické systémy pro využití alternativních zdrojů energie Druhotného tepla větracího vzduchu Tepelná čerpadla Sluneční energie 1

1.Tepelná bilance stáje: Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Q c + Qt Qp Qv = 0 [W] (1) Q c produkce citelného tepla zvířaty [W], Q t výkon vytápěcího zařízení [W], Q p tepelná ztráta prostupem tepla stavebními konstrukcemi [W], Q v tepelná ztráta nuceným větráním [W], Obr. 1. Tepelné toky ve stáji pro dochov selat [2]. 2

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 2. Účinnost rekuperačních výměníků: Q R tepelný výkon získaný z větracího vzduchu [W]. Q Q R i = V ρ = V ( t t ) e. e. c pe. e2 e1 i. ρi. c pi. ti1 Obr. 2. Výpočtové schéma rekuperačního výměníku [2] η R Q = R Q Q i e [-] (2) a) Když x i1 = x i2 a předpokládáme ρ e1 = ρ e2 = ρ e ; c pe1 = c pe2 = c pe ; ρ i1 = ρ i ; c pi1 = c pi pak teplotní účinnost rekuperačního výměníku η Rt : Q η e Rt = V = e. ρe. c pe. te1 t V. ρ. c i e i e e2 V. ρ. c t pi pe e1. t i1 Vi. ρi. c pi pro = 1 V. ρ. c η Rt e t = t e2 i1 e - t t pe e1 e1 t e1 [-] (3) [-] (4) 3

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering b) Když x i1 >x i2 pak entalpická účinnost rekuperačního výměníku η Rh : Q R = V. ρ e e ( ) ( h ) e2 he1 1+ x e1 e2 e1 [W] (5) ηrh = [-] (8) Vi. ρi ( 1+ xe1 ) ( 1+ x ) V. ρ i1 h e h e h i1 h e1 Q = i Q e = V i. ρ i hi1 + xi1 ( 1 ) V. ρ e e ( 1+ x ) e1 h e1 [W] (6) [W] (7) Kde:V objemový tok vzduchu [m 3.s -1 ]; ρ měrná hmotnost vzduchu [kg.m -3 ]; x měrná vlhkost vzduchu [kg.kg -1 s.v]; h - měrná entalpie vzduchu [J.kg -1 s.v.]; c měrná tepelná kapacita vzduchu za stálého tlaku [J.kg -1.K -1 ]; indexy i odváděný stájový vzduch, e přiváděný venkovní vzduch. 4

Obr. 3. Rozdělení výměníků pro zpětné získávání tepla ze vzduchu 5

Obr. 4. Rotační regenerační výměník 1 Otáčející se válec s teplosměnnou plochou; 2 Převod do pomala; 3 Pohon válce; 4 Ochlazovaná vzdušina; 5 Ohřívaná vzdušina. 6

Obr. 5. Reverzační regenerační výměník 1 Teplosměnné akumulační plochy; 2 Klapka; 3 Přívodní potrubí ochlazované vzdušiny; 4 Odváděcí potrubí ohřívané vzdušiny. 7

Obr. 6. Výměník s kapalinovým okruhem 1 Teplosměnná plocha v proudu ochlazované vzdušiny; 2 Teplosměnná plocha v proudu ohřívané vzdušiny; 3 Propojovací potrubí; 4 Oběhové čerpadlo 8

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 3. Rekuperační výměníky používané ve stájích 1. Teplosměnné plochy odváděného ochlazovaného vzduchu 2. Teplosměnné plochy přiváděného ohřívaného vzduchu 3. Směr vysunutí tělesa výměníku Obr. 7. Schéma deskového rekuperačního výměníku [1] - protiproudý, resp. křížoproudý výměník, - tvarované teplosměnné plochy, - materiál teplosměnných ploch - polystyren, hliník, pozinkovaný plech. 9

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 1. Plášt trubice 2. Lamely trubice 3. Páry chladiva 4. Kondenzát chladiva 5. Dělící přepážka 6. Pracovní médium 7. Kondenzační část 8. Transportní část 9. Výparná část Obr. 8. Schéma gravitační tepelné trubice [1]. materiál trubic hliník; pracovní náplň čpavek, délka trubic 1,5 2m; průměr trubic 20 40mm, 1 až 10 řad trubic; 10 trubic vřadě, 10

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 4. Vliv využití odpadního tepla větracího vzduchu na měrné spotřeby energie ve stájích pro chov prasnic se selaty Porovnávané energetické systémy: 1. Klasický energetický systém. 2. Energetický systém s deskovými rekuperačními výměníky RVD A10 (výrobce Šumstav a.s. Český Krumlov). 3. Energetický systém s výměníky z gravitačních tepelných trubic ZV 3-030 (výrobce ZD Hraničář Mrákov). 4. Energetický systém s tepelným čerpadlem. A: Výpočtové hodnoty: výpočtová venkovní teplota t e = -15 C, výpočtová teplota stájového vzduchu t i = 18 C, výpočtová relativní vlhkost stájového vzduchu φ i = 0,7, průměrná hmotnost prasnic m z = 225 kg. 11

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering B: Tepelně technické vlastnosti stavebních konstrukcí: celodřevěný konstrukční systém BIOS GN, rozpon 10,3 m, délkový modul 6 m, měrná tepelná ztráta prostupem tepla stavebními konstrukcemi q p = 0,993 W.m -3.K -1, měrná tepelná ztráta přirozeným větráním q v = 0,116 W.m -3.K -1. C: Technologie: bezstelivové porodní kotce, plocha 3,87 m 2. ks -1, suché krmení, rovnotlaké větrání. 12

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering q t p e W/ks 800 700 600 500 400 300 200 100 767,25 561,92 12,34 16,70 471,18 57,80 255,95 12,34 qt pe Legenda a výsledky: snížení požadovaného topného výkonu je úměrné účinnosti η R ; deskový rekuperační rekuperační výměník RVD A10, η R = 0,41 0,49; výměník z gravitačních tepelných trubic ZV 3 030, η R = 0,60 0,71; na výparníku tepelného čerpadla je vzduch ochlazován na 4 5 C; instalovaný výkon pro vytápění 255,95 W.ks -1 je výkon elektrického motoru pohánějícího kompresor tepelného čerpadla. 0 I 2 3 4 Obr. 9. Měrné instalované výkony v energetických systémech vytápění q t a větrání p e ve stáji pro chov prasnic se selaty [2]. 1. Klasický energetický systém; 2. Výměníky RVD A10; 3. Gravitační tepelné trubice ZV 3 030; 4. Tepelné čerpadlo. 13

w t 500 w e 468,21 483,08 450 (MJ/ks) 400 350 Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 300 250 200 259,53 286,28 178,9 271,5 170,4 170,4 wt we celkem 150 100 92,6 50 14,37 26,75 0 0 1 2 3 4 Obr. 10. Střední měsíční spotřeby paliv w t a elektrické energie w e v energetických systémech vytápění a větrání stáje pro chov prasnic se selaty [2]. 1. Klasický energetický systém; 2. Výměníky RVD A10; 3. Gravitační tepelné trubice ZV 3 030; 4. Tepelné čerpadlo. 14

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Legenda a výsledky: snížení spotřeby paliv pro vytápění: RVD A10 o 44,6 %, ZV 3 030 o 61,8 %, Tepelné čerpadlo o 100 %. nárůst spotřeby elektrické energie: RVD A10 o 79,9 %, ZV 3 030 o 388,2 %, Tepelné čerpadlo o 1049,6 %. ekonomická efektivnost energetických systémů je velmi ovlivněna druhem paliva. Verifikace výsledků provozním ověřováním klasického energetického systému: spotřeba elektrické energie ± 2,5 %, spotřeba paliv pro vytápění: - ve stáji s 25 porodními kotci je spotřeba vyšší o 5,3 %, - ve stáji s 198 porodními kotci je spotřeba nižší o 8,18 %. 15

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 5. Využití odpadního tepla větracího vzduchu v nevytápěných stájích Účel: zlepšení kvality prostředí ve stáji (t i, φ i ), ochrana obvodových stavebních konstrukcí. Návrh: V rovnici Q c + Q t Q p Q v = 0 postavíme Mi. c pi Předpoklad: x i1 = xi2; = 1 M. c Platí: Q Q Q R p v t ie = M. c. η. t i pz pi = q. Z. t i pi Rt ie = M. c. t = t t i1 e1 ie ie M = V.ρ [kg.s -1 ] (13) e pe [W] (9) [W] (10) [W] (11) [K] (12) Q = Q t Rt = R Pak η Rt pro zajištění požadovaných hodnot t i, φ i : η ( M. c + Z. q ). i pi M. c i pi pz. t t ie ie Q Kde: Z počet zvířat [ks]; q pz měrná tepelná ztráta prostupem stavebními konstrukcemi [W.K -1.ks -1 ]; M hmotnostní tok vzduchu [kg.s -1 ]. c [-] (14) 16

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Machine room Strojovna Axial fan APV 500 Axiální ventilátory APV 500 Rozvod vzduchu, PE rukávec, 500mm Main air, perforated PE sleeve φ500 mm Rekuperační výměník ZV 3-032 Recuperation exchanger ZV3-030 Legenda: výměník ZV 3 030 z gravitačních tepelných trubic, 5 řad trubic, 10 trubic vřadě, L = 1,86m, čpavek, 260 ks selat, hmotnost selat 20 kg.ks-1. Obr. 11. Schéma zapojení rekuperačního výměníku a vzduchotechnických rozvodů v nevytápěné stáji pro dochov selat [2]. 17

15 13 Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Legenda: t i = 18 C; φ i = 0,8, η t i,min = 15 C; φ i,max = 0,85, t =0,70 t e = -15 C, η Rt účinnost rekuperačního výměníku [-], m v hmotnostní tok vzduchu [kg.s -1.ks -1 ], q pz = 1,2 W.K -1.ks -1, t i [ C] 11 9 7 5 3 φ i,max = 0,85 η t =0 φ i,p =0,75 A: te = -15 C φ i =1 η t =0,35 3 4 5 6 7 8 9 x i [g kg -1 s.v.] 1,3 10-3 1,5 10-3 1,7 10-3 m v 1,9 10-3 [kg s -1 ks -1 ] 2,1 10-3 2,3 10-3 2,5 10-3 Výsledky při reálných hodnotách hmotnostních toků větracího vzduchu m v = 1,3. 10-3 1,5. 10-3 kg.s -1.ks -1 a η R = 0,7 dosáhneme t i = 14,8 15,1 C a φ i = 0,74 0,75. Obr. 12. Parametry prostředí ve stáji pro dochov selat v závislosti na hmotnostním toku větracího vzduchu a účinnosti rekuperačního výměníku [4]. 18

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering 6. Využití odpadního tepla větracího vzduchu ve stájích pro výkrm brojlerových kuřat Legenda: výměník ZV 3 034 z gravitačních tepelných trubic, 10 řad trubic, 10 trubic vřadě, L = 1,96 m, čpavek, 13 000 ks brojlerových kuřat, t e = -12 C, rozměry stáje: délka 58 m, šířka 10,8 m, výška ve štítu 3,2 m, elektrické infrazářiče 15 x 600 W, teplovzdušný agregát 20 kw. Obr. 13. Schéma energetického systému s rekuperačními výměníky z gravitačních tepelných trubic ve stáji pro výkrm brojlerových kuřat [2]. 1. Rekuperační výměníky; 2. Perforovaný foliový rukávec D = 800 mm; 3. Axiální ventilátor; 4. Uzavíratelné otvory pro přívod venkovního vzduchu; 5. Odvod stájového vzduchu. 19

Česká zemědělská univerzita v Praze v Praze Technická fakulta Czech University of Life Science Prague Faculty of Engineering Tepelná bilance stáje: 1 denní kuřata, t i = 26 C, t e = -12 C, 45 % plochy stáje: Q p = 17 715 W, Q c = 12 901 W, Q v = 12 101 W, Q t = 16 915 W. 20 denní kuřata, t i = 23 C, t e = -12 C: Q p = 34 085 W, Q c = 89 708 W, Q v = 74 195 W, Q t = 22 259 W. Obr. 14. Schéma instalace rekuperačního výměníku a měření ve stáji pro výkrm brojlerových kuřat [2]. 1. Perforovaný foliový rukávec; 2. Rekuperační výměník z gravitačních tepelných trubic; 3. Axiální ventilátor; 4. Přístavek pro rekuperační výměník; 5. Filtr. 20

Tepelná čerpadla Obr. 15. Jednostupňový parní oběh tepelného čerpadla a) Schéma oběhu; b) Znázornění oběhu v T s diagramu; c) Znázornění oběhu v p i diagramu; d) Průběh teplot ve výparníku; e) Průběh teplot v kondenzátoru. Topný faktor: t = Q k ε t = [-] N Chladící faktor: Q ε o ch = t N Čerpací poměr: = ε 1 [-] Q Q ϕ k = = 1 + = 1 + = o 1 ε ch 1 ε 1 t ε t ε ch [-] 21

3. Zdroje tepla pro tepelná čerpadla Hlediska pro posouzení zdroje: Energetický potenciál, tj. teplotní hladiny a hmotnostní, resp. objemový tok; Časové relace mezi produkcí a uvažovanou potřebou; Možnosti využití získaného tepelného výkonu; Chemické a fyzikální vlastností teplonosné látky zdroje; Investiční a provozní náklady; Vliv na energetickou bilanci okolí a jeho ekologii. Zdroje pro TČ: 1. Povrchové vody. dostatečná rychlost proudění vody w > 0,75 m.s-1; stojaté vody. 2. Povrchové vrstvy zemské kůry. spodní vody; horizontální zemní výměníky; vertikální zemní výměníky. 3. Venkovní vzduch. 4. Sluneční záření. 5. Geotermální vody. 6. Druhotné teplo. 22

Povrchové vody Obr. 17. Schéma využití tepla z povrchové stojaté vody Obr. 16. Schéma využití tepla z povrchové vody proudící rychlostí w > 0,75 m.s -1. 23

Obr. 18. Schéma měření teplot v půdním masivu t 3 teplota zemního masivu v oblasti horizontálního výměníku; t 13 teplota zemního masivu na referenčním pozemku; t 12 teplota povrchu zemního masivu; t e teplota okolního vzduchu;

Obr. 19. Výsledky měření teplot t 3,min minimální teplota zemního masivu v oblasti horizontálního výměníku; t 3,max maximální teplota zemního masivu v oblasti horizontálního výměníku; t 3 průměrná teplota zemního masivu v oblasti horizontálního výměníku; t 13 průměrná teplota zemního masivu na referenčním pozemku; t e průměrná teplota okolního vzduchu;

t e -y -x 0 +x t 02 t R02 t 02, t t R02, t R t t R +y Obr. 20 Půdorysné schéma uložení a umístění teplotních čidel v oblasti horizontálního tepelného výměníku typu Slink t 02 teplotní čidlo nad přívodním potrubím v hloubce 0,2 m; t teplotní čidlo instalované v oblasti potrubí v hloubce 1,2 m; t R02 teplotní čidlo 1 m od výměníku Slink v hloubce 0,2 m; t R teplotní čidlo 1 m od výměníku Slinku v hloubce 1,2 m; t e teplotní čidlo venkovního vzduchu.

teplota [ C] 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0-2 -4 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 týdny tr02 t02 tr t te Obr. 21. Průběh teplot zemního masivu s horizontálním výměníkem typu Slink.

Povrchové vrstvy zemské kůry a) Spodní vody přečerpávání přes výparník, dvě studny, čerpací a vsakovací; b) Horizontální zemní tepelné výměníky využití energie přirozeně akumulované v půdním masivu v letním období, potrubí LDPE, nebo HDPE Ø 40 x 3,7 mm uložené v hloubce 1 1,5m s roztečí 1m, teplonosné médium nemrznoucí směs (-15 C); c) Vertikální zemní výměníky, potrubí LDPE, nebo HDPE uložené ve tvaru U trubice, hloubka vrtu 50 120m i více. Venkovní vzduch - neomezený zdroj; - nenarušuje přirozenou tepelnou rovnováhu; - do výpočtu topného faktoru je nutné započítat příkon ventilátorů; - problém namrzání výparníku, reverzní chod. Sluneční záření - kombinované systémy s vodními slunečními kolektory a TČ; - sluneční kolektory plní 2 funkce (kolektor, zdroj pro výparník). 28

Obr. 22. Schéma využití tepla slunečního záření 1 vodní sluneční kolektory; 2 trojcestný směšovací ventil; 3 tepelné čerpadlo; 4 akumulační zásobník; 5 otopná soustava, ohřev TV; 6 elektrický dohřev. 4. Monovalentní a bivalentní zapojení tepelných čerpadel - v otopných soustavách využívajících jako zdroje tepla pro TČ venkovní vzduch se většinou dimenzuje tepelný výkon TČ na hodnotu nižší než je topný výkon odpovídající výpočtové venkovní teplotě. - bivalentní otopné systémy mohou být řešeny jako: bivalentně alternativní, v provozu je buď TČ nebo další zdroj; bivalentně paralelní, v provozu je tepelné čerpadlo a současně další zdroj. 29

Obr. 23. Schéma zapojení tepelného čerpadla v bivalentním provozu s kotlem 1 plynový kotel; 2 čtyřcestný směšovací ventil; 3 rozdělovač a sběrač otopného systému; 4 tepelné čerpadlo; 5 elektronický regulátor. 5. Pohony kompresorových tepelných čerpadel - nejčastějším druhem pohonu kompresoru TČ je pohon elektrický. 30

Obr. 24. Schéma zapojení tepelného čerpadla poháněného plynovým motorem Obr. 25 Schéma toků energie u tepelného čerpadla poháněného plynovým motorem (ε = 4,0) 31

6. Příklady využití tepelných čerpadel Vytápění Obr. 26. Schéma zapojení tepelného čerpadla při vytápění porodny prasnic se selaty 1 vrtaná studně; 2 tepelné čerpadlo; 3 akumulační zásobník; 4 podlahový otopný systém; 5,6 prostorový otopný systém; 7 ponorné čerpadlo; 8 oběhové čerpadlo. 32

Ohřev teplé vody pro sociální a technologické účely -požadavky na velikost tepelného výkonu jsou v průběhu roku konstantní; -nebezpečí kontaminace vody pracovní látkou. Toto nebezpečí lze omezit na minimum: a) Vloženým okruhem s teplonosnou látkou (obr. 12); Obr. 27. Schéma zapojení s vloženým okruhem s teplonosnou látkou 1 kondenzátor tepelného čerpadla; 2 tepelné čerpadlo; 3 akumulační zásobník; 4 oběhové čerpadlo. 33

b) Využitím vhodného chladiva a výměníku (obr.13). teplosměnná plocha oddělující pracovní látku a TV musí být bez jakýchkoliv spojů (sváření, pájení a pod.); materiál teplosměnné plochy musí mít vysokou odolnost proti koroznímu působení vody i pracovní látky; smí se používat jen doporučené pracovní látky např. R 22, R 115, jako maziva pouze oleje které neohrožují spotřebitele. Tato zařízení se používají jako kompaktní nebo systém split. Obr. 28. Schéma kompaktního provedení s tepelným čerpadlem nad zásobníkem 1 kondenzátor tepelného čerpadla; 2 tepelné čerpadlo vzduch - voda; 3 akumulační zásobník. Výhody: - malá půdorysná plocha zařízení; - využití přehřívacího tepla na ohřátí TV. Nevýhody: - pomalý ohřev vody; - nízká teplota prostředí v okolí zásobníku. 34

Využití sluneční energie pro výrobu tepla Obr. 29. Znázornění energie Q S,den [W.h.m -2 ] dopadající za den se střídavou oblačností osluněné plochy 35

Energie zachycená absorpční plochou Dopadající energie slunečního záření q s = I stř Obr. 30. Schéma plochého slunečního kolektoru 1 krycí skla; 2 absorpční plocha; 3 dutina s teplonosnou tekutinou; 4 tepelná izolace; 5 rám kolektoru. 36

Měrný tepelný tok zachycený absorberém q A : ( r). q = q + U.( t t ) + U.( t t ) 1 S A 1 A V 2 A V [W.m -2 ] (13) V rovnici (13) je: U 1 součinitel prostupu tepla vrstvou na přední straně absorbéru (na straně se skly) [W.m -2.K -1 ]; U 2 součinitel prostupu tepla vrstvou na zadní straně absorbéru (na straně s tepelnou izolací) [W.m -2.K -1 ]; t A střední teplota absorpční plochy (tekutiny proudící absorbérem) [ C ]; t V teplota okolního vzduchu [ C ] (může být různá na obou stránách kolektoru). Účinnost absorbéru η A : q q ( r) ( U + U )(. t t ) A 1 2 A V η A = = 1 [-] (14) S q S Poměrná reflexní schopnost krycích skel: - při dokonale čistých sklech r = 0,1 0,15; - při mírně znečištěných sklech r = 0,15 0,20. Součinitel prostupu tepla U = U1 + U2: - pro kolektory s jedním sklem U = 6 W. m -2.K -1 ; - pro kolektory se dvěma skly U = 4 W. m -2.K -1. 37

Obr. 31. Typy slunečních kolektorů pro ohřev vody A plochý; B válcový; C koncentrující; 1 transparentní kryt; 2 absorbér; 3 tepelná izolace; 4 proudící teplonosné médium; 5 reflektor; 6 Fresnelova čočka. 38

5. Sluneční systémy pro ohřev vody k sociálním a technologickým účelům Obr. 32. Schéma systému pro ohřev vody s elektrickou topnou vložkou v zásobníku 1 kolektory; 2 zásobník teplé vody; 3 elektrická topná vložka; 4 přívod studené vody; 5 výstup teplé vody. 39

Obr. 33. Schéma systému pro ohřev užitkové vody se zásobníkem tepla a zásobníkem teplé vody 1 kolektory; 2 zásobník tepla; 3 zásobník teplé vody; 4 elektrická topná vložka; 5 přívod studené vody; 6 výstup teplé vody. 40

6. Systémy pro ohřev vody v bazénech Obr. 34. Schéma systému pro ohřev vody v bazénu s otevřeným okruhem 1 kolektory; 2 bazén; 3 oběhové čerpadlo; 4 filtr; 5 přívod čerstvé vody. 41

7. Systémy pro vytápění budov Systém s dlouhodobou akumulací tepla Obr. 35. Systém s dlouhodobou akumulací tepla ve vodě a s tepelným čerpadlem 1 sluneční kolektory; 2 hlavní zásobník tepla pro dlouhodobou akumulaci; 3 pomocný zásobník tepla pro krátkodobou akumulaci; 4 tepelné čerpadlo; 5 zásobník tepla v okruhu tepelného čerpadla; 6 otopná soustava. 42

Systém s energetickou střechou Obr. 36. Systém s energetickou střechou a tepelným čerpadlem 1 energetická střecha; 2 zásobník tepla; 3 tepelné čerpadlo v okruhu energetické střechy; 4 okruh spotřebičů. 43

Obr. 37. Tepelná bilance rodinného domu při využití energetické střechy a tepelného čerpadla 44

Použitá literatura: 1. Adamovský R., Kára, J. Aplikovaná termomechanika. 1. vyd. Technická fakulta VŠZ Praha, 1993, 107 s. 2. Adamovský R., Kára J. Využití druhotného tepla větracího vzduchu stájí. Technická fakulta ČZU v Praze, 2002, 211 s. 3. Kára J., Adamovský R. Analysis of changes of thermic efficiency during operation of the table recuperation exchagers. Scientia Agriculturae Bohemica, 2000, 31, (4), p. 297-308. 4. Adamovský R., Kára J. Výměníky pro zpětné získávání tepla z větracího vzduchu stájí. Česká komise autorizovaných inženýrů a techniků, 2001, 27 s. 45