VÝSLEDKY OVĚŘOVÁNÍ ZEMNÍHO MASIVU JAKO ZDROJE ENERGIE PRO TEPELNÁ ČERPADLA. Technická fakulta České zemědělské univerzity v Praze

Podobné dokumenty
METODIKA PRO VYUŽITÍ PŮDY JAKO NÍZKOTEPLOTNÍHO ZDROJE ENERGIE TEPELNÝCH ČERPADEL

Požadavky tepelných čerpadel

= [-] (1) Přednáška č. 9 Využití sluneční energie pro výrobu tepla 1. Úvod Součinitel znečištění atmosféry Z: Kde: I 0

1/58 Solární soustavy

TEPELNÁ ČERPADLA. Bořivoj Šourek Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní ČVUT v Praze

SOLÁRNÍ SYSTÉM S DLOUHODOBOU AKUMULACÍ TEPLA VE SLATIŇANECH ANALÝZA PROVOZU

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

TECHNICKÝ LIST. Deskový výměník DV285, izolovaný. * bez izolace / s izolací trvale / s izolací krátkodobě. - / 5 / 6 m²

Obnovitelné zdroje energie

Tepelnáčerpadla, pracovní látky, principy, zdroje, zapojení, příklady využití 1. Pracovní látky - chladiva

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

VÍCE-VÝMĚNÍKOVÁ TEPELNÁ ČERPADLA

TECHNICKÝ LIST. Deskový výměník DV193, izolovaný. - 1/5 - v2.3_04/2018. Základní charakteristika

PŘÍSTROJOVÉ SYSTÉMY. Elektrické rozváděče NN Oteplení v důsledku výkonových ztrát el. přístrojů

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

Tepelná čerpadla + solární soustavy = konkurence nebo spolupráce?

TEPELNÉ VLASTNOSTI HORNIN A JEJICH VLIV NA VYUŽITÍ ZEMNÍHO TEPLA

Vytápění budov Otopné soustavy

Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora. Stacionární kondenzační kotle

Tepelné čerpadlo země/voda určené pro vnitřní instalaci o topném výkonu 5,9 kw

Systém podlahového vytápění. Euroflex extra ODOLNÝ SYSTÉM PRO SAMONIVELAČNÍ STĚRKU

Výpočet potřeby tepla na vytápění

1/51 Prvky solárních soustav a jejich navrhování

Tematické okruhy z předmětu Vytápění a vzduchotechnika obor Technická zařízení budov

Deskové výměníky řada - DV193, typ E

Vytápění budov Otopné soustavy

Deskové výměníky řada - DV193

Měření prostupu tepla

Systémem Pro E. Kotel má následující charakteristické vlastnosti: - NO X

Katalogový list č. Verze: 01 ecocompact VSC../4, VCC../4 a aurocompact VSC D../4 06-S3

THERM PRO 14 KX.A, XZ.A

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

1/69 Solární soustavy

Označení materiálu: VY_32_INOVACE_ZMAJA_VYTAPENI_18 Název materiálu: Teplovodní otopné soustavy s přirozeným oběhem vody

Solární energie. M.Kabrhel. Solární energie Kolektory

THERM 20, 28 CXE.AA, LXZE.A

NELUMBO ENERGY TEPELNÁ ČERPADLA OHŘEV + CHLAZENÍ

Efektivita provozu solárních kolektorů. Energetické systémy budov I

Investice do Vaší budoucnosti. Projekt je spolufinancován Evropskou Unií prostřednictvím Evropského fondu pro regionální rozvoj

Cena za set Kč SESTAVA OBSAHUJE: Nádrž 250 L se dvěma trubkovými výměníky 1 ks. Čerpadlová skupina dvoucestná 1 ks.

Splitové tepelné čerpadlo vzduch/voda VITOCAL 100-S

Tepelně vlhkostní posouzení

Technický list pro tepelné čerpadlo země-voda HP3BW-model B

solární systémy Copyright (c) 2009 Strojírny Bohdalice, a.s.. All rights reserved. STISKNI ENTER

Deskové výměníky řada - DV285, typ E

Geologie a tepelné vlastnosti hornin Projektování vrtů pro tepelná čerpadla na základě geologických předpokladů vliv na vodní režim, rizika

Příklad 1: V tlakové nádobě o objemu 0,23 m 3 jsou 2 kg vodní páry o tlaku 1,6 MPa. Určete, jestli je pára sytá, mokrá nebo přehřátá, teplotu,

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

solární systémy Brilon SUNPUR Trubicové solární kolektory

Solární teplo pro rodinný dům - otázky / odpovědi

Nezávislost na dodavatelích tepla možnosti, příklady. Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze

ceník tepelných čerpadel Vaillant Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora.

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov

Tepelná čerpadla. Proč Vaillant? Tradice, kvalita, inovace, technická podpora. arotherm VWL vzduch/voda

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Buderus Tepelná čerpadla vzduch/voda splitové provedení. Logatherm WPLS.2. Všestranné využití obnovitelné energie. Teplo je náš živel

METODIKA PRO NÁVRH TEPELNÉHO ČERPADLA ZEMĚ VODA

Průměrný součinitel prostupu tepla budovy

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Technický list. Elektrické parametry. Bivalentní zdroj. Max. výkon bivalentního zdroje při velikosti jističe *

VIESMANN VITOTRANS 100. List technických údajů Obj. č. aceny:vizceník VITOTRANS 100. Deskový výměník tepla. Pokyny pro uložení:

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

Jiří Kalina. rní soustavy. bytových domech

Technologie a procesy sušení dřeva

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Situace v ČR 55% uhelné 42% jádro 3% vodní 0,1 % ostatní (vítr, fotovoltaická)

ODĚVNÍ KOMFORT TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT

Posouzení konstrukce podle ČS :2007 TOB v PROTECH, s.r.o. Nový Bor Datum tisku:

THERM 14 KD.A, KDZ.A, KDZ5.A

THERM 24 KDN, KDZN, KDCN

Univerzita obrany. Měření na výměníku tepla K-216. Laboratorní cvičení z předmětu TERMOMECHANIKA. Protokol obsahuje 13 listů. Vypracoval: Vít Havránek

Základní části teplovodních otopných soustav

Optimalizace teplosměnné plochy kondenzátoru brýdových par ze sušení biomasy

Snížení energetické náročnosti ZŠ Dolní Újezd (okr. Svitavy)

Chlazení kapalin. řada WDE. CT120_CZ WDE (Rev.04-11)

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

I Vy můžete snížit své náklady na vytápění. Využijte atraktivní letní akci.

LIST S ÚDAJI O PRODUKTU

Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie

2012/1. Vakuový trubicový kolektor Logasol SKR...CPC. Popis a zvláštnosti. Ceny a provedení Logasol SKR. Změny vyhrazeny

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

IVT AIR X nejlepší vzduch/voda na trhu

DRAIN BACK zásobník včetně integrované čerpadlové jednotky, elektrické

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Hybridní tepelné čerpadlo co se nezalekne žádného provozu - První tepelné čerpadlo, které umí využívat tepla z okolního vzduchu i z

Solární systémy. aurostep Solar Set 1

Kondenzační plynové kotle

1/61 Solární soustavy

SHF Čtyřcestné ventily TECHNICKÉ ÚDAJE

Solární systém pro ohřev vody s vakuovými trubicovými kolektory VIA SOLIS DOMOV HODNOCENÍ

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Obnovitelné zdroje. Modul: Akumulační zásobníky. Verze: 01 Bivalentní zásobník VIH RW 400 B 02-E3

Názvosloví Kvalita Výroba Kondenzace Teplosměnná plocha

THERM 28 KD.A, KDZ.A, KDC.A, KDZ5.A, KDZ10.A

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

9.1 Okrajové podmínky a spotřeba energie na ohřev teplé vody

VIESMANN VITOTRANS 100 Deskový výměník tepla

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Tepelné ztráty akumulační nádoby

NÁVOD K OBSLUZE A INSTALACI

Transkript:

VÝSLEDKY OVĚŘOVÁNÍ ZEMNÍHO MASIVU JAKO ZDROJE ENERGIE PRO TEPELNÁ ČERPADLA Radomír Adamovský Pavel Neuberger Technická fakulta České zemědělské univerzity v Praze

H = 1,0 2,0 m; D = 0,5 2,0 m; S = 0,1 0,5 m. S = 1,0 1,5 m Obr. 1. Konfigurace horizontálních zemních tepelných výměníků a). Typ Slinky; b) Šroubovitý; c) Lineární.

Tepelný odpor stěny trubky výměníku R t. R 1.ln t 1 t (m.k/w) (3) 2 d d 2 Tepelný odpor konvekcí R α na vnitřní straně trubky. R 1 2 r (m.k/w) (4) 1 s Obr. 2. Schéma procesů sdílení tepla. Celkový tepelný odpor R. R R R (m.k/w) (1) z t R Tepelný odpor zemního masivu R z. 1 2s h Rz.ln sinh 2 2 z d 2 s (m.k/w) (2) λ z součinitel tepelné vodivosti zemního masivu (W/m.K); d 2 vnější průměr trubek zemního výměníku (m); h hloubka uložení trubek zemního výměníku (m); s rozteč trubek zemního výměníku (m); λ t součinitel tepelné vodivosti materiálu trubky výměníku (W/m.K); d 1, d 2 vnitřní a vnější průměr trubky výměníku (m); α s součinitel přestupu tepla mezi stěnou trubky a teplonosnou kapalinou (W/m 2.K).

Faktory ovlivňující výkon zemního výměníku: R q ; Tepelný odpor zemního masivu R z ( z ; h; s; d 2 ). λ z - součinitel tepelné vodivosti zemního masivu (vlhkost, hustota, podíl jílu) (W/m.K) λ z R z ; (suchý písek 0,3-1,2 W/m.K, mokrý jíl, 1,6-1,8 W/m.K), vytvoření ledu, latentní teplo. h - hloubka uložení trubek zemního výměníku (m) h R z ; (omezení vlivu denních výkyvů teplot a vlivu nejnižších teplot v zimě, uložení pod zámrznou hloubkou, zachycení slunečního záření a tepelných toků z povrchu. s - rozteč trubek zemního výměníku (m) s R z ; d 2 - vnější průměr trubek zemního výměníku (m); d 2 R z ; Tepelný odpor stěny trubky výměníku R t ( t ; d 2 /d 1 ). λ t - součinitel tepelné vodivosti materiálu trubky (Polypropylen 0,22 W/m.K; Polyetylén o vysoké hustotě (HDPE) 0,45 W/m.K), λ t R t ; d 2 /d 1 R t ; Tepelný odpor konvekcí R α na vnitřní straně trubky ( s ; d 1 ). α s součinitel přestupu tepla mezi stěnou trubky a teplonosnou kapalinou (W/m 2.K); t,k, t,k, t,k; Etylenglykol (toxický); Freezium t,k, t,k, t,k ; s R d 1 R ;

t ( C) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 τ (day) t02 ts tl te t02r tsr tlr ter Obr. 3 Teploty v období stagnace výměníku 2012 (27. 4. 2012 16. 9. 2012, 143 dní). (t e, = 20,44 C; t e,max. = 37,50 C; t e,min. =0,80 C)

Rovnice teplot půdního masivu v období stagnace výměníku : 2 t02 12,341 7,683 sin( 6,194) 2 I 02 0, 869 ( C) (5) 365 t L t S 2 11,179 6,207 sin( 5,844) 365 2 11,107 6,555 sin( 5,930) 365 2 0,989 I L 2 0,972 I S ( C) (6) ( C) (7) - počet dní od počátku stagnace (den). Schopnost regenerace energetického potenciálu v období stagnace výměníku; počáteční a konečné teploty zemního masivu v oblasti výměníku; snižování teplot zemního masivu na počátku topného období, známkou postupného snižování energetického potenciálu masivu a doby využití masivu jako zdroje pro tepelné čerpadlo.

Typ Slinky Horizontální výměník Lineární Topné období Datum Teplota masivu t L ;t S ( C) Rozdíl teplot Δt L ;Δt S (K) Začátek topného období 2010 / 2011 30. 8. 2010 17,30 2011 / 2012 7. 9. 2011 17,12 2012 / 2013 17. 9. 2012 16,88 0,18 0,24 Konec topného období 2010 / 2011 22. 3. 2011 4,55 2011 / 2012 22. 3. 2012 4,83 2012 / 2013 22. 4. 2013 5,60-0,28-0,77 Začátek topného období 2010 / 2011 30. 8. 2010 18,40 2011 / 2012 7. 9. 2011 18,44 2012 / 2013 17. 9. 2012 16,90-0,04 1,54 Konec topného období 2010 / 2011 22. 3. 2011 4,45 2011 / 2012 22. 3. 2012 6,03 2012 / 2013 22. 4. 2013 5,30-1,58 0,73 Tab.I Průměrné denní teploty zemního masivu na začátcích a konci topných období.

t ( C) 20 15 t L, = 7,39 C; t S, = 5,54 C; t L,min = 2,30 C; t S,min = 0,44 C; t L t e > 0, 68,68 % top. s. t S t e > 0, 53,05 % top. s. 10 5 0-5 -10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 t02 ts tl te t02r tsr tlr ter Obr. 4 Teploty v topném období 2012/2013 (17. 9. 2012 22. 4. 2013, 217 dní). (t e, = 5,47 C; t e,max. = 28,60 C; t e,min. = -15,80 C)

Rovnice teplot půdního masivu v topném období : t 2 8,924 7,934 sin( 365 02 2,232) I 2 02L 0,941 ( C) (8) t L 2 9,461 6,746 sin( 1,925) 365 2 0,983 I L ( C) (9) t S 2 8.325 7,666 sin( 2,073) 365 2 0,961 I S ( C) (10) - počet dní od začátku vytápění (den).

q d (Wh/m 2 den) 1600,00 1400,00 1200,00 25,00 20,00 15,00 t e ( C) 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00 10,00 5,00 0,00-5,00 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ql qs te τ (day) -10,00 Obr. 5 Tepla odvedená půdnímu masivu lineárními výměníky v topném období 2012/2013 (217 dní). q d - teplo odvedené 1 m 2 (7,96 m) teplosměnné plochy výměníku (Wh/m 2.den).

Měrná tepla odvedená půdnímu masivu q d Lineární výměník Výměník Slinky Průměrná hodnota (Wh/m 2.den) 503,38 264,25 Maximální hodnota (Wh/m 2.den) 1 658,30 1093,47 Celkem za topné období (kwh/m 2 ) 109,23 57,34 Tab. II. Měrná tepla odvedená půdnímu masivu v topném období 2012/2013 (217 dní). q - teplo odvedené 1 m 2 teplosměnné plochy výměníku (Wh/m 2.den). Celkem za topné období = 217 1 q (kwh/m 2 ) d

Teplota teplonosné kapaliny ( C) Typ Z výměníku Do výměníku výměníku Průměrná Minimální Průměrná Minimální Lineární 8.13 1.67 5.80-2.09 Slink 6.37 0.39 5.86-2.02 Tab. III Teploty teplonosné kapaliny v topném období 2012/2013. Bod tuhnutí teplonosné kapaliny (33 % C 2 H 6 O + 67 % H 2 O) -17,4 C. Výsledky měření ukázaly, že minimální teplota teplonosné kapaliny na výstupu z tepelného čerpadla byla -2,09 C. Vyhovující by tedy pro ověřované výměníky byla nižší koncentrace, např. 20 % etylalkoholu, kdy teplota tuhnutí směsi je -9,0 C. Ohřev teplonosné kapaliny přepočtený na 1 m 2 plochy výměníku: Lineární výměník při objemovém toku teplonosné kapaliny 6,15.10-5 m 3 /s, 0,0562 K/m 2. Výměník typu Slinky při objemovém toku teplonosné kapaliny 3,849.10-5 m 3 /s 0,0254 K/m 2.

q (W/m 2 ) 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ql qs te tl ts τ (hour) 10,0 8,0 t ( C) 6,0 4,0 2,0 0,0-2,0-4,0-6,0-8,0-10,0 Obr.7 Teploty půdního masivu a měrné tepelné výkony horizontálních výměníků v typickém zimním dnu. (t e, = -5,33 C; t e,max. = -0,90 C; t e,min. = -8,70 C) q výkon výměníku přepočtený na 1 m 2 teplosměnné plochy (W/m 2 )

Měrný tepelný výkon, teplo Lineární výměník Výměník typu Slinky odvedené půdnímu masivu Průměrný výkon (W/m 2 ) 68,84 45,54 Maximální výkon (W/m 2 ) 103,12 81,66 Teplo odvedené za 24 h (Wh/m 2 ) 1652,19 1092,98 Tab. IV. Měrné tepelné výkony a teplo odvedené půdnímu masivu za 24h q výkon výměníku přepočtený na 1 m 2 teplosměnné plochy (W/m 2 ).

Faktory ovlivňující spolehlivost zemního výměníku ve funkci nízkopotenciálního zdroje pro TČ: Plocha zemního masivu s výměníkem musí být dostatečně velká, aby došlo v letním období k regeneraci tepla odvedeného v zimním období akumulací solárního a atmosférického tepla. Důležité může být rovněž teplo dodávané zemnímu masivu dešťovými srážkami. Potrubí zemního výměníku musí být dostatečně dlouhé, aby odpovídalo špičkovému zatížení pro vytápění (nebo chlazení). Hloubka uložení zemního výměníku musí být optimalizována jak z hlediska extrémních zimních teplot (tak, abychom měli dostatečný objem zemního masivu jako zdroje tepla), tak i z hlediska akumulace tepla do zemního masivu během teplejších měsíců v roce. Půda by měla být dostatečně tepelně vodivá, aby efektivně přenášela teplo do teplosměnné plochy výměníku. Kontakt mezi zemním masivem a potrubím výměníku musí být efektivní z hlediska sdílení tepla. Potrubí výměníku by mělo být vyrobeno z materiálu, který je odolný, pevný a dostatečně tepelně vodivý.

Teplonosná kapalina by měla účinně sdílet teplo ze stěny potrubí výměníku neměla by být příliš viskózní, měla by mít nízkou toxicitu, měla by mít teplotu tuhnutí pod minimální provozní teplotou systému, a v ideálním případě by neměly být hořlavá. Primární okruh musí být vybaven pojistným ventilem, expanzní nádobou, filtrem a sestavou armatur pro napouštění a odvzdušnění výměníku. Primární okruh by měl pracovat s teplotním spádem 2 5 K. Závěry z ověřování zemních výměníků: Teploty půdního masivu v oblasti výměníků byly v topném období kladné. Vyšší teploty půdního masivu v oblasti lineárního výměníku umožní použít vyšších teplot vypařování chladiva a tím zvýšit COP tepelného čerpadla. Průběhy teplot půdního masivu v topném období a v období stagnace výměníku lze s dostatečnou přesností vyjádřit jednoduchými rovnicemi (8), (9), (10) a (5), (6), (7). Znalost průběhu teplot půdního masivu na povrchu, nebo v jeho blízkosti tvoří, spolu se znalostí tepelných charakteristik půdního masivu a teplot okolního prostředí, důležité podklady pro projekci a řízení energetických systémů s tepelnými čerpadly;

Teploty zemního masivu v oblasti obou výměníků byly po větší část topného období vyšší než teploty okolního prostředí. Výsledky ověřování potvrzují výhody HGHE jako zdroje nízkopotenciální energie a to zejména z hlediska HSPF; Teploty půdního masivu ve 3 topných obdobích ukazují, že rozdíly teplot na počátcích a koncích topných období nejsou významné. Výsledky naznačují, že půdní masiv lze považovat za stabilní nízkopotenciální zdroj energie s dlouhou životností. Měrné tepelné toky odvedené půdnímu masivu v topném období jsou u lineárního výměníku významně vyšší, než u výměníku Slinky. Vyšší odvedené teplo u lineárního výměníku však nezpůsobuje, díky většímu objemu půdního masivu, nižší teploty půdy v oblasti výměníku; Průměrné teploty teplonosné kapaliny vystupující z lineárního výměníku byly vyšší než z výměníku Slinky. Minimální teploty teplonosné kapaliny vstupující do výměníku byly u obou výměníků shodné a dosahovaly výjimečně záporných hodnot; Významnou příčinou nevýhodného laminárního proudění nebo proudění v přechodové oblasti je vysoká koncentrace etylalkoholu v teplonosné kapalině, která neodpovídá minimálním provozním teplotám teplonosné kapaliny.

Děkuji za pozornost