Návod k výpočtovému nástroji pro hodnocení soustav s tepelnými čerpadly Úvod Výpočtový nástroj má sloužit jako pomůcka pro posuzovatele soustav s tepelnými čerpadly. List 1/2 slouží pro zadání vstupních údajů, list 2/2 zobrazuje výsledky. Posuzovatel zadává klimatické údaje místa instalace pro definici otopného období a letního období, potřebu tepla na vytápění a přípravu teplé vody, definuje základní vlastnosti otopné soustavy (teplotní spád, otopné plochy, pomocná el. zařízení) a přípravy teplé vody (teplota, pomocná el. zařízení) a vlastní použité tepelné čerpadlo (výkonové charakteristiky, charakteristiky topného faktoru), zdroj nízkopotenciálního tepla a související pomocná elektrická zařízení. Níže je uveden podrobný komentář k jednotlivým polím v zadávací a výsledkové tabulce včetně návaznosti na související výpočty. Odkazy uvedené v textu odkazují na obrázky a tabulky dokumentu Matuška, T., Krainer, R.: Výpočtové hodnocení tepelných soustav s tepelnými čerpadly, SFŽP 2011. LIST 1/2 - ZADÁNÍ Identifikační údaje Objekt: Vyplní se označení objektu: rodinný dům, bytový dům, hotel, škola, místní úřad, apod. Adresa: Vyplní se poštovní adresa pro identifikaci polohy objektu. GPS: Vyplní se souřadnice globálního polohového systému. Klimatické podmínky Výpočtová venkovní teplota: Zadává se příslušná oblastní výpočtová venkovní teplota podle místa instalace soustavy (viz tab. A.1 a obr. A.1), korigovaná podle nadmořské výšky (viz tab. A.2). návaznost na výpočet ekvitermní teploty otopné vody, křivky trvání teplot pro otopné období 1/1
Průměrná venkovní teplota v otopném období: Zadává se buď pro skutečné klimatické podmínky otopného období (při hodnocení pro konkrétní rok, viz statisticky zpracované údaje pro otopná období jednotlivých let na základě podkladů ČHMÚ pro MPO) nebo pro normové podmínky otopného období, viz tab. A.1. podle místa instalace soustavy. Poznámka: Hodnota průměrné venkovní teploty v otopném období je svázána s dobou trvání otopného období a mezní teplotou začátku/konce otopného období návaznost na výpočet hodinostupňů a rozdělení potřeby tepla na vytápění do výpočtových teplotních intervalů Doba trvání otopného období : Zadává se buď pro skutečné klimatické podmínky otopného období (při hodnocení pro konkrétní rok, viz statisticky zpracované údaje pro otopná období jednotlivých let na základě podkladů ČHMÚ pro MPO) nebo pro normové podmínky otopného období, viz tab. A.1. podle místa instalace soustavy. Poznámka: Hodnota doby trvání otopného období je dána mezní teplotou začátku/konce otopného období návaznost na výpočet hodinostupňů a rozdělení potřeby tepla na vytápění do výpočtových teplotních intervalů Průměrná celoroční venkovní teplota: Zadává se pro skutečné klimatické podmínky konkrétního hodnoceného roku (viz statisticky zpracované údaje na základě podkladů ČHMÚ) nebo pro normové podmínky, pokud jsou k dispozici. návaznost na výpočet střední teploty letního výpočtového teplotního intervalu a výpočty bilance v letním období Vytápění / otopná soustava: Roční potřeba tepla na vytápění Zadává se potřeba tepla na vytápění pro dané otopné období (změřená nebo vypočtená pro konkrétní klimatické podmínky) nebo stanovená pro normové podmínky (pokud je uvažováno normové otopné období). návaznost na výpočet potřeby tepla na vytápění v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Výpočtová vnitřní teplota Zadává se převažující návrhová teplota ve vytápěných místnostech. návaznost na výpočet ekvitermní teploty otopné vody Průměrná vnitřní teplota v otopném období Zadává se průměrná teplota ve vytápěných místnostech v otopném období při zahrnutí útlumů. návaznost na výpočet hodinostupňů a rozdělení roční potřeby tepla na vytápění do výpočtových teplotních intervalů Návrhová teplota přívodní otopné vody Zadává se podle projektu otopné soustavy, v případě více okruhů s různými návrhovými teplotami se stanoví střední teplota vážená podle výkonu okruhů. 2/2
návaznost na výpočet ekvitermní teploty přívodní otopné vody ve výpočtových intervalech a z ní vyplývající požadované teploty na výstupu z tepelného čerpadla, jeho výkonu a topného faktoru pro vytápění v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Návrhová teplota vratné otopné vody Zadává se podle projektu otopné soustavy, v případě více okruhů s různými návrhovými teplotami se stanoví střední teplota vážená podle výkonu okruhů. návaznost na výpočet ekvitermní teploty přívodní otopné vody ve výpočtových intervalech a z ní vyplývající požadované teploty na výstupu z tepelného čerpadla, jeho výkonu a topného faktoru pro vytápění v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Teplotní exponent otopných ploch Zadává se podle druhu převažujících otopných ploch, např. podlahové vytápění n = 1.1, otopná tělesa n = 1.3, konvektory n = 1.4, apod. návaznost na výpočet ekvitermní teploty přívodní otopné vody ve výpočtových intervalech a z ní vyplývající požadované teploty na výstupu z tepelného čerpadla, jeho výkonu a topného faktoru pro vytápění v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Příkon pomocných zařízení pro vytápění Zadává se součtový elektrický příkon všech pomocných zařízení (kromě tepelného čerpadla), které jsou nezbytné pro funkci tepelného zdroje (tepelného čerpadla) v režimu vytápění a který nebyl zohledněn ve stanovení topného faktoru při normovém zkoušení (protokol o zkoušce od výrobce), např. příkon oběhového čerpadla mezi tepelným čerpadlem a zásobníkem tepla, regulace, elektroventilů, apod. návaznost na výpočet potřeby pomocné energie na vytápění související s provozem tepelného čerpadla a na výpočet celkového sezónního topného faktoru soustav s elektricky poháněnými tepelnými čerpadly Příprava teplé vody: Roční potřeba tepla na přípravu teplé vody Zadává se roční potřeba tepla na přípravu teplé vody (změřená nebo vypočtená). návaznost na výpočet potřeby tepla na přípravu teplé vody v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Návrhová teplota teplé vody Zadává se teplota, na kterou se teplá voda připravuje tepelným čerpadlem. návaznost na výpočet požadované teploty na výstupu z tepelného čerpadla, jeho výkonu a topného faktoru pro přípravu teplé vody v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Příkon pomocných zařízení pro přípravu teplé vody Zadává se součtový elektrický příkon všech pomocných zařízení (kromě tepelného čerpadla), které jsou nezbytné pro funkci tepelného zdroje (tepelného čerpadla) v režimu přípravy teplé vody a který nebyl zohledněn ve stanovení topného faktoru při normovém zkoušení (protokol o zkoušce od výrobce), např. 3/3
příkon oběhového čerpadla mezi tepelným čerpadlem a zásobníkem teplé vody, regulace, elektroventilů, apod. návaznost na výpočet potřeby pomocné energie na vytápění související s provozem tepelného čerpadla a na výpočet celkového sezónního topného faktoru soustav s elektricky poháněnými tepelnými čerpadly Tepelné čerpadlo: Druh tepelného čerpadla Vybírá se ze tří druhů, podle zdroje tepla: země-voda, voda-voda, vzduch-voda; zdroj tepla země (solanka) zahrnuje jak svislé zemní výměníky (vrty) tak vodorovné podpovrchové zemní výměníky; zdroj tepla voda je uvažován jako spodní voda (studny); zdroj tepla vzduch je uvažován venkovní Poznámka: Výpočtový nástroj neumožňuje hodnotit soustavy s tepelnými čerpadly využívající geotermální vody, odpadní vody, odpadní vzduch či aktivně regenerované zemní výměníky. návaznost na výpočet teploty zdroje tepla na vstupu do výparníku tepelného čerpadla, jeho výkonu a topného faktoru pro přípravu teplé vody a vytápění v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech Příkon pomocných zařízení nízkopotenciálního zdroje tepla Zadává se součtový elektrický příkon všech pomocných zařízení (kromě tepelného čerpadla), které souvisí s provozem zdroje tepla pro tepelné čerpadlo, který nebyl zohledněn ve stanovení topného faktoru při normovém zkoušení (protokol o zkoušce od výrobce), např. příkon oběhového čerpadla v zemním vrtu, čerpadla v čerpací studni, apod. návaznost na výpočet potřeby pomocné energie na přípravu teplé vody a vytápění související s provozem tepelného čerpadla a na výpočet celkového sezónního topného faktoru soustav s elektricky poháněnými tepelnými čerpadly Minimální počet hodnot podle normového zkoušení Nezadává se, pouze poskytuje informaci o minimálním počtu pracovních bodů tepelného čerpadla požadovaných pro zadání do tabulek tepelného výkonu a topného faktoru (např. podle EN 14511) Zadání parametrů (tepelný výkon, topný výkon) tepelného čerpadla V rámci normových zkoušek tepelných čerpadel se provádí měření za definovaných teplotních podmínek (vstup teplonosné látky do výparníku, výstup teplonosné látky z kondenzátoru). U tepelných čerpadel země-voda se parametry zadávají minimálně v 6 bodech, voda-voda ve 4 bodech a vzduchvoda v 10 bodech. V případě, že jsou k dispozici celé křivky, lze zadat parametrů více, až 16 hodnot. Okrajové podmínky zadávaných údajů - teplota na výparníku tv1 a teplota na kondenzátoru tk2 je nutné změnit podle druhu zdroje tepla, případně pokud jsou k dispozici i parametry při podmínkách odlišných od normových. V tabulkách jsou uvedeny příklady zadání hodnot výkonu pro různé druhy tepelných čerpadel v souladu s podmínkami EN 14511. Hodnota x značí, že se pole nevyplňuje, pokud není hodnota známa. Analogicky platí pro topný faktor. 4/4
Tab.1 - Příklad minimálního zadání parametrů (výkonu) tepelného čerpadla země-voda tk2 \ tv1-5 0 5 x 35 x 10,0 10,5 x 45 8,5 9,0 9,5 x 55 x 8,0 x x x x x x x Tab.2 - Příklad minimálního parametrů (výkonu) tepelného čerpadla voda-voda tk2 \ tv1 10 15 x x 35 10,0 x x x 45 9,0 9,5 x x 55 8,0 x x x x x x x x Tab.3 - Příklad minimálního parametrů (výkonu) tepelného čerpadla vzduch-voda tk2 \ tv1-15 -7 2 7 35 8,5 9,0 9,5 10 45 7,5 8,0 8,5 9,0 55 x 7,0 x 8,0 x x x x x LIST 2/2 - VÝSLEDKY Potřeba tepla (vytápění, příprava teplé vody) Uveden pouze výsledek kontrolní výpočet, zda potřeba tepla, se kterou byl proveden výpočet v teplotních intervalech se shoduje se zadanou. Teplo dodané tepelným čerpadlem (vytápění, příprava teplé vody) Uvedeno teplo dodané vlastní jednotkou tepelného čerpadla do uvažované tepelné soustavy. Teplo dodané doplňkovým ohřívačem (vytápění, příprava teplé vody) Uvedeno teplo dodané doplňkovým (záložním) tepelným zdrojem do uvažované tepelné soustavy. Jde o rozdíl mezi potřebou tepla a dodávkou tepla z tepelného čerpadla. Hnací energie tepelného čerpadla (vytápění, příprava teplé vody) Uvedena energie přivedená za rok do tepelného čerpadla, např. potřeba elektrické energie pro pohon kompresorového tepelného čerpadla nebo potřeba energie zemního plynu pro pohon plynového motoru či absorpčního tepelného čerpadla. Pomocná elektrická energie soustavy s tepelným čerpadlem (vytápění, příprava teplé vody) Uvedena elektrická energie přivedená za rok pro pomocná zařízení, např. potřeba elektrické energie pro pohon čerpadel zdroje tepla, nabíjecích čerpadel zásobníků, regulace, apod. 5/5
Doba provozu tepelného čerpadla (vytápění, příprava teplé vody) Uvedeno roční využití výkonu tepelného čerpadla pro krytí potřeby tepla. Skutečný sezónní topný faktor soustavy s elektricky poháněným tepelným čerpadlem (vytápění, příprava teplé vody) Stanoven jako poměr mezi ročním dodaným teplem tepelným čerpadlem a potřebou elektrické energie (hnací a pomocné) na provoz celé soustavy s tepelným čerpadlem (jednotka tepelného čerpadla, zdroj tepla, odvod tepla). Pro plynová tepelná čerpadla nelze tímto způsobem určit. Sezónní topný faktor tepelného čerpadla (vytápění, příprava teplé vody) Hodnota není uvedena jako samostatný výsledek. Sezónní topný faktor vlastní jednotky tepelného čerpadla (elektrického, plynového) je stanoven jako poměr mezi dodaným teplem a potřebou hnací energie (elektrické, zemního plynu) z výsledných hodnot uvedených výše. 6/6