Akumulace tepla do vody Havlíčkův Brod
Proč a kdy potřebujeme akumulovat energii ? Období přebytku /možnosti výroby/ energie
Přenos v čase
Období nedostatku /potřeby/ energie
Akumulace napomáhá srovnat nesoudobost energetických toků mezi zdrojem a spotřebou. Z hlediska času
Základní fyzikálně chemické principy
Akumulace krátkodobá
(hodiny, dny)
Akumulace dlouhodobá
(roční období)
akumulace citelného tepla akumulace latentního tepla jiné procesy
Citelné teplo
Teplo způsobující změnu teploty látky
Latentní teplo
Teplo, které látka vydá nebo pohltí při změně skupenství (bez změny teploty)
Akumulace (ukládání) citelného tepla Pracovní (akumulační) látka ?
Levná, dostupná S co nejvyšší měrnou tepelnou kapacitou
c (J. kg-1.K-1)
Množství tepla potřebného k ohřátí 1kg látky o 1 kelvin.
Měrná tepelná kapacita c (J. kg-1.K-1) vybraných látek a materiálů
voda
vzduch
beton
4 180
1 003
1020
pískovec
840
mramor
920
zemina
920
Teplo pro ohřátí určité hmotnosti látky o rozdíl teplot:
Q = m.c.ΔT (J) cihla plná
900
1 kWh = 3,6 . 106 J
Δt
Q= (V. ρ.c.Δt)/(3,6.106) => V
= (Q.3,6.106)/(ρ.c.Δt)
20
40
4,35
2,17
16315 8157
100 kWh/den (cca 4,2 kW)
60
1,45 m3
-
m3
8
4
-
m3
10,9
5,4
-
m3
Akumulace (ukládání) citelného tepla do vody Příprava teplé vody elektrickou energií (nabíjení v době nízkého tarifu) Solární systémy
Zdroje tepla na tuhá paliva (spalování biomasy) Tepelná čerpadla Kombinace (zapojení) více zdrojů
Akumulace tepla u zdrojů na biomasu (dřevo, pelety,....) Kotle (zdroje) bez regulace výkonu
výkon > potřeba
Kotle (zdroje) s regulací výkonu
výkon ≥ potřeba
Nabíjení rychlé Nabíjení aktuálním výkonem zdroje. Nabíjení plným výkonem, postupné vybíjení. Větší objem AN. Kotel bez regulace výkonu i kotel s regulací výkonu. Nabíjení řízené Menší objem akumulační nádrže, vede ke snížení počtu zátopů v otopné sezóně. Kotel s regulací výkonu. PRINCIP – SCHÉMA ZAPOJENÍ
m=konst
m=konst
m=konst
akumulátor tepla = hydraulický zkrat
okruh zdroje tepla s ustálenými provozními podmínkami - konstantní průtok, konstantní teploty otopné vody – hlídání teploty vratné vody otopná soustava s proměnlivými provozními podmínkami- proměnlivý průtok (termostatické hlavice), řízené - proměnlivé teploty otopné vody (ekvitermní regulace)
Provoz kotle (kusové dřevo) při jmenovitých provozních podmínkách (plný výkon, teploty 80 až 90 °C) - zvýšení provozní účinnosti kotle (až o 20 %), úspora paliva, emisí. AZ nejen u kotlů na dřevo „Citace z návodu na použití“ :
Doporučené dimenzování objemu: kusové dřevo: 50 až 70 l/kW pelety: do 25 l/kW, není nutný AZ Akumulační zásobníky pouze k akumulaci otopné vody Akumulační zásobníky bez vestaveb nebo s možností zabudování elektrické topné vložky
Bez izolace
S izolací
Akumulační zásobníky k přípravě teplé vody a akumulaci otopné vody TV SV AN s vestavěným zásobníkem TV
Od kotle Do otopného systému Z otopného systému
Ke kotli 1350/250
Pro napojení více zdrojů (př. kombinace TP a solární systém u menších objektů)
Akumulace tepla u solárních soustav s celoročním provozem Základní koncepty solárních systémů pro systémy s nemrznoucí směsí, nuceným oběhem, uzavřené, pro přípravu (ohřev) teplé vody pro ohřev bazénové vody pro podporu vytápění a ohřev vody, kombinace účelu Velký průtok (High-Flow) Nízký průtok (Low – Flow) Systém s vysokým průtokem je systém standartní, typizovaných soustav např. pro RD. Průtok 30-70 l/h.m2 kolektorové plochy. V kolektoru dojde ke zvýšení teploty při maximálním slunečním záření o méně než 15 oC (zpravidla o 8-12 oC). Teplonosná látka musí systémem oběhnout několikrát k dosažení požadované teploty. Při přerušovaném svitu ji nemusí dosáhnout vůbec. Zásobník se nabíjí postupně a pomalu. Kolektor je provozován s vyšší účinností. Řazení kolektorů převážně paralelně. Větší dimenze potrubí. Vyšší tlakové ztráty.
Systém s nízkým průtokem je kolektorová soustava pracující s průtokem 8až 15 l/h.m2 (do 20 l/h.m2 ) kolektorové plochy, což je hodnota značně nižší než u klasických soustav. Snížením průtoku se teplota teplonosné kapaliny v kolektoru značně zvýší (až o 50oC). Kolektory jsou řazeny do série. Díky menšímu průtoku není ani u větších polí vysoká tlaková ztráta na kolektorech. Potrubí je menší dimenze (nižší ztráty tepla, úspora materiálu). Spotřebitel má k dispozici rychleji teplotu vody na požadované úrovni. Toto teplo je však nutné uložit do odběrové vrstvy v zásobníku, kde je k dispozici. V tomto systému jsou provozovány převážně velké soustavy. Při dobrém vrstvení jsou vyšší solární zisky. Při použití pro malé systémy narůstá pořizovací cena (stratifikační zásobník).
Tyto systémy se používají ve spojení se stratifikačními zásobníky. Princip stratifikace stratifikace = vrstvení Teplo je ukládáno řízeně do vrstvy o stejné nebo podobné teplotě. V horní části zásobníku je teplota již při nabíjení výrazně vyšší než v dolní a teplo je hned k dispozici. Spodní část zůstává chladnější až do úplného nabití. U zásobníku – vnější výměníky.
Solární systém pro přípravu teplé vody se zásobníkovým ohřívačem s jedním výměníkem Zásobník monovalentní nebo s elektrickým topným tělesem
Solární systém pro přípravu teplé vody se zásobníkovým ohřívačem se dvěma výměníky Zásobník bivalentní bez nebo s elektrickým topným tělesem
Solární systém pro přípravu teplé vody a podporu vytápění Energie vyrobená ze slunečního záření může pokrýt 20-30% potřeby tepla na vytápění. U podpory vytápění narůstá požadavek na počet kolektorů – nadbytek tepla v letním období. Je potřeba dalšího zdroje energie pro zimu. Spojení zdrojů pomocí akumulačních zásobníků – současně zajišťujících ohřev teplé vody. AZ se zásobníkem TUV AZ se spirálovým výměníkem pro ohřev teplé vody – menší objem teplé vody, vyšší teplota AN
Solární systém pro přípravu teplé vody a podporu vytápění Stratifikační zásobník pro akumulaci tepla
Stratifikační zásobník pro akumulaci tepla a přípravu teplé vody
Hustota vody:
40oC
991,8 kg/m3
80oC
971,8 kg/m3
Nabíjení stratifikačního zásobníku
Odběr teplé vody
Větší soustavy přípravy teplé vody
Solární soustava s dvěma paralelně řazenými vyrovnávacími zásobníky a pohotovostním zásobníkem
Stratifikace bez dohřevu stratifikačního zásobníku z jiného zdroje
Akumulační zásobníky v otopných soustavách s tepelným čerpadlem jako zdrojem Nutné je zajistit požadovaný minimální průtok tepelným čerpadlem Zásobník - taktovací – vyrovnávací (snižuje počet startů, zlepšuje roční bilanci, zajistí množství energie pro odtávání výparníku) - akumulační (při systémech s rychlým poklesem teplot v OS, obsah jako rezerva pro dobu vypnutí 2 hod. VT) Samostatně stojící Podstavný
Materiály s fázovou změnou
Materiály s fázovou změnou tzv. PCM´s (Phase Change Materials). Během změny skupenství materiál pojme teplo a při reverzním fázovém přechodu jej uvolní (latentní).
