MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
DIPLOMOVÁ PRÁCE
BRNO 2007
JIŘÍ KOPECKÝ
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Topný faktor tepelných čerpadel v provozních podmínkách Diplomová práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Martin Fajman, Ph.D.
Jiří Kopecký Brno 2007
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Topný faktor tepelných čerpadel v provozních podmínkách vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. dne………………………………………. podpis diplomanta……………………….
D•kuji touto cestou mému vedoucímu diplomové práce panu Ing. Martinu Fajmanovi, Ph.D. za odborné i metodické vedení, cenné rady, nám•ty a p•ipomínky, které mi pomohly p•i zpracování této diplomové práce. Rovněž chci poděkovat panu Ing. Tomáši Vítězi, Ph.D. za poskytnutí dat naměřených při provozu tepelných čerpadel a za pomoc při získávání potřebných informací.
Abstrakt Tato práce se soustředí na hodnocení provozu a zvláště pak provozního topného faktoru tepelných čerpadel. Základem je vyhodnocování a porovnání provozu dvou zařízení systému vzduch-voda. Ta jsou namontována v odlišných topných systémech, v různých klimatických podmínkách naší republiky. Hlavními parametry pro hodnocení je topný faktor a teplota vzduchu okolního prostředí. Výsledky odhalí do jaké míry je topný faktor závislý na teplotě nízkoteplotního zdroje a jak jej ovlivňují další faktory.
Annotation This work concentrates on a classification of heat pumps and especially on coefficient of performance of a heat pump. The evaluation and comparison of two airwater systems arrangement operation is the basis of this work. These are installed in two different heating systems and in diverse climatic conditions of the Czech Republic. The main parameters are coefficient of performance and temperature of ambient air. The results show how much the coefficient of performance depends on temperature of a low-temperature source and how it’s influenced by other outer factors.
OBSAH 1
ÚVOD....................................................................................................................... 8
2
CÍL PRÁCE........................................................................................................... 10
3
TEORIE TEPELNÝCH ČERPADEL ................................................................ 11 3.1
ZÁKLADNÍ PRINCIP TEPELNÉHO ČERPADLA .......................................... 11
3.2
SYSTÉMY TEPELNÝCH ČERPADEL ......................................................... 11
3.2.1
Zdrojem energie vzduch.................................................................. 11
3.2.1.1
Systém vzduch – voda ............................................................. 12
3.2.1.2
Systém vzduch – vzduch.......................................................... 13
3.2.2
Zdrojem energie půda..................................................................... 13
3.2.2.1
Systém země – voda (zemní plošný kolektor) ......................... 14
3.2.2.2
Systém země – voda (hloubkové vrty)..................................... 14
3.2.3
Zdrojem energie voda ..................................................................... 15
3.2.3.1
Spodní voda ............................................................................. 15
3.2.3.2
Povrchová voda (rybník, řeka)................................................. 16
3.3
BIVALENTNÍ, MONOVALENTNÍ TEPELNÁ ČERPADLA ............................. 17
3.3.1
Bivalentní provoz tepelného čerpadla ............................................ 17
3.3.2
Monovalentní provoz tepelného čerpadla....................................... 18
3.4
ENERGETICKÁ BILANCE TEPELNÝCH ČERPADEL ................................... 18
3.4.1
Hnací energie tepelných čerpadel .................................................. 18
3.4.2
Energie z primárního okruhu tepelného čerpadla.......................... 19
3.5
ENERGETICKÁ EFEKTIVNOST A TOPNÝ FAKTOR TEPELNÝCH ČERPADEL 19
3.6
VÝKON TEPELNÉHO ČERPADLA ............................................................ 21
3.7
TEPELNÉ ČERPADLO Z POHLEDU TERMOMECHANIKY ........................... 22
3.8
PROVOZNÍ PODMÍNKY OVLIVŇUJÍCÍ TOPNÝ FAKTOR ............................. 24
3.8.1
Způsob provedení otopného systému a teplotní spád soustavy....... 24
3.8.2
Vlastnosti nízkoteplotního zdroje.................................................... 24
3.8.3
Teplota zdroje během topné sezóny, v průběhu jednoho dne ......... 25
3.8.4
Klimatické podmínky....................................................................... 27
3.8.5
Vlhkost vzduchu a způsob odtávání ................................................ 28
4
METODIKA SLEDOVÁNÍ PROVOZNÍCH PARAMETRŮ TEPELNÉHO
ČERPADLA .................................................................................................................. 32 4.1 4.1.1
Spotřeba energie pro provoz tepelného čerpadla........................... 32
4.1.2
Teplo dodané tepelným čerpadlem do topného systému................. 33
4.2 5
MĚŘENÍ TOPNÉHO FAKTORU ................................................................ 32
MĚŘENÍ KLIMATICKÝCH PODMÍNEK ..................................................... 34
MĚŘENÍ A VYHODNOCOVÁNÍ PROVOZU TČ .......................................... 35 5.1
RODINNÝ DŮM BRNO ........................................................................... 35
5.1.1
Popis objektu................................................................................... 35
5.1.2
Popis topné soustavy....................................................................... 35
5.1.3
Způsob měření provozních parametrů systému .............................. 36
5.1.4
Vyhodnocení provozního topného faktoru ...................................... 37
5.1.5
Ekonomické zhodnocení provozu tepelného čerpadla .................... 39
5.2
REKREAČNÍ STŘEDISKO KRKONOŠE ..................................................... 40
5.2.1
Popis objektu................................................................................... 40
5.2.2
Popis topné soustavy....................................................................... 41
5.2.3
Způsob měření provozních parametrů systému .............................. 42
5.2.4
Vyhodnocení provozního topného faktoru ...................................... 44
5.2.5
Ekonomické zhodnocení provozu tepelného čerpadla .................... 47
5.3
POROVNÁNÍ DVOU TEPELNÝCH ČERPADEL ........................................... 48
6
ZÁVĚR .................................................................................................................. 50
7
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY................................................................. 52
8
SEZNAM OBRÁZKŮ .......................................................................................... 54
9
PŘÍLOHY.............................................................................................................. 56
1 ÚVOD Cena všech energií v České republice i v celé Evropě stále stoupá a tím podstatně stoupají i náklady na provoz většiny nebytových a zvláště pak obytných prostor. V běžné domácnosti se na spotřebě energie podílí 80% ohřev teplé užitkové vody a vytápění objektu. Z těchto důvodů je zapotřebí řešit, jakým způsobem je možné snížit náklady na provoz obytných nemovitostí. V zásadě nejvhodnějším způsobem pro všechny druhy vytápění je snížení spotřeby energie. Lze snížit energetické ztráty prostupem tepla, ale také větráním. Prostup tepla můžeme snížit vhodným zateplením objektu a použitím oken a dveří s větším tepelným odporem. Výměna vzduchu se dnes často provádí přes rekuperační výměník, ve kterém odvětrávaný vzduch předává tepelnou energii vzduchu čerstvému. Snížení nákladů lze také docílit vhodným zdrojem tepla, případně vhodnou kombinací několika zdrojů. Zde bych vyzdvihl především získávání energie z okolního prostředí (slunce, vzduch, půda, voda), využití odpadního tepla z průmyslových a zemědělských provozů. U těchto způsobů získávání energie vznikají pouze malé provozní náklady, při poměrně velké účinnosti zařízení. Již dnes jsou rozšířeny sluneční kolektory, které čerpají tepelnou energii ze Slunce. Ve velkém rozmachu jsou v poslední době též montáže tepelných čerpadel. Systém, který je znám již od roku 1852, byl do praktického provozu poprvé uveden až v roce 1924 ve Švýcarsku. U nás se začalo toto zařízení v menším rozsahu používat již v padesátých letech dvacátého století. Ve větším počtu se začala tepelná čerpadla montovat v roce 1991 a však největšího rozmachu dosahují až od roku 2000. Tento vývoj je zakreslen v následujícím grafu (obr. 1). Dnes je v České republice nainstalováno kolem 10 000 těchto užitečných zařízení.
Obr. 1 Počet nainstalovaných tepelných čerpadel od roku 1990 8
Jiné země, jako např. Švédsko (přibližně 500 tis. TČ), Švýcarsko (přibližně 120 tis. TČ), Francie (přibližně 300 tis. TČ) apod., mají před námi velký náskok. V těchto zemích, kde se tepelná čerpadla v praxi používají desítky let a prošla úspěšným vývojem, mají bohaté zkušenosti. Většímu rozšíření tepelných čerpadel u nás donedávna bránily poměrně nízké ceny energií, které prodlužovaly ekonomickou návratnost vyšších pořizovacích nákladů. Nutná počáteční investice ve výši 300-500 tisíc Kč je následně vyvážena velmi nízkými provozními náklady. Pro provoz tepelných čerpadel je speciální sazba odběru elektrické energie. Jde o dvoutarifovou sazbu D 56 s operativním řízením doby platnosti nízkého tarifu po dobu 22 hodin (cena kWh: NT - 1,2 Kč, VT - 4 Kč). Vzhledem k tomu, že dodavatelé elektřiny u rodinných domů s tepelným čerpadlem nemontují dva elektroměry (jeden pro tepelné čerpadlo a druhý pro ostatní spotřebu elektrické energie v domě), můžeme díky výhodnému tarifu ušetřit i na běžném provozu domácnosti. Např. pokud je dům vytápěn jinak než elektřinou, je veškerá spotřeba pouze ve vysokém tarifu. Spotřeba běžné domácnosti se pohybuje od 3 do 5 tis. kWh. Cena jedné kWh v nízkém tarifu u sazby D56 je 1,2 Kč⋅kWh-1, ovšem u běžné sazby pro domácnost je cena jedné kWh cca 3,6 Kč⋅kWh-1. Je zřejmé, že při použití tepelného čerpadla mohou náklady na domácnost klesnout i o několik tisíc Kč. V zemědělství je možné tepelná čerpadla využít nejen k ohřevu TUV (případně v kombinaci s chlazením mléka) a k topení v administrativních budovách, ale také k vyhřívání skleníků, k sušení zrna a krmiv a k vysoušení vzduchu v objektech živočišné výroby.
9
2 CÍL PRÁCE Cílem této diplomové práce je vyjádřit, jaké lze u tepelných čerpadel sledovat provozní parametry, a které z nich jsou nejdůležitější pro vyhodnocování provozu jednotlivých zařízení či pro porovnání několika systémů. Také je třeba formulovat na jakých provozních parametrech a vnějších vlivech je závislá velikost a průběh topného faktoru tepelných čerpadel při jejich provozu. Dalším úkolem je na základě teoretických znalostí a praktického provozního měření vyhodnotit činnost dvou tepelných čerpadel systému vzduch-voda tak, aby bylo možné zjistit jaké provozní parametry a jakým způsobem ovlivňují jejich chod. Nejprve je zapotřebí zhodnotit provoz každého jednotlivého zařízení a poté provést jejich porovnání. Vyjádřit, které parametry tato zařízení nejvíce odlišují a proč tomu tak je. K vyhodnocení těchto dvou systémů bude použito především topného faktoru, který bude vyjádřen v různých závislostech. Závěrem práce je, na základě praktického vyhodnocení provozních parametrů, všeobecně vyjádřit, které vnější vlivy a provozní parametry nejvíce ovlivňují činnost tepelných čerpadel, zejména jejich topný faktor.
10
3 TEORIE TEPELNÝCH ČERPADEL 3.1
Základní princip tepelného čerpadla Základem systému tepelného čerpadla je získávání nízkoteplotní energie
na jedné straně a předávání tohoto tepla na straně druhé. Tepelné čerpadlo není kotel, ve kterém získáváme tepelnou energii spalováním. Jeho základem je agregát – kompresor, který stlačuje chladicí látku-chladivo, druhý základ funkce tepelného čerpala. Při stlačení se poruší stavový zákon a z chladiva se uvolní tepelná energie, která je výměníkem - kondenzátorem předána do topné soustavy. Při expanzi je to naopak. Tepelná energie chladivu chybí a je odebírána ve výměníku - výparníku z nízkopotenciálního zdroje. Princip funkce je také patrný z obr. 2.
Obr. 2 Princip funkce tepelného čerpadla
3.2
Systémy tepelných čerpadel
3.2.1
Zdrojem energie vzduch Nejjednodušším způsobem odběru nízkoteplotní energie je odběr tepla
z okolního vzduch, jelikož je ho všude dostatek (obr. 3). Nevýhodou tohoto systému je, že v době největší potřeby tepla má vzduch nízkou teplotu a tepelné čerpadlo pracuje s nízkým topným faktorem. Při nízkých venkovních teplotách vzduchu je vhodná kombinace s jiným zdrojem tepla, který buď pomáhá tepelnému čerpadlu, nebo pokrývá 11
celou tepelnou ztrátu objektu. Tepelná čerpadla vzduch-voda s pístovými kompresory používanými dříve byla prakticky použitelná do venkovních teplot těsně pod 0 °C, což úzce souvisí s jejich ekonomickou efektivností. Nové generace kompresorů s označením Scroll, zcela změnily provozní charakteristiky tohoto systému tepelných čerpadel a posunuly jejich provozní schopnost až do venkovních teplot -20 °C, to jsou teploty, které se v našich klimatických podmínkách vyskytují jen mimořádně a když, tak pouze krátkodobě. Venkovní průměrná teplota v topném období se u nás na převážné většině území pohybuje v rozmezí +3 až +4 °C. Při těchto teplotách kvalitní tepelné čerpadlo vzduch-voda s podlahovým vytápěcím systémem dosahuje topného faktoru 3,3 až 3,4. Tepelná čerpadla odebírající nízkopotenciální energii ze vzduchu nevyžadují prakticky žádné stavební práce jako jsou studny, hlubinné vrty nebo zemní rýhy pro pokládku kolektorů. Jejich instalace je velmi snadná, ničím nepodmíněná a tedy levná.
Obr. 3 Jímání nízkoteplotní energie z okolního vzduchu 3.2.1.1
Systém vzduch – voda U tohoto systému je energie získaná ze vzduchu předána topnému systému
budovy, nejčastěji soustavě s podlahovým topením. Lze jej také využít k ohřevu bazénu či předehřevu TUV. Tepelné čerpadlo vzduch-voda se dodává v těchto provedeních: a) Samostatná venkovní a vnitřní jednotka Venkovní jednotka s ventilátorem je propojena s vnitřní částí izolovaným potrubím, ve kterém proudí chladivo. Venkovní jednotka je relativně malá a lze ji postavit na zem nebo na střechu, případně umístit na venkovní stěnu (závisí na
12
provedení a výrobci). Vzdálenost venkovní a vnitřní části je omezena většinou na 10 m. Vnitřní jednotka je připojena na topnou soustavu stejně jako kotel. b) Kompaktní provedení venkovní Celé tepelné čerpadlo je umístěno ve venkovním prostoru. Propojení s vnitřní topnou soustavou se provede izolovaným potrubím, ve kterém proudí topná voda. Výhodou je, že zařízení nezabírá žádný vnitřní prostor a nezatěžuje ho hlukem. c) Kompaktní provedení vnitřní Celé tepelné čerpadlo je umístěno ve vnitřním prostoru. K čerpadlu musí být z venkovního prostoru přiveden vzduch a ochlazený vzduch odváděn zpět do venkovního prostoru (průměr sacího i výfukového potrubí se odvíjí od výkonu tepelného čerpadla, tzn. asi 400 mm do 600 mm). Aby mezi nasávaným a vyfukovaným vzduchem nedocházelo k promíchání a tím snížení účinnosti, musí být sací a výfukový otvor v dostatečné vzdálenosti od sebe. Vnitřní provedení je levnější než venkovní, ale zabírá podstatně více vnitřního prostoru (zejména díky rozměrnému vzduchovému potrubí). 3.2.1.2
Systém vzduch – vzduch Tento systém předává teplo získané z venkovního vzduchu přímo vzduchu
vnitřnímu. Ve většině případů je používán v systémech s klimatizací. 3.2.2
Zdrojem energie půda Další systémem tepelných čerpadel u nás požívaných je země-voda, někdy také
označovaný solanka-voda (obr. 4).
Obr. 4 Odběr tepla ze zemních kolektorů a z vrtu 13
Zde, zpravidla v plastovém potrubí, proudí voda s přísadami, které z ní dělají nemrznoucí kapalinu. Délka těchto potrubí je závislá na tom, jak a kam se budou ukládat. Teplo ze země lze v zásadě získávat dvěma způsoby a sice z plošných kolektorů, anebo z hlubinných vrtů. 3.2.2.1
Systém země – voda (zemní plošný kolektor) Při horizontálním ukládání pod nezámrznou hloubku je nutný pozemek, který je
tímto prakticky znehodnocen pro případnou další výstavbu. Zemní kolektor (plastová trubka, kterou proudí nemrznoucí kapalina) se ukládá
s roztečí kolem 1 m což
znamená, že 1 m hadice odpovídá 1 m2 plochy kolektoru, hloubka uložení je minimálně 1 m. Délka jedné smyčky je omezena z důvodu tlakových ztrát na 350 m. Při použití více smyček je vhodné, aby smyčky měly stejnou délku. Schopnost země předávat teplo závisí na kvalitě půdy a pohybuje se mezi 10 - 40 W/m2. Teplota zeminy v hloubce 1 m kolísá v průběhu roku od 3 °C (leden) až do 18 °C (srpen) a proto lze pro dimenzování kolektoru uvažovat se vstupní teplotou do tepelného čerpadla okolo 0 °C. Pokud nejsou k dispozici podrobnější údaje o vlastnostech povrchové vrstvy zeminy, je možné uvažovat s průměrnými tepelnými toky uvedenými v následující tabulce. Tab. 1 Výkon půdních kolektorů při odběru tepla ze země
3.2.2.2
Výkon půdních kolektorů
qz [W/m2]
suché nesoudržné půdy
10-15
vlhké soudržné půdy
15-20
velmi vlhké soudržné půdy
20-25
půdy obsahující vodu
25-30
půdy s výskytem spodní vody
30-40
Systém země – voda (hloubkové vrty) Tepelné čerpadlo využívá odběru tepla z hloubkových vrtů. Do vrtů se uloží
plastová trubka, ve které proudí nemrznoucí kapalina. Pro tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW je třeba přibližně 120 – 180 m vrtů. Jednotlivé vrty mohou být hluboké až 150 m. Vrty musí být umístěny nejméně 10 m od sebe. Vrty se po založení kolektorů zaplní, aby došlo k trvalému a stabilnímu spojení zemního kolektoru s okolní horninou. Hloubka a počet vrtů závisí především na geologických podmínkách, zejména pak na
14
proudění spodní vody, tepelné vodivosti zeminy a použité technologii vrtání. Obvyklé hloubky vrtů se pohybují od 50 do 120 m. Při větším počtu vrtů se celková délka rozdělí do více vrtů stejné délky. Pokud geologické podmínky, nebo technologie vrtání neumožní dosáhnout hloubky 50 m, je vhodné zvětšit celkovou délku vrtů o 10 %. Průměrná teplota zeminy v hloubce 2 m je během roku +10 °C a směrem do hloubky roste o 3 °C na každých 100 m hloubky. Lze tedy při dimenzování používat spolehlivě střední teplotu směsi okolo 0°C na vstupu do tepelného čerpadla. Není-li k dispozici podrobný geologický průzkum o podloží v okolí vrtu, lze vrt předběžně dimenzovat na tyto hodnoty měrných tepelných toků: Tab. 2 Výkon vrtu při odběru tepla ze země Výkon vrtu
qz [W/m]
hornina s velkým výskytem spodní vody
100
pevná hornina s vysokou tepelnou vodivostí
80
normální pevná hornina
55
suchá zemina s nízkou tepelnou vodivostí
30
Tepelná čerpadla země – voda se dodávají ve dvou provedení: a) Zemní výměník je naplněn solankou U tohoto provedení je výparníkem deskový výměník, ve kterém se předává teplo solanky chladivu v okruhu tepelného čerpadla. b) Zemní výměník je naplněn chladivem V tomto systému je zemní kolektor přímou součástí okruhu tepelného čerpadla a plní funkci výparníku. 3.2.3 3.2.3.1
Zdrojem energie voda Spodní voda Odběr tepla ze spodní vody patří k nejproblematičtějším systémům. Na jedné
straně nabízí zdroj tepla o relativně vysoké teplotě 7 - 12°C (průměrně se uvažuje 10 °C na vstupu do čerpadla), což znamená po celý rok příznivý topný faktor čerpadla, na druhé straně je toto řešení spojeno s některými riziky. Voda se čerpá z čerpací studny, a po ochlazení ve výparníku se vrací do vsakovací studny (obr. 5). Musí jí být k dispozici dostatek, asi 180 l⋅h-1 na 1 kW výkonu tepelného čerpadla. Toto množství je 15
třeba mít k dispozici trvale, hlavně v období, kdy venku nejvíce mrzne a zemské vláhy je minimum. Dostatečné množství spodní vody bývá tím hlavním problémem, který limituje použitelnost tohoto, jinak energeticky velmi výhodného, systému. Použití spodní vody musí být povoleno příslušným vodohospodářským úřadem. Druhou podmínkou je čistota vody, aby nedocházelo k zanášení výměníku, případně filtru. Vždy je nutné provést rozbor spodní vody a zvážit výhodnost tohoto systému. V neposlední řadě je zde riziko zamrzání vody na výparníku tepelného čerpadla při poruše vodního čerpadla ve studni, to je však řešitelné vložením hlídače průtoku, který při snížení průtoku vody tepelné čerpadlo včas vypne. Systém voda-voda, ať je svou energetickou povahou nejvýhodnější asi v našich podmínkách nebude mít příliš širokého uplatnění.
Obr. 5 Jímání tepla ze spodní vody 3.2.3.2
Povrchová voda (rybník, řeka) Při využití vody z rybníka nebo řeky se většinou na dno pokládá kolektor
vytvořený z plastových trubek, kterým proudí nemrznoucí teplonosná látka. V některých případech lze vodu přivádět přímo k tepelnému čerpadlu a ochlazenou ji vypouštět zpět do řeky (obdobně jako při využití spodní vody). Problémem je ale znečištění vody a nutnost platit za odběr vody. Řeka: Z důvodu nízké teploty vody v zimním období nemůže být voda přímo čerpána pro potřebu tepelného čerpadla, jelikož by při ochlazení zamrzala. Jednoduchým způsobem odběru tepla, u objektů s náhonem, je umístit na dno či stěny náhonu výměník z trubek.
16
Jezero, rybník: Nesmí dojít k dlouhodobému vypuštění, pak je možno položit plošný kolektor s hadic na dno s roztečí okolo jednoho metru.
3.3
Bivalentní, monovalentní tepelná čerpadla
3.3.1
Bivalentní provoz tepelného čerpadla Potřeba výkonu pro vytápění se během roku mění. Dimenzovat tepelné čerpadlo
pro maximální výkon je obvykle neekonomické, protože je nutno pořídit nejen dražší tepelné čerpadlo, ale zejména nízkoteplotní zdroj (např. vrty). Výkonnější tepelné čerpadlo a delší vrty či větší zemní kolektor výrazně zvyšují pořizovací náklady. Proto se systém doplňuje dalším, tzv. špičkovým zdrojem tepla, obvykle elektrokotlem. Zásadní nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že elektrokotel zvyšuje potřebnou kapacitu elektrické přípojky.
Obr. 6 Obvyklý způsob bivalentního chodu tepelného čerpadla Při navrhování bivalentního zdroje je zapotřebí stanovit teplotu, při které bude spouštěn. Tato teplota se nazývá "bivalentní bod" a je závislá zejména na výkonu tepelného čerpadla a teplotě topného média, kterou topný systém vyžaduje. V principu může tepelné čerpadlo spolupracovat s libovolným tepelným zdrojem. Problémem je však zajistit, aby regulace obou zdrojů spolupracovaly. Mnoho tepelných čerpadel na našem trhu je vybaveno pouze poměrně jednoduchou regulací, která neumí spolupracovat s dalším (nadřazeným) regulátorem.
17
Jako bivalentní a záložní zdroj mohou ovšem sloužit i interiérová kamna či krb, která nejsou napojena na tepelnou soustavu. Topí-li se v těchto kamnech, může vytápěcí systém dodávat nižší výkon. 3.3.2
Monovalentní provoz tepelného čerpadla U moderních, dobře izolovaných, rodinných domů se tepelná ztráta pohybuje do
10 kW. V takovém případě lze uvažovat i o monovalentním provozu tepelného čerpadla. Zvýšení investičních nákladů už není tak výrazné. Výhodou je to, že systém nemusí spolupracovat s dalším zdrojem. Mírné předimenzování zdroje v tomto případě není na závadu, naopak zvyšuje jeho spolehlivost. Monovalentní provoz tepelného čerpadla není samozřejmě možný u typu vzduch–voda, jelikož okamžitý výkon těchto tepelných čerpadel klesá s venkovní teplotou, takže pro monovalentní provoz bychom potřebovali výrazně větší tepelné čerpadlo než pro provoz bivalentní.
3.4
Energetická bilance tepelných čerpadel
3.4.1
Hnací energie tepelných čerpadel K provozu tepelného čerpadla je zapotřebí hnací energie, nejčastěji energie
elektrické. Elektrická energie je zapotřebí pro činnost kompresoru tepelného čerpadla, ale také pro pohon oběhového čerpadla v zemním kolektoru či vrtu (u systému zeměvoda), nebo k pohonu ventilátoru výparníku TČ (u systému vzduch-voda).
Obr. 7 Závislost příkonu tepelného čerpadla na teplotě nízkoteplotního zdroje - vzduchu u TČ Dimplex LA 11 AS 18
Tepelné čerpadlo umožňuje využívat výhody nízkého tarifu. V sazbě pro tepelná čerpadla (D 55, D 56) má spotřebitel k dispozici levnější proud po dobu 22 hodin denně. To znamená, že většina spotřeby domácnosti připadá na dobu nízkého tarifu. U ostatních elektrických vytápění je doba nízkého tarifu kratší, tím roste i podíl ostatní spotřeby v domě. Jak lze vyčíst z obr. 7, příkon tepelného čerpadla je znatelně vyšší při vyšším teplotním spádu topné soustavy a klesá s klesající teplotou nízkopotenciálního zdroje. 3.4.2
Energie z primárního okruhu tepelného čerpadla Primární
energie
je
u
tepelných
čerpadel
získávána
přes
výměník
z nízkopotenciálních zdrojů (vzduch, voda, země) a po transformaci na vyšší teplotní úroveň je využívána v topné soustavě. Tvoří většinový podíl z celkového množství energie vystupující z tepelného čerpadla. Množství energie získané z primárního okruhu je závislé především na teplotě nízkopotenciálního média. Stejné množství energie např. získáme při ochlazení vzduchu ve výparníku z 10°C na 5°C, jako při ochlazení z -5°C na -10°C. Ovšem při nižších teplotách je mnohem problematičtější potřebnou energii získat. Pro nízkoteplotní vytápěcí systémy v domech požadujeme teplotu 30-50°C. Zdroje tepla pro tepelná čerpadla mají různé teploty. Aby byl rozdíl hladin co nejmenší, je tedy žádoucí ochlazovat co nejteplejší látku. Teoreticky můžeme ochlazovat cokoli až k absolutní nule (-273°C). Pro běžnou praxi se teploty ochlazovaných látek pohybují kolem 0°C.
3.5
Energetická efektivnost a topný faktor tepelných čerpadel Energetickou efektivitu většiny zařízení posuzujeme podle jejich účinnosti.
To je poměr mezi energií přivedenou (např. ve formě paliva) a energií získanou (např. ve formě tepla dodaného do topného systému). Každý stroj má určité ztráty, proto je účinnost vždy nižší než 1 (resp. 100%). U tepelného čerpadla se efektivita vyjadřuje topným faktorem εT (značí se také COP, z anglického Coefficient of Performance, popř. SPF Seasonal Performance Factor). Udává spotřebu vstupní energie (elektřiny pro pohon kompresoru) k množství získané tepelné energie. Topný faktor je jedním z nejdůležitějších parametrů tepelného čerpadla a je vyjádřen rovnicí:
19
εT =
Q E
Q – Teplo dodané do vytápění E – Energie pro pohon tepelného čerpadla Teplo získané z okolí se neuvažuje, takže topný faktor je vždy větší než 1 (obvykle 2-5). Ačkoli z pohledu fyziky tomu tak není, s nadsázkou lze říci, že účinnost tepelného čerpadla je vyšší než 100%. Pokud bychom chtěli zjistit skutečnou účinnost tepelného čerpadla, museli bychom do vstupní energie zahrnout i teplo odebrané z okolního prostředí, takto stanovená účinnost by byla nižší než 1 (resp. 100%). Pro porovnání dvou tepelných čerpadel podle topného faktoru je vždy nutné znát podmínky, za kterých je uvedený topný faktor dosažen, tedy teplotu vstupního média v primárním okruhu a teplotu média vystupujícího z tepelného zdroje soustavy. Tepelné čerpadlo spotřebovává více energie při velkém rozdílu teplotních hladin. Teplota zdroje (vzduch, půda, voda) během roku kolísá, taktéž může mírně kolísat i výstupní teplota z tepelného čerpadla.
Obr. 8 Porovnání energetické efektivnosti spalovacího kotle a tepelného čerpadla Při hodnocení efektivity je třeba si uvědomit, že se obvykle porovnávají různé druhy energií. Elektřina je universální energie, nenahraditelná pro provoz mnoha spotřebičů a strojů. Naproti tomu teplo lze získat mnoha různými způsoby, zejména spalováním dřeva či fosilních paliv. Tepelné čerpadlo je tedy plně srovnatelné jen s elektrickým vytápěním. Při srovnání tepelného čerpadla a tepla ze zemního plynu, je 20
třeba zvážit nejen prostou úsporu energie (kWh), ale i produkci emisí, nebo jiné zatížení životního prostřední.
3.6
Výkon tepelného čerpadla Výkon tepelného čerpadla má podobný průběh jako topný faktor. S klesající
teplotou nízkoteplotního zdroje klesá i výkon tepelného čerpadla (obr. 9). Pro stanovení požadovaného výkonu zařízení a jeho kompresoru je třeba znát celkovou spotřebu energie pro vytápění objektu při nízkých venkovních teplotách. U tepelných čerpadel je zvláštností, že se jejich výkon většinou nedimenzuje na 100% tepelných zdrát, ale používá se doplňkového, převážně elektrického, zdroje. Je běžnou praxí, že tepelná čerpadla vzduch-voda jsou dimenzována na 70-80% tepelných ztrát objektu. Jako určující se uvádí výkon tepelného čerpadla při venkovní teplotě kolem 0°C. Tepelné čerpadlo země-voda nebo voda-voda je možno navrhnout tak, aby svým výkonem pokrylo celou potřebu tepla a bylo tzv. monovalentní. V praxi se však z ekonomických důvodů často dimenzují na 50-60% tepelných ztrát.
Obr. 9 Závislost výkonu na venkovní teplotě vzduchu u TČ Dimplex LA 11 AS Jelikož teplota nízkoteplotního zdroje, zvláště pak u tepelného čerpadla vzduchvoda, je během provozu často nižší než 0°C, klesá též výkon zařízení. Např. vzduchové tepelné čerpadlo, v topném systému s podlahovým vytápěním o výkonu 11 kW (při 5°C) má při teplotě -10°C výkon 6,5 kW a při teplotě -15°C výkon pouze 5,5 kW (obr. 9).
21
3.7
Tepelné čerpadlo z pohledu termomechaniky Teoreticky jsou tepelná čerpadla nejčastěji popisována obráceným Carnotovým
oběhem. Tento ideální obrácený Carnotův oběh je vhodný jako porovnávací oběh pro tepelná čerpadla. Carnotův oběh (obr. 10) tvoří isoentropická komprese par (1-2), na níž navazuje isotermická kondenzace par (2-3) při teplotě Tk. Do vnějšího okolí je uvolněno teplo (qk) jeho velikost je dána součtem tepla odebraného ve výparníku (q0) s kompresní prací kompresoru (a). V expanzním ventilu kapalná pracovní látka (chladivo) isoentropicky expanduje do plynného stavu, resp. do stavu mokré páry (3-4). Teplota poklesne z Tk na Tv. Ve výparníku pak dochází k isotermickému vypařování pracovní látky při stálé teplotě Tv a stálém tlaku pv (4-1). Teplo (q0) potřebné k vypařování pracovní látky je odebíráno z vnějšího prostředí.
Obr. 10 Obrácený Carnotův oběh v T-s diagramu U obráceného Carnotova oběhu lze topný faktor určit z T-s diagramu. Je dán rovnicí: εc =
qk S1 + S 2 TK = = [-] a S2 Tk − Tv
qk – je teplo přivedené do kondenzátoru qk = q0 + a [J] q0 – je teplo přivedené do výparníku [J] a – kompresní práce [J] Tk – teplota kondenzace [K] Tv – teplota vypařování [K] 22
Obrácený Carnotův oběh, jak již bylo řečeno, je oběh ideální, který nelze uplatnit u skutečného zařízení. Aby bylo možno co nejsnáze provádět tepelné výpočty chladících oběhů, tedy i tepelných čerpadel, využívá se zidealizovaného Rankinova levotočivého oběhu (obr. 11). V něm jsou na rozdíl od skutečného oběhu TČ zanedbány tepelné i hydraulické ztráty. I přesto jsou odchylky obráceného Rankinova oběhu od skutečného oběhu TČ minimální a tudíž se při technických výpočtech zanedbávají. V levotočivém Rankinově oběhu probíhají tyto změny stavu, isoentropická komprese (1´-2´) do stavu přehřáté páry, ta pak za stálého tlaku (isobaricky) kondenzuje (2´-2-3). Následně probíhá isoentalpická expanze (3-4´) na níž navazuje isotermické vypařování (4´-1´).
Obr. 11 Teoretický oběh tepelného čerpadla - obrácený Rankinův oběh v T-s diagramu Topný faktor obráceného Rankinova oběhu lze vypočítat z rovnice: εr =
qk [-] a
Teplo odvedené ve výparníku (q0) je dáno plochou 1´4´ab1´ a kompresní práce (a) plochou 1´2´234´1 dle obr. 11. Stupeň Carnotizace skutečného tepelného čerpadla se vyjadřuje poměrem jeho topného faktoru (ε) k topnému faktoru obráceného Carnotova oběhu (εc) jakožto porovnávacímu oběhu: η=
ε [-] εc
23
3.8
Provozní podmínky ovlivňující topný faktor V provozu není topný faktor závislý jen na typu zařízení, ale především na
provozních podmínkách tepelného čerpadla. Na provoz zařízení působí především otopná soustava, vlastnosti nízkoteplotního zdroje a klimatické podmínky. 3.8.1
Způsob provedení otopného systému a teplotní spád soustavy Zvláště při montáži tepelného čerpadla do starších budov, které mají topný
systém s teplotním spádem 70/90 (teplota vody vstupující do topného zařízení/teplota vody vystupující) je třeba zvážit zda použít tohoto stávajícího systému, nebo jej upravit na soustavu s nižším teplotním spádem. U tepelných čerpadel je výhodnější, když je výstupní teplota topné vody maximálně okolo 50°C. Důvodů je několik. V porovnání s tepelným čerpadlem, u kterého je teplota výstupní vody kolem 90°C, má takové zařízení vzhledem k vypařovací a kondenzační teplotě lepší topný faktor a může pracovat při nižších teplotách nízkoteplotního zdroje. Z toho vyplývá, že čím je větší rozdíl mezi kondenzační teplotou (teplotou vstupující do topného systému) a teplotou vypařovací (teplotou nízkoteplotního zdroje), tím nižší je topný faktor tepelného čerpadla. U zařízení, která pracují při vyšším teplotním spádu soustavy, jsou tedy větší provozní náklady, ale také vyšší pořizovací cena. Proto se dnes s výhodou u nových montáží tepelných čerpadel využívá velkoplošného nízkoteplotního vytápění, především podlahového topení. 3.8.2
Vlastnosti nízkoteplotního zdroje Pro dosažení co největšího topného faktoru musí být dodrženo několik
základních parametrů nízkoteplotního zdroje. -
co nejvyšší teplotní úroveň nízkoteplotního zdroje
-
co
nejmenší
teplotní
rozdíl
mezi
požadovaným
tepelným
tokem
z kondenzátoru tepelného čerpadla a nízkoteplotním zdrojem energie -
dostupnost zdroje energie v libovolném čase (v průběhu potřeby tepelného výkonu) při jeho nejvyšší teplotě
-
co nejmenší energetická náročnost dopravy hmotnostního toku zdroje nízkoteplotní energie do systému tepelného čerpadla
-
co nejmenší fyzikální a mechanické účinky zdroje na výměníky tepla v systému tepelného čerpadla (koroze, zamrzání) 24
-
co nejmenší další investice na získání zdroje energie
-
co nejmenší závislost zdroje na geografických podmínkách, podnebí a klimatických podmínkách
V podstatě neexistuje zdroj nízkoteplotní energie pro tepelná čerpadla, který by optimálně splňoval všechny uvedené podmínky. Některé z uvedených podmínek jsou vzájemně neslučitelné a je zřejmé, že je obtížné najít ideální zdroj energie pro výparník tepelného čerpadla, resp. označit některý za nejvýhodnější. 3.8.3
Teplota zdroje během topné sezóny, v průběhu jednoho dne Změna teploty zdroje je závislá především na jeho druhu. V tomto případě lze
rozdělit zdroje do dvou skupin. Do první skupiny zdrojů patří půda a podzemní voda, u nichž je teplota během sezóny téměř neměnná. Tyto zdroje jsou jen velmi málo ovlivňovány klimatickými podmínkami. Jedinou měřitelnou změnou teploty může být její mírný pokles s blížícím se koncem topné sezóny způsobený odběrem tepelné energie. Pokud teplota takového zdroje během sezóny rychle klesá, může to být způsobeno poddimenzováním kolektoru.
průměrná venkovní teplota [°C]
25 20 15 10 c
5 0
n
n
du
le
be
de
ec in os
pr
lis
sr
to
pe
pa
n
d
-5
měsíc v roce
1998
1999
2000
2001
2002
2003
Průměr
Obr. 12 Průměrné měsíční teploty a průměr měsíčních teplot v průběhu topné sezóny
25
a) letní den
b) zimní den
Obr. 13 Typický průběh teploty vzduchu během letního a zimního dne Do druhé skupiny zdrojů patří vzduch a povrchová voda, jejichž teplota se během topné sezóny (obr. 12) i v průběhu 24 hodin (obr. 13) výrazně mění, v závislosti na klimatických podmínkách. Pro optimální dimenzování tepelných čerpadel systému vzduch-voda nestačí určit nejnižší možnou venkovní teplotu, nebo průměr teplot během topné sezóny. Je třeba zjistit četnost průměrných denních teplot v průběhu roku (obr. 14), resp. topné sezóny, vyjádřenu počtem dní trvání určité průměrné teploty pro danou lokalitu.
Obr. 14 Četnost teplot vzduchu pro některá města v ČR Nevýhodou kompresorových tepelných čerpadel je závislost tepelného výkonu na výparné teplotě. Při použití tepelných čerpadel systému vzduch-voda pro topné účely potřeba tepelného výkonu stoupá se snižováním venkovní teploty. Zároveň klesá
26
tepelný výkon, topný faktor a zhoršují se parametry technicko-ekonomické efektivnosti celého systému. 3.8.4
Klimatické podmínky Jsou neovlivnitelné vnější podmínky působící výrazně na provoz tepelných
čerpadel. Mezi nejdůležitější patří: -
Nadmořská výška - s nárůstem nadmořské výšky o 100 m poklesne teplota vnějšího vzduchu zhruba o 0,5°C.
-
Orientace výparníku ke světovým stranám - důležitý je především směr svahu, na jižně orientované svahy dopadá v zimě o 10 až 30 % globálního slunečního záření více než na svahy severní. Zejména v podzimním období mohou mlhy snížit solární zisky.
-
Tvar terénu - teploty vzduchu jsou v údolích a na vrcholech kopců nižší než v chráněných polohách a na jižních svazích. V údolních oblastech se mohou hlavně v noci vytvářet tzv. jezera studeného vzduchu vlivem jeho klesání do nižších poloh. Údolí a kotliny se oproti úbočím a svahům vyznačují výraznými denními teplotními výkyvy.
Obr. 15 Tepelné ztráty budovy (v %) a teplota okolního vzduchu v závislosti na jejím umístění v terénu -
Povětrnostní poměry - zatížení větrem ovlivňuje spotřebu tepla na vytápění v zimním období. Proudění vzduchu výrazně ovlivňuje hodnotu součinitele přestupu tepla na vnější straně výparníku. Vhodnou orientací lze negativní vliv větru eliminovat. Přesné zjištění povětrnostních poměrů v dané lokalitě vyžaduje
dlouhodobé
pozorování
starousedlíků. 27
i získávání
informací
např.
od
Obr. 16 Rozložení působení větru v závislosti na morfologii terénu 1 – preferovaná poloha na osídlení, 2 – údolní vítr, 3 – zóna silného větru, 4 – zóna větrné eroze, 5 – zóna silného větru, 6 – větrné maximum, 7 – větrný pokles, 8 – závětrná chráněná zóna, 9 – zóna větrného zlomu, 10 – větrný úbytek -
Hustota okolní zástavby - v hustě zastavěných lokalitách může být teplota vnějšího vzduchu o 5 až 10 °C vyšší než ve volné krajině.
-
Hustota a druh okolní vegetace - zalesněné plochy zadržují vláhu a tím ovlivňují vlhkost a teplotu okolního vzduchu a vytváří přirozenou ochranu před větrem. Cílenou výsadbou zeleně lze i částečně usměrňovat a odvádět studený vzduch.
-
Vodní toky a plochy - vzhledem k vysoké tepelně akumulační schopnosti vody mohou zmírňovat teplotní výkyvy ve svém okolí.
3.8.5
Vlhkost vzduchu a způsob odtávání Jednou z nevýhod používání venkovního vzduchu jako zdroje nízkoteplotní
energie pro tepelná čerpadla je možnost vytváření námrazy na výparníku. Kondenzace vody na výparníku zlepšuje přestup tepla (o 50 až 100% podle obsahu vlhkosti ve vzduchu), pokud povrchová teplota výměníku je větší než 0 °C. Při poklesu pod bod mrazu vzniká námraza, která výrazně snižuje přestup tepla a zvyšuje průtokové odpory vzduchu přes výměník. Při dlouhé provozní periodě a vysokém obsahu vodních par ve vzduchu může výparník kompletně zamrznout. Při teplotách venkovního vzduchu nad 2°C možno počítat s přirozeným rozmrzáním vzniklé námrazy v čase, kdy tepelné čerpadlo není v provozu při zapnutém ventilátoru venkovního výměníku vzduchu. Studený zimní vzduch teploty pod -8°C při relativní vlhkosti 70% obsahuje tak málo vodních par, že vytváření námrazy je zanedbatelné i po několika dnech. Pro vytváření
28
námrazy je kritické tepelné rozmezí mezi +2°C a -8°C, kdy je zároveň vysoká absolutní vlhkost vzduchu. Odtávací cyklus v oběhu tepelného čerpadla je potřebný podle množství námrazy i několikrát za hodinu. V tomto čase tepelné čerpadlo nedodává tepelný výkon. K odtávání výparníku se používá několika způsobů. Nejběžnější bývá odtávání elektrickými topnými tyčemi, které jsou instalovány přímo ve výparníku (obr. 17). Tento systém je jednoduchý, ale poměrně nevýhodný, jelikož vzniká další nemalý odběr elektrické energie.
Obr. 17 Odtávání výparníku elektrickými topnými tyčemi Druhou možností je tzv. reverzace chodu. Jednoduše řečeno, výparník a kondenzátor si pomocí přepnutí čtyřcestného ventilu vymění své funkce. Provedení čtyřcestného ventilu je znázorněno na obr. 18.
Obr. 18 Princip čtyřcestného ventilu výtlak a sání je označení potrubí, která vedou ke kompresoru 29
Nevýhodou je odběr tepla ze zásobníku vody pro ústřední topení a tím zhoršený průměrný topný faktor. Další nevýhodou je zvýšení pořizovací ceny tepelného čerpadla. Výhodou je, že při odtávání nevzniká tak znatelný nárůst spotřeby elektrické energie jako při použití topných tyčí. Novinkou poslední doby je nový systém odtávání od firmy Tepelná čerpadla Mach, označený zkratkou VHM. Tento patentovaný systém využívá pro odtávání výparníku zbytkového tepla v jednoduchém chladivovém okruhu. Technické řešení spočívá v použití dvou výparníků, z nichž každý má dva nezávislé chladivové okruhy (obr. 19). Jeden chladivový okruh slouží pro vypařování chladiva a druhý pro odtávání vzniklé námrazy kapalným chladivem. K odtátí se využívá zbytkového tepla kapalného chladiva v chladícím okruhu, které proudí od kondenzátoru – ohřívače vody a prochází jedním výparníkem před tím, než vstupuje do vstřikovacího ventilu druhého výparníku. Systém správného směrování toku chladiva je ovládán trojicí elektromagnetických ventilů. Pro funkci dvou výparníků jsou uzavřena potrubí kapalného chladiva v okruhu každého výparníku. Kapalné chladivo je přivedeno pomocí třetího elektromagnetického ventilu, který umožní přímý vstup na oba vstřikovací ventily. V případě, kdy dochází ke zvýšené námraze, dojde za provozu k uzavření příslušného směru kapalného chladiva a následně dochází k otevření patřičného elektromagnetického ventilu. Ten zajistí přívod kapalného chladiva přes namrzlý výparník
ke vstřikovacímu ventilu
druhého výparníku. Při tomto zapojení dochází k pozvolnému odtávání výparníku s námrazou. Vzhledem k tomu, že zbytkového tepla není mnoho, je každý výparník dimenzován na 100% chladícího výkonu. Minimální doba chodu jednoho výparníku je 80 minut. Výsledný čas potřebný pro odtátí výparníku při kondenzační teplotě +28°C je cca 24 minut. Po odtátí dochází k přesměrování průtoku chladiva na druhý výparník (totožně obrácená funkce). Po odtávání druhého výparníku jsou v činnost zapojeny opět dva výparníky - tedy 200% chladící plochy. Toto řešení má za následek výrazné zvýšení celkového topného faktoru. Tímto řešením, je docíleno : 1. stálého topného výkonu ( nejsou výpadky topného výkonu při odtávání ) 2. celkové zvýšení topného faktoru samotného tepelného čerpadla 3. celkové zvýšení provozního topného faktoru při vytápění 4. zvýšení životnosti 5. snížení provozních nákladů
30
Tento systém odtávání má sice větší nároky na pořizovací cenu zařízení, avšak provozní náklady nikterak nevzrostou a navíc má tento systém i další výhody, jak již bylo popsáno.
Obr. 19 Funkční schéma systému MACH VHM 1. kompresor, 2. první stupeň kondenzace, 3. deskový kondenzátor, 4. sběrač kapalného chladiva, 5. dehydrátor, 6. průhledítko, 7. výparník, 8. odlučovač kapaliny 31
4 METODIKA
SLEDOVÁNÍ
PROVOZNÍCH
PARAMETRŮ
TEPELNÉHO ČERPADLA Při provozu tepelného čerpadla je zapotřebí sledovat především množství vstupní a výstupní energie a parametry vnějšího prostření ovlivňující jeho provoz. Pro přesné vyhodnocování provozu je vhodné provádět měření v intervalech kratších než jeden den, nejlépe každou hodinu. Pro tento způsob měření není možné provádět osobní odečet hodnot z jednotlivých měřidel, ale je zapotřebí nainstalovat softwarový systém, který bude provádět měření samočinně v pravidelných intervalech. Pokud bude měření prováděno pouze pro vlastní potřeby (pro zhodnocení ekonomiky provozu) je možné hodnoty odečítat z jednotlivých měřidel pouze jednou denně. Tato data pak nelze považovat za zcela přesná a prokazatelná pro vyhodnocování samotného provozu tepelného čerpadla v závislosti na vnějších vlivech.
4.1
Měření topného faktoru Měření provozního topného faktoru tepelného čerpadla vychází ze vztahu pro
jeho výpočet. Základními parametry jsou spotřeba energie pro pohon zařízení a množství tepla dodaného tepelným čerpadlem do topného systému. 4.1.1 Spotřeba energie pro provoz tepelného čerpadla Tepelné čerpadlo je ve většině případů poháněno elektrickým proudem. Množství odebrané elektrické energie lze změřit pomocí elektroměru, běžně používaného dodavatelskými firmami pro měření odběru elektrické energie z veřejné sítě. Pokud bude elektroměr zabudován do systému řízeného softwarem, musí být použit takový typ zařízení, který má vhodný datový výstup pro zapojení do tohoto systému. Elektroměrem je měřena spotřeba energie pro pohon kompresoru tepelného čerpadla a pro pohon oběhového čerpadla primárního okruhu (při odebírání nízkoteplotní energie z vody nebo z půdy) nebo pro pohon ventilátoru (u systému využívajícího jako nízkoteplotní zdroj vzduch). V průběhu měření je vždy zaznamenáváno množství elektrické energie spotřebované za určitý měřící interval (např. za hodinu provozu tepelného čerpadla).
32
4.1.2
Teplo dodané tepelným čerpadlem do topného systému Pro měření energie získané tepelným čerpadlem v okruhu topné vody je
nejvhodnější využít sestavy měřidel skládající se ze dvou spárovaných odporových teploměrů a vodoměru (popř. průtokoměru) s impulsním snímačem pro možnost centrálního měření provozních parametrů. Při výběru a umisťování jednotlivých komponentů do soustavy je zapotřebí dbát několika pravidel. Odporové teploměry musí být zabudovány ve stejném okruhu jako vodoměr, v místě dokonalého promíchání vody. Ve výstupním potrubí z tepelného čerpadla se teploměry montují za oběhové čerpadlo ve vratném potrubí za vodoměr. Doporučuje se oba teploměry zaizolovat tak, aby rozdíl teplot na měřícím odporu a v místě uchycení teploměru do potrubí byl co nejmenší. Optimální podmínky pro měření topné vody jsou dány správnou volbou velikosti a typu vodoměru. Kritériem pro dimenzování vodoměru je průtočné množství vody Qmax a Qmin, tlaková ztráta, provozní tlak a teplota topné vody. Při určování měřícího rozsahu vodoměru musí být dodrženy zásady: a)
nejvyšší možné průtočné množství vody v systému musí být stejné nebo lépe menší než jmenovitý průtok Qn
b)
nejmenší možné průtočné množství vody v systému musí být větší než spodní hranice měřícího rozsahu Qmin, nebo lépe věší než spodní hranice horního měřícího rozsahu Qt. Doporučuje se volit měřící rozsah tak, aby mezní průtoky byly mezi Qn a Qt.
Tlaková ztráta na vodoměru by měla být co nejmenší. Je vhodné vybrat rozsah vodoměru tak, aby ani při maximálním zatížení nebyla překročena tlaková ztráta 10 kPa (0,1 bar). Teploměry a průtokoměr musí být zapojeny do měřícího zařízení, které bude hodnoty transformovat na množství tepelné energie, popř. na výkon. Pro jednoduchý odečet provozních parametrů stačí tato měřidla zapojit do vyhodnocovacího členu. Tato sestava se často nazývá kalorimetr. Při měření tepelné energie dodané tepelným čerpadlem je zapotřebí, podobně jako u měření spotřebované elektrické energie, zaznamenávat množství transformované energie za daný měřící interval.
33
4.2
Měření klimatických podmínek Provoz tepelného čerpadla je ovlivňován mnoha faktory, jak již bylo popsáno
v předchozích kapitolách, ale v provozu jsou měřitelné jen některé z nich. Především jde o klimatické podmínky, které u systému vzduch-voda podstatně ovlivňují provozní parametry. Měření daných klimatických vlivů jako je teplota, vlhkost vzduchu a intenzita větru lze provádět jednotlivými čidly určenými pro měření daného parametru. Tato čidla musí být umístěna na stejnou světovou stranu budovy jako je výparník, popř. sací potrubí tepelného čerpadla tak, aby nebyla nadměrně ovlivňována okolním prostředím – budovami, okolním porostem apod. Hodnoty jsou kontinuálně zaznamenávány softwarovou řídící jednotkou, poté jsou zprůměrovány pro jednotlivé měřící intervaly.
34
5
MĚŘENÍ A VYHODNOCOVÁNÍ PROVOZU TČ
5.1
Rodinný dům Brno
5.1.1
Popis objektu Objekt (rodinný dům), se nachází na jižní Moravě v městě Brně v nadmořské
výšce 223 m.n.m. Rodinný dům je řešen jako podsklepená dvoupodlažní budova s jednoplášťovou šikmou střechou pokrytou pálenými taškami. Objekt je z cihelného zdiva o tloušťce 440 mm. Zateplení fasády je řešeno pomocí desek pěnového polystyrénu tloušťky 100 mm. Střecha je dřevěná šikmá jednoplášťová s tepelnou izolací. V objektu jsou použita typizovaná okna a dveře. Výpočet potřeby tepla objektu byl proveden dle příslušných ČSN. Činí celkem 27 kW. 5.1.2
Popis topné soustavy Vytápěcí soustava je rozdělena do dvou větví. První je radiátorová s teplotním
spádem 55/45°C. Druhá je podlahové topení s teplotním spádem 35/25°C. Pro tento okruh se provádí úprava topné vody mixováním přes solenoid. Oba topné okruhy jsou elektronicky řízeny. Zdrojem tepla je tepelné čerpadlo o celkovém výkonu 25 kW (A5°C/W45°C). Jako bivalentní zdroj je do systému zapojen elektrický kotel o výkonu 12 kW. Ohřátá topná voda je uchovávána v akumulační nádrži o objemu 200 l. Desková topná tělesa byla vybavena termostatickými ventily s hlavicí, což by mělo vést ke snížení spotřeby energie na vytápění. Tepelné čerpadlo též zajišťuje ohřev teplé užitkové vody, která je v akumulační nádrži dohřívána elektrickým bivalentním zdrojem, a ohřev bazénu přes bazénový výměník. Tepelné čerpadlo využívající jako zdroje nízkopotenciálního tepla vzduch. Je navrženo tak, že svým výkonem pokrývá 80 % tepelných ztrát objektu. V extrémních podmínkách je systém zásoben teplem z bivalentního zdroje energie, kterým jsou elektrická topná tělesa. Celkový tepelný výkon tepelného čerpadla je 25 kW (při podmínkách 5°C na výparníku tepelného čerpadla a průměrné výstupní teplotě vody 45°C). Odpovídající příkon kompresorů při těchto podmínkách činí 7,5 kW. Tepelné čerpadlo je jednokompresorové, jako pracovní látka je použito chladivo R 507c.
35
5.1.3
Způsob měření provozních parametrů systému Provozní parametry tohoto zařízení byly měřeny převážně jedenkrát denně,
ve většině případů okolo 12.00 hod. Z jednotlivých měřících zařízení byla odečítána teplota venkovního vzduchu, jakožto nízkopotenciálního zdroje energie pro tepelné čerpadlo, elektrická energie potřebná pro provoz tepelného čerpadla a energie dodaná do topného systému.
Obr. 20 Zařízení pro měření energie dodané tepelným čerpadlem do systému - kalorimetr
Obr. 21 Odporová teplotní čidla zapojená do topného systému tepelného čerpadla Venkovní teplota je měřena běžným trubičkovým teploměrem a elektrická energie odečítána z elektroměru používaného pro měření odběru elektřiny z veřejné sítě. Energie dodaná tepelným čerpadlem byla měřena pomocí kalorimetru (obr. 20), který 36
zpracovává výstupní hodnoty ze dvou odporových teploměrů (obr. 21) a průtokoměru. Tato čidla jsou nezbytnou součástí měřícího systému kalorimetru a musí být namontována na topném okruhu v blízkosti samotného topného zařízení. Měření provozních parametrů bylo prováděno v hlavní topné sezóně, přesněji od 21. listopadu 2002 do 24. dubna 2003. 5.1.4
Vyhodnocení provozního topného faktoru Měření bylo prováděno v Brně v rodinném domě na systému s tepelným
čerpadlem typu vzduch-voda. Vzhledem k typu systému a parametrům naměřených dat (příloha č. 1) jsme zvolili pro vyhodnocování provozu jako nejvhodnější závislost topného faktoru na teplotě venkovního vzduchu (nízkoteplotního zdroje) a také na průběhu topné sezóny. 3,5 y = 0,0493x + 2,2872 2 R = 0,5042
topný faktor [-]
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0 -15
-10
-5
0
5
10
15
venkovní teplota [°C]
Obr. 22 Závislost topného faktoru na venkovní teplotě (všechna naměřená data) Při zjišťování závislosti topného faktoru na venkovní teplotě jsme dospěli ke grafické závislosti (obr. 22), ze které je na první pohled zřejmé, že průkaznost regresní přímky není příliš významná, jelikož koeficient determinace pro danou lineární regresní rovnici, který by se měl blížit 1, je pouze R2=0,5042. Hodnoty, které se příliš odchylovaly od očekávaného průběhu závislosti, lze považovat za chybná měření nebo za odchylky způsobené jiným vnějším vlivem než je
37
venkovní teplota. Proto jsme se pokusili data očistit od extrémních vlivů s cílem zjistit, zda tyto extrémní hodnoty nejsou zdrojem nespolehlivosti výsledku. Ani po této úpravě jsme, při proložení hodnot regresní přímkou nedosáhli dostatečné průkaznosti. Koeficient determinace dosahuje hodnoty R2 = 0,7412. Pro další statistické vyhodnocování jsme použili korelační poměr. Ten se používá pro hodnocení závislosti dvou proměnných, bez potřeby proložení hodnot regresní křivkou. Při výpočtu korelačního poměru z očištěných dat, jsme dosáhli lepšího výsledku než při proložení hodnot regresní přímkou. Korelační poměr, který by se měl co nejvíce blížit 1, je v tomto případě 0,78. Jelikož závislost topného faktoru na teplotě nízkoteplotního zdroje není dostatečně průkazná, zkoumali jsme též závislost na průběhu topné sezóny. Při použití všech naměřených dat jsme dospěli ke grafické závislosti (obr. 23), v níž je zřejmý propad topného faktoru v průběhu sezóny, který lze u tepelného čerpadla typu vzduchvoda očekávat. 3,5 2
y = 0,0001x - 8,7669x + 164999 2 R = 0,4746
topný faktor [-]
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0 listopad
prosinec
leden
únor
březen
duben
květen
topná sezóna
Obr. 23 Závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny (všechna naměřená data) Je evidentní, že největších topných faktorů je dosahováno na začátku a konci topné sezóny. Tento jev je způsoben především průběhem teploty nízkoteplotního média. Její obvyklý průběh je znázorněn v grafu obr. 12. Koeficient determinace regresního polynomu druhého stupně je pouze R2=0,4746. 38
V této grafické závislosti lze opět najít několik extrémě se vychylujících hodnot. Tyto výchylky jsou v tomto případě způsobeny především náhlou změnou teplot a klimatických podmínek mezi jednotlivými dny v průběhu sezóny. Data jsme se pokusili očistit od extrémů, které mohou negativně ovlivnit těsnost závislosti na regresním polynomu, přesto jsme dosáhli pouze R2=0,3644. Je tedy zřejmé, že tyto odchylky odstraněné při očišťování souboru dat nejsou hlavním důvodem pro nízkou prokazatelnost regresního polynomu. Pro statistické hodnocení jsme též použili korelační poměr, který hodnotí závislost dvou proměnných, aniž by bylo nutné je proložit regresní křivkou. Tímto výpočtem (při použití očištěných dat) jsme dosáhli lepšího výsledku než při využití regresního polynomu. Hodnota korelačního poměru je 0,768. Závěrem lze říci, že dle grafických závislostí a ze statistických propočtů jednotlivé závislosti odpovídají předpokládaným provozním průběhům, ale jejich prokazatelnost není příliš vysoká. Důvodem je především nepřesnost měření (odečet provozních hodnot jedenkrát denně) a vliv dalších vnějších faktorů na provoz tepelného čerpadla. Získané matematické reprezentace závislostí topného faktoru na teplotě resp. sezóně tedy nelze zobecňovat, nebo použít pro budoucí odhady. Lze však konstatovat, že jejich průběhy odpovídají očekávatelným fyzikálním jevům. 5.1.5
Ekonomické zhodnocení provozu tepelného čerpadla Za celý průběh měření jsme dosáhli těchto provozních hodnot: Počet dní provozu TČ: 146 dní Množství spotřebované elektrické energie: 15 058 kWh Množství energie dodané do topného systému: 32 930 kWh Průměrný topný faktor TČ: 2,19 Průměrná teplota nízkoteplotního zdroje: 0,4 °C Při
vyhodnocování
ekonomické
stránky
provozu
tepelného
čerpadla
je nejvhodnější porovnávat jej s elektrickým vytápěním. Většina tepelných čerpadel je totiž touto ušlechtilou energií poháněna, a proto se to jeví jako nejlepší varianta. Pro ekonomické výpočty budeme požívat především spotřebovanou elektrickou energii, energií dodanou tepelným čerpadlem do systému a poměr mezi těmito dvěmi hodnotami – topný faktor.
39
Náklady na provoz tepelného čerpadla za období sledování 15 058 kWh ⋅1,2 Kč ⋅ kWh −1 = 18 069,6 Kč Provozní náklady při vytápění elektrickou energii ve stejném systému (předpokládaná účinnost kotle 100%) 32 930 kWh ⋅ 1,2 Kč ⋅ kWh −1 = 39 516 Kč Ušetřené finanční prostředky při použití tepelného čerpadla 39 516 − 18 069,6 = 21 446,4 Kč Jelikož máme k dispozici pouze měření v průběhu hlavní topné sezóny (146 dní) a tepelné čerpadlo pracuje téměř po celý rok pro ohřev TUV a bazénu, nemohli jsme pokročit ve výpočtech k ekonomické návratnosti investic. Dalším důvodem je fakt, že z dostupných informací se nepodařily zjistit investiční náklady na pořízení tohoto systému.
5.2
Rekreační středisko Krkonoše
5.2.1
Popis objektu Objekt (horská chata), se nachází ve východní části Krkonoš v nadmořské výšce
1000 m.n.m. a leží v nejpřísněji chráněné první zóně chráněné krajinné oblasti. V těchto oblastech je velice složité zakládat nové stavby a instalovat zařízení, jež by mohla jakýmkoli způsobem poškodit životní prostředí. Objekt se skládá ze tří částí: -
původní horské chaty
-
ubytovny
-
učebny
Všechny tři objekty jsou pokryty jednoplášťovou šikmou střechou s tepelnou izolací a plechovou krytinou. Okna a dveře jsou použita typizovaná. Všechny objekty na sebe stavebně přímo navazují. Objekt nemá vlastní energetické zdroje. Objekt původní horské chaty je řešen jako podsklepená třípodlažní budova. Vznikla na počátku dvacátého století. Je postavena z plných cihel o síle 300 mm a plynosilikátového zdiva šířky 400 mm. Zateplení fasády staré budovy je řešeno pomocí desek pěnového polystyrénu vkládaného mezi vertikální dřevěné latě, které tvoří nosnou konstrukci dřevěného palubkového obložení. Pod dřevěnými palubkami je vložena pomocná asfaltová lepenka. Tepelná izolace je v místech dřevěné konstrukce o síle 2×30 mm s překrytím spár, v ostatních místech v tloušťce 50 mm. 40
Ubytovna je dvoupodlažní budova postaven z plných cihel tloušťky 400 mm a učebna je nepodsklepená jednopodlažní budova ze zdiva o síle 500 mm. Obě tyto stavby vznikly v roce 1980, kdy byly též provedeny úpravy původní horské chaty. Výpočet potřeby tepla objektu byl proveden dle příslušných ČSN. Výsledky jsou přehledně sestaveny v tab. 3. Tab. 3 Tepelné ztráty objektu
5.2.2
Tepelné ztráty prostupem
90335 W
Tepelné ztráty infiltrací
10810 W
Tepelné ztráty celkem
101145 W
Odběr tepla ve zdroji za rok
197 MWh
Odběr tepla ve zdroji za rok
718 GJ
Popis topné soustavy Objekt je vytápěn pomocí teplovodního vytápění s tepelným spádem 55/45°C.
Zdrojem tepla je tepelné čerpadlo o celkovém výkonu 98 kW (A5°C/W45°C). Jako bivalentní zdroj jsou do systému zapojeny čtyři elektrické kotle o výkonu 74 kW (celkem 294 kW). Ohřátá topná voda je uchovávána ve dvou akumulačních nádržích o celkovém objemu 32 m3. Topná soustava je vybavena základní ekvitermní regulací se závislostí na venkovní teplotě. V kotelně je provedeno nové zateplení akumulačních nádrží a potrubí topného systému tepelnou izolací. Desková topná tělesa byla vybavena termostatickými ventily s hlavicí, což by mělo vést ke snížení spotřeby energie na vytápění. Ohřev teplé užitkové vody (TUV) je zabezpečen tepelným čerpadlem. Ohřátá TUV je uchovávána v zásobníku o objemu 3000 litrů s bivalentním zdrojem energie (elektrická topná tělesa) o příkonu 36 kW. Zásobník TUV je dostatečně tepelně izolován, rozvody TUV také. Tepelné čerpadlo využívající jako zdroj nízkopotenciálního tepla vzduch je navrženo tak, že svým výkonem pokrývá 70% tepelných ztrát objektu. V extrémních podmínkách je systém zásoben teplem z bivalentního zdroje energie, kterým jsou elektrická topná tělesa. Celkový tepelný výkon tepelného čerpadla je 98 kW (při podmínkách 5°C na vstupu do tepelného čerpadla a průměrné výstupní teplotě
41
vody 45°C). Odpovídající příkon kompresorů při těchto podmínkách činí 29 kW. Tepelné čerpadlo je dvoukompresorové, jako pracovní látka je použito chladivo R507c.
Obr. 24 Schéma zapojení TČ do systému Tepelné čerpadlo může fungovat v několika režimech, které je možno vzájemně kombinovat. Základní funkcí je, že okruh o výkonu 45 kW ohřívá pouze TUV v zásobníku a druhý okruh o výkonu 43 kW ohřívá topnou vodu. Okruh tepelného čerpadla, který primárně slouží k ohřevu TUV, může v případě potřeby předehřívat topnou vodu, která je následně ohřívána na požadovanou teplotu druhým okruhem. Toto zapojení je znázorněno na obr. 24. 5.2.3
Způsob měření provozních parametrů systému U této již poměrně složité, instalace tepelného čerpadla jsou v kotelně
zabudovány dokonce dva systémy měření. První systém slouží především pro řízení optimálního provozu obou tepelných čerpadel, elektrokotlů, topných tyčí v zásobníku topného média a všech dalších komponentů topného systému. Jeho součástí jsou téměř dvě desítky tepelných čidel, včetně čidla venkovní teploty, sledujících provoz celého rozsáhlého systému. Provozní hodnoty jsou zaznamenávány každých pět minut, to znamená že jsou měřeny asi 288 krát za den. Tento měřící a řídící systém lze ovládat přes obrazovku řídícího počítače.
42
Obr. 25 Jedno ze zobrazení ovládacího systému v řídícím softwaru počítače Úkolem druhého měřícího systému je zaznamenávat provozní parametry potřebné k určení provozního topného faktoru obou tepelných čerpadel. Měření se provádí v intervalu 24 hodin, vždy v 00.00 hod. Do zařízení zaznamenávajícího jednotlivé parametry (obr. 26) jsou napojeny celkem čtyři teplotní čidla. Tyto teploměry jsou jednotlivě namontovány vždy na vstupním a výstupním potrubí kondenzátoru v okruhu topného systému i teplé užitkové vody. Aby bylo možné změřit množství energie dodávané tepelnými čerpadly, jsou v jednotlivých okruzích namontovány též průtokoměry.
Obr. 26 Zařízení pro zaznamenávání provozních parametrů
43
Množství energie spotřebované při provozu obou tepelných čerpadel je opět zaznamenáváno elektroměrem. Pro jednoduché odečítání hodnot záznamovým zařízením je elektroměr doplněn impulsním čidlem (obr. 27).
Obr. 27 Elektroměr doplněný impulsním čidlem pro snadné zaznamenávání spotřeby elektrické energie Pro vyhodnocení provozu těchto dvou tepelných čerpadel byly použity hodnoty z druhého systému, jelikož jsou vhodnější. Nedostatkem je, že tento systém nezaznamenává venkovní teplotu vzduchu. K datům z prvního měřícího systému, který venkovní teplotu měří, nemáme přístup. Z toho důvodu byly použity průměrné denní teploty pro danou oblast získané z Českého hydrometeorologického ústavu. Tento systém byl měřen v období od 15. prosince 2004 do 22. května 2005. 5.2.4
Vyhodnocení provozního topného faktoru Toto měřené tepelné čerpadlo je namontováno v rekreačním středisku
v Krkonoších. Jelikož je tento systém typu vzduch-voda, zvolili jsme pro vyhodnocování provozu jako nejvhodnější závislost topného faktoru na teplotě venkovního vzduchu (nízkoteplotního zdroje) a také na průběhu topné sezóny. V první fázi budeme vyhodnocovat závislost na venkovní teplotě při použití všech naměřených dat (příloha č. 2). Tato závislost je vynesena v následujícím grafu (obr. 28). Již na první pohled je evidentní nízká průkaznost regresní přímky (R2=0,1693) a to především z důvodu velkého rozptylu hodnot v oblasti celého grafu. Velký rozptyl hodnot je v tomto případě způsoben především nepřesností měření venkovní teploty. Měření nebylo prováděno přímo v místě instalace, ale byla použita data z Českého hydrometeorologického ústavu pro danou oblast.
44
3,0
topný faktor [-]
2,5 2,0
y = 0,0272x + 2,1137 2 R = 0,1693
1,5 1,0 0,5 0,0 -15
-10
-5
0
5
10
15
20
venkovní teplota [°C]
Obr. 28 Závislost topného faktoru na venkovní teplotě (všechna naměřená data) Pokud se data pokusíme očistit od extrémních výkyvů, které jsou způsobeny především nepřesností měření a dalšími vnějšími vlivy působícími na provoz (jež negativně ovlivňují těsnost závislosti na regresní přímce), dosáhneme koeficientu determinace R2=0,3618. Jestliže budeme hodnotit závislost těchto dvou proměnných bez použití regresní křivky, dosáhneme lepšího výsledku. Korelační poměr při použití očištěných dat má při tomto hodnocení tepelného čerpadla hodnotu 0,572. Závislost topného faktoru na teplotě vzduchu nelze považovat za prokazatelnou, a proto jsme provedli též hodnocení závislosti na průběhu topné sezóny. V grafické závislosti (obr. 29) jsou použita všechna naměřená data. Pokud hodnoty proložíme polynomem druhého stupně, dosáhneme koeficientu determinace R2=0,2588. I v tomto případě máme hodnoty rozptýleny v oblasti celého grafu. Důvodem jsou především velké výkyvy teplot a klimatických podmínek mezi jednotlivými dny a též nepřesnost měření. Proto se pokusíme očistit soubor dat od extrémních vlivů, a dosáhnou tak větší prokazatelnosti regresního polynomu. Nyní dosahuje koeficient determinace hodnoty R2=0,452. Lepšího výsledku opět dosáhneme při zkoumání této závislosti bez použití regresní křivky. Korelační poměr vypočtený z očištěných dat dosahuje hodnoty 0,687.
45
3,0
topný faktor [-]
2,5 2,0 1,5 1,0
2
y = 5E-05x - 3,6955x + 70891 2 R = 0,2588
0,5 0,0 listopad
prosinec
leden
únor
březen
duben
květen
topná sezóna
Obr. 29 Závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny (všechna naměřená data) Pokud budeme u této instalace tepelného čerpadla (při použití očištěných dat) porovnávat korelační poměry pro závislost topného faktoru na teplotě nízkoteplotního zdroje (0,572) a pro závislost na průběhu topné sezóny (0,687), zjistíme že větší hodnoty nabývá v druhém případě. 20
venkovní teplota [°C]
15 10 5
y = 0,001x2 - 74,318x + 1E+06 R2 = 0,7009
0 -5 -10 -15 listopad
prosinec
leden
únor
březen
duben
květen
topná sozóna
Obr. 30 Teploty okolního prostředí v průběhu topné sezóny (přetříděná data)
46
červen
Na první pohled se to zdá nelogické, ale podstata tkví v tom, že závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny je vlastně kombinací dvou závislostí – topného faktoru na teplotě a teploty na průběhu sezóny. Velikost topného faktoru též závisí na dalších vnějších vlivech. V této konkrétní sezóně (při použití očištěných dat) je vazba teploty a sezóny (R2=0,7) významnější (obr. 30), něž vazba topného faktoru a teploty (R2=0,3618). Koeficient determinace o hodnotě R2=0,3618 je způsoben především nepřesností měření teploty okolního prostředí (byla použita data z Českého hydrometeorologického ústavu pro danou oblast). Z tohoto důvodu je tedy významnější závislost COP na průběhu topné sezóny než na průběhu teploty nízkopotenciálního zdroje. Při vyhodnocování tohoto provozu jsme dospěli ke grafickým závislostem, které svým průběhem odpovídají předpokládaným provozním parametrům. Průkaznost regresních křivek není příliš významná ani korelační poměry nedosahují přesvědčivých hodnot. Důvodem je velký vliv mnoha vnějších faktorů a složitosti systému, na provozní parametry tepelného čerpadla. Pokud bychom chtěli dosáhnout lepších výsledků, bylo by zapotřebí zpřesnit celé měření, doplnit jej o měření povětrnostních podmínek a vlhkosti vzduchu. Také by pomohlo zkrácení měřícího intervalu (ze 24 hodin alespoň na 1 hodinu) a hodnocení provozu v průběhu několika topných sezón. 5.2.5
Ekonomické zhodnocení provozu tepelného čerpadla Za celý průběh měření jsme dosáhli těchto provozních hodnot: Počet dní provozu TČ: 145 dní Množství spotřebované elektrické energie: 33 640,5 kWh Množství energie dodané do systému: 70 446,7 kWh z toho UT: 57 339 TUV: 13 107,7 Průměrný topný faktor TČ: 2,1 Průměrná teplota nízkoteplotního zdroje: -0,61 °C Při ekonomickém zhodnocení provozu topné soustavy budeme porovnávat
náklady na provoz tepelného čerpadla s teoretickými náklady na provoz elektrokotle instalovaného ve stejném systému. Důvodem je, že většina tepelných čerpadel je elektřinou poháněna a je to tedy nejvhodnější srovnání.
47
Náklady na provoz tepelného čerpadla za období sledování 33 640,5 kWh ⋅ 1,2 Kč ⋅ kWh −1 = 40 368,6 Kč Provozní náklady při použití elektrické energie ve stejném systému (předpokládaná účinnost kotle 100%) 70 446,7 kWh ⋅ 1,2 Kč ⋅ kWh −1 = 84 536 Kč Ušetřené finanční prostředky při použití tepelného čerpadla 84 536 − 40 368,6 = 44 167,4 Kč Protože máme k dispozici pouze měření v průběhu hlavní topné sezóny (145 dní) a tepelné čerpadlo pracuje téměř po celý rok pro ohřev TUV, nemůžeme pokročit ve výpočtech k ekonomické návratnosti investic. Dalším důvodem je fakt, že z dostupných informací nelze zjistit investiční náklady na pořízení tohoto systému.
5.3
Porovnání dvou tepelných čerpadel Pro porovnání provozu dvou tepelných čerpadel jsme opět použili základních
grafů – závislost topného faktoru na teplotě nízkoteplotního zdroje a na průběhu topné sezóny. 4,0 3,5 topný faktor [-]
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 -15
-10
-5
0
5
10
15
20
venkovní teplota [°C] Brno
Krkonoše
Lineární (Brno)
Lineární (Krkonoše)
Obr. 31 Grafické porovnání provozu dvou tepelných čerpadel – závislost topného faktoru na teplotě okolního vzduchu V první grafické závislosti (obr. 31) je znatelné, že u systému namontovaného v Brně v rodinném domě roste topný faktor se stoupající teplotou o něco strměji. Tento 48
jev může být způsoben několika vnějšími faktory. Mezi ně patří především klimatické podmínky (nadmořská výška, vlhkost vzduchu, intenzita větru) a také samotná topná soustava (její velikost a složitost, rychlost řízení celého systému). Křivky druhé grafické závislosti (obr. 32) se do jisté míry podobají křivce průběhu průměrných teplot v topné sezóně (obr. 12). V období prosinec až únor, kdy jsou teploty nejnižší, je nejnižší též topný faktor. To, že křivka reprezentující systém namontovaný v Krkonoších je posazena poněkud níže je způsobeno jinými klimatickými podmínkami v různých nadmořských výškách a v odlišných topných sezónách. 4,0 3,5 topný faktor [-]
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 listopad
prosinec
leden
únor
březen
duben
květen
topná sezóna Brno
Krkonoše
Polynomický (Krkonoše)
Polynomický (Brno)
Obr. 32 Grafické porovnání provozu dvou tepelných čerpadel – závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny
49
6 ZÁVĚR Cílem této diplomové práce bylo teoreticky vyjádřit vlivy, které působí na provoz a tím ovlivňují provozní topný faktor tepelných čerpadel. Na základě těchto teoretických znalostí vyhodnotit jejich reálný provoz. Obecně vzato nejvýznamnějším a nejlépe měřitelným parametrem ovlivňujícím topný faktor je teplota nízkoteplotního zdroje. U zařízení systému vzduch-voda, jejichž reálný provoz je v této práci vyhodnocován, je nízkopotenciálním zdrojem tepla vzduch z okolního prostředí. Provozní topný faktor závisí i na dalších klimatických vlivech, např. na vlhkosti vzduchu, povětrnostních podmínkách, ale také na druhu soustavy – teplotním spádu, rozmanitosti apod. Při přípravě této diplomové práce jsem plánoval, že provedu vlastní měření provozu tepelného čerpadla. Jelikož se mi nepodařilo najít žádnou firmu, která by byla ochotna umožnit mi potřebná měření, použil jsem již naměřená data. Ta jsem získal od pana Ing. Tomáše Vítěze, Ph.D. Z dostupných naměřených dat bylo možné hodnotit pouze vliv teploty nízkopotenciálního zdroje na hodnotu topného faktoru a zkoumat jeho velikost v průběhu topné sezóny. V Brně, v prvním měřeném objektu, byl provoz zaznamenáván jen velmi jednoduchým způsobem. I přesto jsou tato data poměrně dostačující pro vyhodnocení provozu. Jednotlivé závislosti nelze považovat za zvláště významné, avšak všechny hodnocené průběhy odpovídají obecným trendům. Topný faktor se stoupající teplotou evidentně stoupá, i když jsou data rozptýlena ve značné oblasti grafu (obr. 22). U tohoto tepelného čerpadla je též znatelný poměrně vysoký vliv teploty nízkoteplotního zdroje v porovnání s ostatními vlivy. Průběh topného faktoru během topné sezóny se svým tvarem (obr. 23) velice podobá průběhu teploty během sezóny. V Krkonoších,
v druhém
měřeném
systému,
byl
provoz
vzhledem
k nedostatkům naměřených dat vyhodnocován v intervalu 24 hodin. Průběh závislosti topného faktoru na teplotě nízkopotenciálního zdroje je prokazatelně téměř nevýznamný. Jedním z důvodů je použití teplot okolního prostředí získaných z Českého hydrometeorologického ústavu (data jsou platná pro danou oblast). V grafickém znázornění naměřených hodnot jsou jednotlivé body rozptýleny ve velké oblasti grafu a některé dokonce z dané oblasti znatelně vybočují. Ovšem i přesto je zde evidentní trend stoupajícího topného faktoru se stoupající teplotou okolního vzduchu (obr. 28). Pokud sledujeme topný faktor v průběhu topné sezóny, zpozorujeme mírný, ale znatelný 50
propad jeho velikosti uprostřed topné sezóny (obr. 29). Ovšem průkaznost tohoto grafického hodnocení je velmi malá. Při porovnání obou sledovaných systémů lze dojít k následujícímu závěru. Tepelné čerpadlo instalované v Krkonoších je ovlivňováno více vlivy. Provozní topný faktor podstatně ovlivňují nestabilní klimatické podmínky (teplota okolí, povětrnostní podmínky, vlhkost vzduchu), ale také velká rozsáhlost systému. V menší míře též nepřesnost měření teploty nízkoteplotního zdroje. Oproti tomu u brněnského systému lze považovat za hlavního ovlivňujícího činitele teplotu nízkopotenciálního zdroje a ostatní činitele za méně významné. Provoz tepelných čerpadel nebyl měřen ideálním způsobem a prokazatelnost jednotlivých statistických hodnocení není zvláště významná. Ovšem i přesto lze obecně říci, že pokud není tepelné čerpadlo namontováno v extrémních klimatických podmínkách a v rozsáhlých složitých topných systémech je hlavním ovlivňujícím činitelem topného faktoru, u tepelných čerpadel systému vzduch-voda, teplota nízkoteplotního zdroje. Poměrně ideální podmínky pro provoz tohoto zajímavého zařízení jsou v rodinných domech stojících v bytové zástavbě. U těchto systémů bude jistě průběh topného faktoru nejlépe odpovídat teoretickým provozním předpokladům.
51
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ANDERT,
D.
Tepelná
čerpadla
v zemědělství.
1.
vyd.
Praha:
Ústav
vědeckotechnických informací pro zemědělství, 1987. 68 s. ČEŠKA, J. Nízkoenergetický dům, návrh tepelného čerpadla. Brno: Diplomová práce VUT, 2004. 70 s. VUT-EU-ODDI-3302-07-04 DVOŘÁK, Z. - Klazar, L. – Petrák, J. Tepelná čerpadla. 1. vyd. Praha: SNTL, 1987. 339 s. GRODA, B. – HÁJEK, P. Termomechanika. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2001. 240 s. ISBN 80-7157-555-0 KOLEKTIV. Tepelná čerpadla a solární zařízení. 1.vyd. Pardubice: Dům techniky ČSVTS, 1980. 110 s. LIMBERG, K. Tepelná čerpadla a jejich použití v zemědělství. Brno: Diplomová práce MZLU, 1987. 95 s. MEČÁRIK, K. - HAVELSKÝ, V. - FÜRI, B. Tepelná čerpadla. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1988. 327 s. NAVRÁTIL, J. Domácí kutil a …(DÍL 2) tepelné čerpadlo. 1. vyd. Česká republika: vl. nákl. 1997. 153 s. ISBN 80-902244-1-5 PETRÁK, J. - DVOŘÁK, Z. Tepelná čerpadla. 1. vyd. Praha: České vysoké učení technické, 1991. 141 s. SRDEČNÝ, K. - TRUXA, J. Tepelná čerpadla. 1. vyd. Brno: ERA group, 2005. 68 s. 21. století. ISBN 80-7366-031-8 STÁVKOVÁ, J. – DUFEK, J. Biometrika. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2000. 194 s. ISBN 80-7157-486-4 ŽERAVÍK, A. Stavíme tepelné čerpadlo. 1. vyd. Přerov: Antonín Žeravík, 2003. 311 s. ISBN: 80-239-0275-X
52
Internetové zdroje www.tzb-info.cz www.archiweb.cz
Související normy ČSN EN 378-1 až 4 - Chladicí zařízení a tepelná čerpadla - Bezpečnostní a enviromentální požadavky ČSN EN 1861 - Chladicí zařízení a tepelná čerpadla - Schémata okruhů zařízení a schémata potrubí a přístrojů - Uspořádání a značky ČSN EN 12831 – Otopné soustavy v budovách – Výpočtová metoda pro tepelné ztráty
Technické a projekční podklady firem MACH – tepelná čerpadla Dimplex – tepelná čerpadla Enbra – měřící a regulační technika
53
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Počet nainstalovaných tepelných čerpadel od roku 1990 ...................................... 8 Obr. 2 Princip funkce tepelného čerpadla....................................................................... 11 Obr. 3 Jímání nízkoteplotní energie z okolního vzduchu ............................................... 12 Obr. 4 Odběr tepla ze zemních kolektorů a z vrtu .......................................................... 13 Obr. 5 Jímání tepla ze spodní vody................................................................................. 16 Obr. 6 Obvyklý způsob bivalentního chodu tepelného čerpadla .................................... 17 Obr. 7 Závislost příkonu tepelného čerpadla na teplotě nízkoteplotního zdroje - vzduchu u TČ Dimplex LA 11 AS........................................................................................ 18 Obr. 8 Porovnání energetické efektivnosti spalovacího kotle a tepelného čerpadla ...... 20 Obr. 9 Závislost výkonu na venkovní teplotě vzduchu u TČ Dimplex LA 11 AS ......... 21 Obr. 10 Obrácený Carnotův oběh v T-s diagramu.......................................................... 22 Obr. 11 Teoretický oběh tepelného čerpadla - obrácený Rankinův oběh v T-s diagramu ................................................................................................................................ 23 Obr. 12 Průměrné měsíční teploty a průměr měsíčních teplot v průběhu topné sezóny 25 Obr. 13 Typický průběh teploty vzduchu během letního a zimního dne........................ 26 Obr. 14 Četnost teplot vzduchu pro některá města v ČR................................................ 26 Obr. 15 Tepelné ztráty budovy (v %) a teplota okolního vzduchu v závislosti na jejím umístění v terénu..................................................................................................... 27 Obr. 16 Rozložení působení větru v závislosti na morfologii terénu ............................. 28 Obr. 17 Odtávání výparníku elektrickými topnými tyčemi ............................................ 29 Obr. 18 Princip čtyřcestného ventilu .............................................................................. 29 Obr. 19 Funkční schéma systému MACH VHM............................................................ 31 Obr. 20 Zařízení pro měření energie dodané tepelným čerpadlem do systému
-
kalorimetr................................................................................................................ 36 Obr. 21 Odporová teplotní čidla zapojená do topného systému tepelného čerpadla ...... 36 Obr. 22 Závislost topného faktoru na venkovní teplotě (všechna naměřená data)......... 37 Obr. 23 Závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny (všechna naměřená data) 38 Obr. 24 Schéma zapojení TČ do systému....................................................................... 42 Obr. 25 Jedno ze zobrazení ovládacího systému v řídícím softwaru počítače ............... 43 Obr. 26 Zařízení pro zaznamenávání provozních parametrů.......................................... 43 Obr. 27 Elektroměr doplněný impulsním čidlem pro snadné zaznamenávání spotřeby elektrické energie.................................................................................................... 44
54
Obr. 28 Závislost topného faktoru na venkovní teplotě (všechna naměřená data)......... 45 Obr. 29 Závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny (všechna naměřená data) 46 Obr. 30 Teploty okolního prostředí v průběhu topné sezóny (přetříděná data).............. 46 Obr. 31 Grafické porovnání provozu dvou tepelných čerpadel – závislost topného faktoru na teplotě okolního vzduchu ...................................................................... 48 Obr. 32 Grafické porovnání provozu dvou tepelných čerpadel – závislost topného faktoru na průběhu topné sezóny ............................................................................ 49
55
9 PŘÍLOHY Příloha č. 1 – Data naměřená na tepelném čerpadle v Brně Příloha č. 2 – Data naměřená na tepelném čerpadle v Krkonoších
56
Příloha č. 1 – Data naměřená na tepelném čerpadle v Brně
den 21.11.2002 22.11.2002 23.11.2002 24.11.2002 25.11.2002 26.11.2002 27.11.2002 29.11.2002 30.11.2002 01.12.2002 02.12.2002 03.12.2002 04.12.2002 05.12.2002 06.12.2002 07.12.2002 08.12.2002 09.12.2002 10.12.2002 11.12.2002 12.12.2002 13.12.2002 14.12.2002 15.12.2002 16.12.2002 17.12.2002 18.12.2002 19.12.2002 20.12.2002 21.12.2002 22.12.2002 23.12.2002 24.12.2002 25.12.2002 26.12.2002 27.12.2002 28.12.2002 29.12.2002 30.12.2002 31.12.2002 01.01.2003 02.01.2003 03.01.2003 04.01.2003 05.01.2003 06.01.2003 07.01.2003 08.01.2003 09.01.2003
elměr [kWh] 48 48 76 81 61 140 60 65 98 109 35 60 55 49 86 129 125 160 150 223 198 211 127 119 237 133 116 167 235 119 236 101 163 181 182 135 106 118 71 84 153 271 135 128 94 163 17 141 87
TČ [kWh] 128 130 207 207 167 387 165 178 267 293 89 153 142 128 187 268 225 308 265 395 384 406 270 243 475 257 234 343 438 225 439 199 355 337 325 242 189 205 169 204 304 481 362 303 209 319 35 275 152
teplota vzduchu [°C] 4,0 5,0 5,0 4,5 6,0 7,5 7,0 6,0 5,0 5,5 6,0 7,0 6,0 4,0 -2,0 -4,2 -6,0 -9,7 -11,0 -12,5 -9,0 -6,3 -5,5 -4,0 -2,5 -2,0 -2,0 0,0 -11,0 -4,5 -2,3 -1,0 -5,0 -5,0 -6,0 -7,0 -1,0 7,0 7,0 -2,0 -10,0 6,0 4,0 0,0 -3,5 -5,5 -6,0 -9,0 -10,0
57
topný faktor [-] 2,67 2,71 2,72 2,56 2,74 2,76 2,75 2,74 2,72 2,69 2,54 2,55 2,58 2,61 2,17 2,08 1,80 1,93 1,77 1,77 1,94 1,92 2,13 2,04 2,00 1,93 2,02 2,05 1,86 1,89 1,86 1,97 2,18 1,86 1,79 1,79 1,78 1,74 2,38 2,43 1,99 1,77 2,68 2,37 2,22 1,96 2,06 1,95 1,75
den 10.01.2003 11.01.2003 12.01.2003 13.01.2003 14.01.2003 15.01.2003 16.01.2003 17.01.2003 18.01.2003 19.01.2003 20.01.2003 21.01.2003 22.01.2003 23.01.2003 24.01.2003 25.01.2003 26.01.2003 27.01.2003 28.01.2003 29.01.2003 30.01.2003 31.01.2003 01.02.2003 02.02.2003 03.02.2003 04.02.2003 05.02.2003 06.02.2003 07.02.2003 08.02.2003 09.02.2003 10.02.2003 11.02.2003 12.02.2003 13.02.2003 14.02.2003 15.02.2003 16.02.2003 17.02.2003 18.02.2003 19.02.2003 20.02.2003 21.02.2003 23.02.2003 24.02.2003 25.02.2003 26.02.2003 27.02.2003 28.02.2003
elměr [kWh] 216 112 190 145 138 99 113 85 97 155 139 155 146 134 121 111 141 105 77 102 90 131 132 137 129 147 133 128 120 136 126 111 134 139 118 130 64 146 176 66 164 128 126 190 91 82 80 89 96
TČ [kWh] 422 194 315 336 287 263 252 215 220 283 263 308 307 253 242 227 313 225 147 248 215 294 275 277 282 307 285 290 281 296 289 256 288 290 250 282 124 393 288 116 348 269 230 447 207 193 196 213 213
teplota vzduchu [°C] -8,8 -2,0 -10,0 -3,5 -1,0 5,0 3,0 5,0 2,0 3,0 -3,0 -4,0 0,0 0,0 2,0 2,0 3,0 2,0 7,0 4,0 3,0 2,0 4,0 -10,0 -4,0 -2,0 2,0 3,0 -3,0 -2,0 -3,0 -1,0 1,0 -8,0 -5,0 -3,0 -5,0 -4,0 -6,0 -5,0 -3,0 -3,0 -5,0 -3,0 -4,0 -3,0 -2,0 -2,0 -3,0
58
topný faktor [-] 1,95 1,73 1,66 2,32 2,08 2,66 2,23 2,53 2,27 1,83 1,89 1,99 2,10 1,89 2,00 2,05 2,22 2,14 1,91 2,43 2,39 2,24 2,08 2,02 2,19 2,09 2,14 2,27 2,34 2,18 2,29 2,31 2,15 2,09 2,12 2,17 1,94 2,69 1,64 1,76 2,12 2,10 1,83 2,35 2,27 2,35 2,45 2,39 2,22
den 02.03.2003 03.03.2003 04.03.2003 05.03.2003 06.03.2003 07.03.2003 08.03.2003 09.03.2003 10.03.2003 11.03.2003 12.03.2003 13.03.2003 14.03.2003 15.03.2003 16.03.2003 17.03.2003 18.03.2003 19.03.2003 20.03.2003 21.03.2003 22.03.2003 23.03.2003 24.03.2003 25.03.2003 26.03.2003 27.03.2003 28.03.2003 29.03.2003 30.03.2003 02.04.2003 03.04.2003 04.04.2003 05.04.2003 06.04.2003 07.04.2003 08.04.2003 09.04.2003 10.04.2003 11.04.2003 12.04.2003 13.04.2003 14.04.2003 15.04.2003 16.04.2003 17.04.2003 21.04.2003 22.04.2003 24.04.2003
elměr [kWh] 170 47 25 63 67 88 86 111 75 63 53 62 78 91 70 73 50 50 52 62 77 68 56 41 35 35 33 27 32 49 48 47 49 67 77 83 83 79 66 79 62 36 28 22 26 64 32 15
TČ [kWh] 418 110 40 90 150 211 188 290 205 152 151 163 193 215 183 174 133 137 140 159 183 167 141 116 101 97 99 79 91 143 132 125 133 167 181 207 199 197 145 220 173 98 85 63 75 188 90 51
Σ elměr [kWh] Σ TČ [kWh] 15058
32930
teplota vzduchu [°C] 3,0 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 0,0 2,0 10,0 6,0 6,0 2,0 0,0 2,0 4,0 2,0 3,0 5,0 -1,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 5,0 7,0 6,0 10,0 10,0 6,0 6,0 6,0 6,0 0,0 0,0 0,0 -3,0 3,0 2,0 2,0 3,0 5,0 9,0 10,0 10,0 10,0 10,0 15,0
topný faktor [-] 2,46 2,34 1,60 1,43 2,24 2,40 2,19 2,61 2,73 2,41 2,85 2,63 2,47 2,36 2,61 2,38 2,66 2,74 2,69 2,56 2,38 2,46 2,52 2,83 2,89 2,77 3,00 2,93 2,84 2,92 2,75 2,66 2,71 2,49 2,35 2,49 2,40 2,49 2,20 2,78 2,79 2,72 3,04 2,86 2,88 2,94 2,81 3,40
průměrná teplota vzduchu [°C] 0,4
průměrný topný faktor [-] 2,19
59
Příloha č. 2 – Data naměřená na tepelném čerpadle v Krkonoších
den 15.12.2004 17.12.2004 18.12.2004 19.12.2004 20.12.2004 21.12.2004 22.12.2004 23.12.2004 24.12.2004 25.12.2004 26.12.2004 27.12.2004 28.12.2004 29.12.2004 30.12.2004 31.12.2004 01.01.2005 02.01.2005 03.01.2005 04.01.2005 05.01.2005 08.01.2005 09.01.2005 10.01.2005 11.01.2005 12.01.2005 13.01.2005 14.01.2005 15.01.2005 16.01.2005 17.01.2005 18.01.2005 19.01.2005 22.01.2005 23.01.2005 24.01.2005 25.01.2005 28.01.2005 29.01.2005 30.01.2005 02.02.2005 03.02.2005 04.02.2005 05.02.2005 07.02.2005 08.02.2005 09.02.2005 10.02.2005 11.02.2005
elměr [kWh] 246,400 561,008 184,133 264,934 110,296 151,570 194,162 235,111 96,000 206,297 11,318 147,451 43,215 56,400 136,311 96,607 58,771 171,125 121,911 90,355 128,223 22,237 189,777 28,667 53,941 107,585 82,726 85,971 330,965 188,918 173,260 303,363 307,941 658,516 324,488 216,133 238,740 346,371 316,770 292,445 196,979 176,504 252,979 167,586 433,273 300,016 384,461 219,703 185,170
TČ [kWh] 443,633 1100,426 349,496 547,508 240,211 308,379 376,547 480,422 228,309 476,094 5,410 349,496 70,332 103,875 262,934 201,258 115,777 438,223 233,719 179,617 292,148 35,707 502,062 49,773 116,859 275,918 141,746 152,566 69,250 375,465 375,465 548,590 502,062 1125,312 624,332 351,660 427,402 380,875 634,070 420,910 387,367 301,887 383,039 344,086 947,859 618,922 513,965 436,059 379,793
60
teplota vzduchu [°C] topný faktor [-] -7,40 1,80 -4,50 1,96 -5,40 1,90 -6,00 2,07 -7,30 2,18 -6,20 2,03 -8,30 1,94 -7,50 2,04 -8,60 2,38 -9,60 2,31 -9,70 0,48 -6,10 2,37 -5,40 1,63 -1,10 1,84 -2,10 1,93 -11,50 2,08 -9,00 1,97 -7,20 2,56 -14,30 1,92 -8,40 1,99 -7,90 2,28 -7,50 1,61 -4,60 2,65 -11,30 1,74 -12,30 2,17 -8,60 2,56 -5,60 1,71 -0,90 1,77 -1,80 0,21 -2,80 1,99 -2,30 2,17 -4,00 1,81 -4,00 1,63 -3,50 1,71 -1,10 1,92 -2,90 1,63 -3,90 1,79 -1,10 1,10 -4,10 2,00 -4,80 1,44 -11,20 1,97 -6,60 1,71 -7,20 1,51 -6,60 2,05 -9,90 2,19 -8,70 2,06 -8,70 1,34 -8,90 1,98 -10,00 2,05
den 15.02.2005 16.02.2005 17.02.2005 18.02.2005 19.02.2005 20.02.2005 21.02.2005 22.02.2005 23.02.2005 24.02.2005 25.02.2005 26.02.2005 27.02.2005 28.02.2005 01.03.2005 02.03.2005 03.03.2005 04.03.2005 05.03.2005 06.03.2005 07.03.2005 08.03.2005 09.03.2005 10.03.2005 11.03.2005 12.03.2005 13.03.2005 14.03.2005 15.03.2005 16.03.2005 17.03.2005 18.03.2005 19.03.2005 20.03.2005 21.03.2005 22.03.2005 23.03.2005 24.03.2005 25.03.2005 26.03.2005 27.03.2005 28.03.2005 29.03.2005 30.03.2005 31.03.2005 01.04.2005 02.04.2005 03.04.2005 04.04.2005
elměr [kWh] 665,391 181,467 319,066 257,320 336,250 151,377 278,742 336,816 266,934 229,525 190,430 179,037 282,918 206,311 171,438 177,555 127,215 240,549 118,252 105,882 40,548 192,814 264,164 266,473 214,236 228,727 241,125 239,629 298,801 151,273 106,533 131,555 215,422 164,947 174,963 222,770 242,236 118,578 110,637 72,237 84,903 137,748 195,984 225,807 308,668 291,820 175,363 239,230 280,117
TČ [kWh] 1261,648 257,523 631,906 525,867 635,152 279,164 413,336 492,324 443,633 412,254 361,398 340,840 437,141 409,008 404,680 421,992 252,113 191,520 264,016 80,070 63,840 328,938 90,891 468,520 428,484 438,223 500,980 402,516 406,844 308,379 280,246 266,180 548,590 419,828 471,766 383,039 589,707 326,773 300,805 188,273 206,668 328,938 465,273 544,262 728,207 660,039 451,207 620,004 729,289
61
teplota vzduchu [°C] topný faktor [-] -8,90 1,90 -11,10 1,42 -10,70 1,98 -8,60 2,04 -6,50 1,89 -3,05 1,84 -2,90 1,48 -4,30 1,46 -3,50 1,66 1,00 1,80 0,80 1,90 -3,60 1,90 -3,50 1,55 1,50 1,98 2,50 2,36 2,10 2,38 -0,90 1,98 -4,70 0,80 -3,70 2,23 -5,40 0,76 -3,60 1,57 -2,20 1,71 -0,50 0,34 -2,20 1,76 3,50 2,00 -3,20 1,92 -2,80 2,08 -1,60 1,68 -1,90 1,36 -0,30 2,04 -0,50 2,63 -0,60 2,02 0,90 2,55 -2,90 2,55 -9,40 2,70 -5,60 1,72 0,30 2,43 5,10 2,76 5,40 2,72 4,10 2,61 6,40 2,43 5,10 2,39 5,30 2,37 6,40 2,41 1,00 2,36 1,10 2,26 0,30 2,57 -0,50 2,59 -1,60 2,60
den 05.04.2005 06.04.2005 07.04.2005 08.04.2005 09.04.2005 10.04.2005 11.04.2005 12.04.2005 13.04.2005 14.04.2005 15.04.2005 16.04.2005 17.04.2005 18.04.2005 19.04.2005 20.04.2005 21.04.2005 22.04.2005 23.04.2005 24.04.2005 25.04.2005 26.04.2005 27.04.2005 28.04.2005 29.04.2005 30.04.2005 01.05.2005 02.05.2005 03.05.2005 04.05.2005 05.05.2005 06.05.2005 07.05.2005 08.05.2005 09.05.2005 10.05.2005 11.05.2005 12.05.2005 13.05.2005 14.05.2005 16.05.2005 17.05.2005 18.05.2005 19.05.2005 20.05.2005 21.05.2005 22.05.2005
elměr [kWh] 318,000 347,320 281,512 176,934 254,844 134,637 160,801 295,984 301,852 251,082 219,438 210,652 183,289 260,445 292,535 467,320 459,836 311,926 351,438 339,527 268,355 304,090 280,340 318,605 299,586 203,244 60,889 22,296 162,992 216,711 263,555 334,340 355,836 478,355 385,660 375,602 375,809 389,438 272,965 75,674 490,668 267,957 455,867 365,051 345,852 163,111 131,422
TČ [kWh] 822,344 820,180 724,961 388,449 546,426 295,395 379,793 739,027 788,801 615,676 568,066 548,590 489,078 688,172 706,566 1027,930 1038,750 746,602 849,395 822,344 678,434 732,535 704,402 729,289 718,469 532,359 169,879 51,938 414,418 557,246 625,414 741,191 797,457 1035,504 841,820 881,855 846,148 900,250 673,023 208,832 1252,992 691,418 1013,863 819,098 862,379 391,695 279,164
Σ elměr [kWh] Σ TČ [kWh] 33640,5
70446,7
62
teplota vzduchu [°C] topný faktor [-] -1,30 2,59 -8,00 2,36 -8,70 2,58 -8,20 2,20 -7,20 2,14 -3,20 2,19 -2,20 2,36 -0,40 2,50 2,00 2,61 2,70 2,45 6,70 2,59 5,30 2,60 4,80 2,67 3,20 2,64 1,60 2,42 5,40 2,20 9,10 2,26 9,10 2,39 5,80 2,42 6,10 2,42 8,60 2,53 10,50 2,41 7,00 2,51 6,70 2,29 10,70 2,40 12,80 2,62 10,80 2,79 11,00 2,33 7,40 2,54 8,60 2,57 13,30 2,37 16,30 2,22 13,50 2,24 15,50 2,16 13,80 2,18 11,30 2,35 11,90 2,25 11,30 2,31 10,10 2,47 5,10 2,76 4,80 2,55 11,50 2,58 8,50 2,22 10,50 2,24 8,70 2,49 6,40 2,40 8,20 2,12 průměrná průměrný topný teplota vzduchu [°C] faktor [-] -0,61 2,1
