ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
TZ1 – Vytápění Zdroje tepla - elektrické vytápění, obnovitelné zdroje
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
1
Elektrická energie - výroba Situace v ČR •55% uhelné •42% jádro •3% vodní •0,1 % ostatní (vítr, fotovoltaická)
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
2
1
Elektrická energie - dodávka
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
3
Fyzikální principy elektrického vytápění 1
Jouleů Jouleův - Lenzů Lenzův zákon vyjadř vyjadřuje prá práci W ve stacioná stacionární rním elektrické elektrickém poli: W = UIt = RI2t = (U2/R).t [J]
U - napě napětí I - proud t - čas R – odpor
James Prescott
Zákon experimentá experimentálně lně objevil pomocí pomocí kalorimetru v roce 1844 James Prescott Joule (24. 12. 1818 - 11. 10. 1889) 1889) a profesor petrohradské petrohradské univerzity Lenz. Lenz. Vyvinuté Vyvinuté teplo se nazývá ztráta). ta). Tímto teplem se nazývá Joulovo teplo (Joulova ztrá zahř zahřívá vodič vodič až na teplotu, teplotu, při které které se přivá iváděný výkon vyrovná vyrovná se ztrá ztrátami tepla do okolí okolí. Při vhodných podmí podmínká nkách se může ůže vodič vodič roztavit. roztavit.
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
4
2
Fyzikální principy elektrického vytápění 2
Peltieruv efekt (Jean Charles Athanase Peltier (1785– (1785–1845) 1845)
zavedení zavedením el. proudu do okruhu slož složené eného ze dvou polovodičů polovodičů (vizmutvizmut-telluridy) telluridy) dojde v mí místě stě spojů spojů ke zvýš zvýšení ení a sní snížení ení teploty v závislosti na polaritě polaritě. Využ Využití ití - chlazení chlazení, topení topení
Pro tepelný výkon Pp tudí tudíž platí platí: Pp = p I kde p je tzv. tzv. Peltierů Peltierův
koeficient. koeficient. TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
5
Elektrické vytápění Spotřebiče
přímotopné motopné
infrazá infrazářiče radiá radiátory konvektory, teplovzduš teplovzdušné jednotky sálavé lavé plochy
panely závěsy folie topné topné kabely
akumulač akumulační
kamna
statická statická dynamická dynamická hybridní hybridní
teplovodní teplovodní (elektrokotelna)
teplovodní teplovodní (elektrokotel) TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
6
3
Akumulační elektrokotelna
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
7
Obnovitelné zdroje energie
Zákon 406/2000 Sb o hospodař hospodaření ení energií energií nefosilní nefosilní přírodní rodní zdroje energie, energie, jimiž jimiž jsou energie
vody, vody, půdy, dy, vzduchu, zduchu, větru, tru, sluneč slunečního záření ení, geotermá eotermální lní, biomasy sklá skládkové dkového plynu kalové kalového plynu a bioplynu TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
8
4
Využití energie vody, půdy, vzduchu
Nízkopotenciální zdroj - teplota v rozmezí cca -20 až +30°C Nutno zvýšit teplotní úroveň -> tepelné čerpadlo …
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
9
Tepelné čerpadlo
Tepelný stroj, umožň ujíící využ umožňuj využití ití nízkopotenciá zkopotenciální lního tepla okolí okolí pro energetické energetické systé systémy budov. Výparní Výparník-kompresorkompresor-kondenzá kondenzátortorredukč redukční ventil Kompresorové Kompresorové x absorpč absorpční Topný faktor Podí Podíl výkonu a př příkonu >1, >1,opt 3 Závislý na pracovní pracovních podmí podmínká nkách Chladivo Freony!!!
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
10
5
Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo
Vzduch Venkovní Venkovní
vzduch -18 +30° +30°C Promě Proměnná nná teplota ovlivň ovlivňuje topný faktor Instalace venkovní venkovní jednotky s ventilá ventilátorem
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
11
Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo
Voda Studnič Studniční Dvě Dvě
studny Další Další čerpadlo Povrchová Povrchová
výmě výměník nebo čerpá erpání?
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
12
6
Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo Země Zemní Zemní
kolektor
1,0 1,0-1,8 m hluboko, 1515-35 W/m2, rozteč rozteč 0,60,6-1 m, dé délka 100 m Vrty
(20(20-100 W/ W/m), čtyř tyři trubky DN 2525-32 hloubka 7575-150 m
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
13
Použití TČ
Teplovodní vytápění Nízkoteplotní zkoteplotní zdroj → nízkoteplotní zkoteplotní soustava, podlahové podlahové vytá vytápění, desková desková tělesa, konvektory? Bivalentní Bivalentní nebo monovaletní monovaletní zdroj ? (elektrokotel, pevná pevná paliva, solá solární rní kolektory) Konstantní Konstantní pracovní pracovní podmí podmínky X pož požadavky na promě proměnný výkon otopné otopné soustavy → akumulace tepla, hydraulické hydraulické řešení ení
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
14
7
Zapojení - příklady řešení 1 Č2
Č3
2xTRV PV Č1 EN
RS
Příklad 1: Tepelné Tepelné čerpadlo s akumulač akumulační nádrž drží – pouze vytá vytápění
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
15
Zdroje - příklady řešení 2 TRB Č2
Č3
2xTRV PV Č1 EN
Č5 RS
3xZV PV
Zapojení uje prá Zapojení umožň umožňuje práci zdroje v optimá optimální lních podmí podmínká nkách a přeruš erušovaný chod zdroje s přestá estávkami v řádu dnů dnů.Prů .Průtoč točný ohř ohřev TUV je ve srovná srovnání se zásobní sobníkovým příznivý z hlediska stagnace TUV (legionella legionella). TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
16
8
Zdroje - příklady řešení 3
TRB Č3
Č2
PV Č4
Č1 EN
2xTRV Č5 RS
3xZV PV
Příklad 3: Bivalentní Bivalentní zdroj – tepelné tepelné čerpadlo s ní nízkoteplotní zkoteplotními kolektory.Teplovodní kolektory.Teplovodní vytá vytápění,prů ,průtoč točný ohř ohřev TUV. Použ Použití ití teplotně teplotně stratifikované uje využ stratifikovaného zá zásobní sobníku umožň umožňuje využití ití nízkopotenciá zkopotenciální lního tepla kolektorů teplé é vody. kolektorů k předehř edehřevuTZ1 tepl vody. - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
17
Použití TČ
Příprava teplé vody Optimá Optimální lní pracovní pracovní podmí podmínky Systé Systémy vzduchvzduch-voda, chlazení chlazení sklepa… sklepa… Samostatné Samostatné zař zařízení zení nebo kombinace s TČ TČ pro vytá vytápění?
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
18
9
Solární energie
Slunce - pohyb po obloze
difú difúzní zní a přímé záření ení
solá solární rní konstanta 1360 W/m2
zacloně zaclonění mraky
skuteč skutečně dopadají dopadající energie max 1000 W/m2
Globální sluneční záření dopadající na území ČR [MJ . m-2 .rok] TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
19
Solární energie
Pasivní systémy
solá solární rní okno sklení skleník (zimní zimní zahrada) zahrada) akumulač akumulační stě stěna TROMBE
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
20
10
Využití solární energie
Aktivní solární systémy vodní vodní, vzduš vzdušné kolektory fotovoltaické fotovoltaické články
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
21
Zapojení solárního kolektoru pro přípravu teplé vody TV C
TRB Č
Č
PV
3xZV
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
SV 22
11
Kogenerace
plynový motor s elektrickým generá generátorem
topným zdrojem je chlazení chlazení motoru
výkon např např 42 kW tepla + 25 kW elektř elektřiny
X hluk
X nesouč nesoučasnost odbě odběru tepla a elektř elektřiny
problé problém s prodejem el.energie
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
23
Palivové články Zdroj elektrické elektrické energie a tepla Oxidací Oxidací (spalová (spalováním) chemických lá látek se u nich chemická chemická energie mění na energii elektrickou. elektrickou. Obdobně Obdobně jako u galvanických článků nků i zde probí probíhají hají chemické chemické reakce, ale rozdí rozdíl je v tom, že se k jedné jedné elektrodě elektrodě přivá ivádí palivo (např (např. vodí vodík) a ke druhé druhé okyslič okysličovadlo (např (např. kyslí kyslík). Během provozu lze u palivových článků nků palivo doplň doplňovat, takž takže mohou pracovat trvale. Klasický palivový článek je kyslí kyslíkoko-vodí vodíkový článek, který má má dvě dvě pórovité rovité platinové platinové elektrody, mezi nimiž nimiž je elektrolyt. elektrolyt. Palivové Palivové články se použ používají vají v elektromobilech. elektromobilech. TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
24
12
Palivový článek ve vytápění
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
25
Biomasa
Kusové Kusové dřevo dřevní evní odpad Slá á Sl ma (obilí (obilí..?) Zá měrné rné pěstová stování Odpadní Odpadní hmota
Výhř Výhřevnost
Polena Brikety, peletky
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
16 MJ/kg 19 MJ/kg
26
13
Přednosti x nevýhody biomasy
-
+
Obnovitelná Obnovitelná energie. Loká Lokální lní zdroj Do ovzduší ovzduší se dostane jen CO2, které které rostliny spotř spotřebovaly př při fotosynté fotosyntéze pro svů svůj rů růst. proces nepř nepřispí ispívá, na rozdí rozdíl od fosilní fosilních paliv, ke sklení skleníkové kovému efektu.
Obsah vody má má velký vliv na výhř výhřevnost. Větší nároky na prostor. Nutná Nutná likvidace popela. Menší Menší komfort provozu.
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
27
Kotle na spalování biomasy – zplynovací kotel
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
28
14
Kotel na peletky
= kotel na zplynování dřeva + zásobník paliva + dopravník
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
29
Doprava peletek - pneumatická
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
30
15
Doprava peletek
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
31
Doprava peletek
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
32
16
Náklady na vytápění RD 100GJ www.tzb-info.cz 2007
2008
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
33
Zkouška
Zkouš Zkouška probí probíhá písemnou a ústní stní formou s přihlé ihlédnutí dnutím k výsledku prá práce na cvič cvičení ení. Před zahá zahájení jením písemné semné části zkouš zkoušky musí musí mít student zapsá zapsán zápoč počet v indexu. indexu.
Písemná semná část zkouš zkoušky má 20 otá otázek; zek; z toho 10 ze zdravotní zdravotní techniky (vodovod,kanalizace,plynovod) vodovod,kanalizace,plynovod) a 10 z vytá vytápění.
Délka písemné semné zkouš zkoušky je 2x50 minut. minut. Minimá Minimální lní poč počet úspě spěšně zodpově zodpovězených otá otázek je 7 z kaž každé části. sti. Výsledná Výsledná klasifikace je na základě kladě výsledku z písemné semné části, sti, hodnocení hodnocení ze cvič cvičení ení a případné padné doplň doplňují ující otá otázky při ústní stní části zkouš zkoušky. ky.
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
35
17
ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Děkuji za pozornost
TZ1 - prof.Ing.Karel Kabele, CSc.
36
18
