TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

CZ.1.07/1.1.00/08.0010

TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA MILAN KLIMEŠ

TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

:

ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA TEPELNÁ ČERPADLA

NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

•

Žadatel: ZČU v Plzni Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.00/08.0010

•

Datum zahájení projektu: 01.01.2010 Datum ukončení projektu: 31.12.2012

•

Projekt je zaměřený na komplexní inovaci odborného vzdělávání na středních školách s ohledem na nové trendy ve využívání zdrojů energií v 21. století, včetně jejich dopadu na životní prostředí.

•

Energetika jakožto odvětví, které je považováno za největšího znečišťovatele životního prostředí, prochází dramatickým rozvojem ovlivněným především její ekologizací a postupným vyčerpáváním klasických zdrojů. Zkoumají se možnosti využití nových zdrojů energií, vyvíjejí se nové způsoby zpracování surovin a odpadů, nové technologické postupy a složitá sofistikovaná zařízení.

•

Cílem projektu je tyto nové poznatky srozumitelně zpracovat a následně využít k rozvoji znalostí, schopností a dovedností žáků v environmentálních oblastech s důrazem na udržitelný rozvoj v České republice.

•

Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České Republiky.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

2

NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VY UŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTN Í PROSTŘEDÍ

Tepelná čerpadla •

Princip funkce

•

Chladivo, které cirkuluje v uzavřeném okruhu, se odpařuje již při nízkých teplotách. Teplo, které mu dodáme z vnějšího zdroje tepla je ve výparníku předáno a chladivo v kapalném stavu změní své skupenství na plynné.

•

Zdroj tepla Zdrojem může být např. voda nebo vzduch. Použité médium se výše popsaným postupem ochladí o několik stupňů celsia. V případě použití vrtů či plošného kolektoru a uzavřeného okruhu s pracovním médiem ve formě nemrznoucí směsi se toto ochlazené médium vrací zpět do smyčky, kde ochlazuje okolní prostor (např. zem).

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

3


•

Ohřáté" plynné chladivo se v kompresoru stlačí, tím se jeho tlak a teplota několikanásobně zvětší. Takto ohřáté chladivo své teplo získané z primárního zdroje a kompresorem převedené na vyšší potenciál předá topné vodě v kondenzátoru. Předáním tepla dojde ke zkapalnění plynného chladiva a expanzní ventil sníží jeho tlak na původní hodnotu. Tento proces se neustále opakuje. Pro jeho funkčnost je však zapotřebí elektrické energie, která je využita na pohon kompresoru. Samozřejmě, že je také třeba zajistit oběh v primárním a sekundárním okruhu, což zajišťují oběhová čerpadla.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

4


SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

5


•

Důležitým ukazatelem pro posouzení jednotlivých typů tepelných čerpadel a pro výběr správného stroje je topný faktor.

•

Je to vlastně účinnost stroje, což lze stanovit jako poměr topného výkonu k příkonu celého soustrojí. Jeho výše je však závislá na parametrech, při kterých teplo získáváme a také odevzdáváme. Můžeme říci, že při teplotě primárního média 10°C a teplotě výstupní 35°C může být topný faktor nad hodnotou 5, naopak při velmi nízkých teplotách primárního okruhu (vzduchové čerpadlo při běhu hluboko pod bodem mrazu) a vysokých teplotách topného systému se může topný faktor pohybovat mezi 1-2.

•

Zjednodušeně řečeno, tepelné čerpadlo s topným faktorem 5 topí za 1/5 ceny oproti přímotopnému vytápění.

•

více in: http://www.tzb-info.cz/2432-jak-je-to-vlastne-s-topnym-faktorem-i

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

6


• Shrnutí: Tepelná čerpadla se řadí mezi mezi alternativní zdroje energie. z Tepelná čerpadla se řadí alternativní zdroje Odnímají energie. teplo Odnímají okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádějí ho na vyšší teplotní teplo z okolního prostředí (vody, vzduchu nebo země), převádějí ho hladinu a následně umožňují teplo účelně využít pro vytápění nebo ohřev teplé na vyšší teplotní hladinu a následně umožňují teplo účelně využít pro vody.

vytápění nebo ohřev teplé vody.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

7

NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTN Í PROSTŘEDÍ

TEPELNÉ ČERPDLO

•

Popis: Skládá se většinou ze dvou částí - venkovní a vnitřní . Vnitřní jednotku na první pohled nerozeznáte od běžného plynového kotle nebo ohřívače vody. Nemá žádné zvláštní nároky na umístění ani velikost prostoru a zajišťuje předávání tepla do topného systému.

•

Venkovní část zajišťuje odebírání tepla ze zvoleného "zdroje" (země, vzduchu, vody). Velikost a podoba venkovní části závisí na tom, z jakého zdroje se teplo získává. U tepelných čerpadel využívajících teplo ze země nebo z vody, není venkovní část součástí dodávky od výrobce. U čerpadel, která využívají venkovního vzduchu, je venkovní jednotka a propojovací potrubí vždy součástí dodávky od výrobce.

•

Někteří výrobci konstruují tepelná čerpadla využívající venkovního vzduchu v kompaktním provedení. V tomto případě má tepelné čerpadlo pouze jednu část, která se dodává ve vnitřním nebo venkovním provedení.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

8

NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTN Í PROSTŘEDÍ

• Princip funkce: již popsán v 19. století anglickým fyzikem - lordem Kelvinem. Přestože se ve své podstatě jedná o chladící zařízení (lednička), využíváme jej jako zdroj tepla. • V zemi, ve vodě i ve vzduchu je obsaženo velké množství tepla, avšak jeho nízká teplotní hladina neumožňuje přímé využití pro vytápění nebo ohřev vody. Pokud chceme využít teplo látek o nízké teplotě (tzv. nízko potenciální teplo ), musíme ho převést na teplotu vyšší. Podobně jako vodní čerpadlo přečerpává vodu z nižší hladiny na vyšší, tepelné čerpadlo dělá totéž s teplem.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

9


• Princip funkce: Dochází k tomu, že látku (zemi, vodu nebo vzduch) ochladíme o několik málo stupňů, tím odebereme teplo, a tuto energii využijeme při ohřevu jiné látky (voda v bazénu, teplá užitková voda, voda v topné soustavě) • Ochladíme tedy např. půdu na naší zahradě z 10°C na 5°C a tepelné čerpadlo zajistí ohřátí topné vody z 40°C na 45°C. Slunce společně s energií akumulovanou v okolní půdě potom zajistí dohřátí půdy na naší zahradě zpět na 10°C.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

10


• Princip funkce: • Tepelné čerpadlo pracuje na principu uzavřeného chladicího okruhu obdobně jako chladnička. Teplo se na jedné straně odebírá a na druhé předává. Chladnička odebírá teplo z vnitřního prostoru potravin a předává je kondenzátorem na své zadní straně do místnosti. Požadovaným efektem je snížení teploty ve vnitřním prostoru chladničky a ohřívání vzduchu v místnosti je nezbytným důsledkem. Tepelné čerpadlo místo potravin ochlazuje například venkovní vzduch, zemskou kůru nebo podzemní vodu. Teplo odebrané těmto zdrojům předává do topných systémů. Požadovaným efektem je právě zvýšení teploty.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

11


• Technický princip tepelného čerpadla:

Tepelné čerpadlo obsahuje čtyři základní části chladícího okruhu: výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Teplo odebrané venkovnímu prostředí se ve výparníku předává pracovní látce (kapalnému chladivu) při relativně nízké teplotě. Zahřátím chladiva dojde k jeho odpaření a páry jsou následně stlačeny v kompresoru na vysoký tlak. Stlačené chladivo je přiváděno do kondenzátoru, kde při kondenzaci předává teplo do topné vody za vyšší teploty než bylo teplo ve výparníku odebráno. V expanzním ventilu se cyklus uzavírá a dochází ke snížení tlaku chladiva na původní hodnotu ve výparníku. Autor: Ing. Miroslav Hořejší, http://www.uni-top.cz/tepelnecerpadlo.html

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

12


• Volba typu tepelného čerpadla: • Výběr tepelného čerpadla zpravidla vychází z dispozice pozemku a jeho možností. Při rozhodování musíme zohlednit i náklady na instalaci – zemní vrty, případně položení plošných kolektorů. U tepelných čerpadel vzduch / voda tyto náklady odpadají.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

13


•

Volba typu tepelného čerpadla:

•

ZEMĚ-VODA Tepelné čerpadlo využívá energii země pomocí zemního kolektoru nebo zemní sondy. Zdroj tepla: země. Teplota země: -5 až +17°C blízko povrchu země (+8 až +12°C v cca 1,5 m hloubky)

•

K dispozici: celoročně

•

Připojení: zemní tepelný výměník (trubky nebo sondy)

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

14


•


•

VODA/VODA Tepelné čerpadlo získává energii ze spodní vody, když je k dispozici v dostatečném množství a kvalitě.

•

Zdroj tepla: spodní voda. Teplota vody: +7 až +12°C

•

K dispozici: celoročně

•

Předpoklady: povolení příslušného vodohospodářského orgánu, analýza vody, 2 studny, studnové čerpadlo, zemní práce

•

Instalace: v nezámrzném prostředí

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

15


•


•

VZDUCH/VODA Tepelné čerpadlo využívá jako zdroj energie venkovní vzduch. Při teplotě -20°C získáváte ještě tepelnou energii pro vytápění. Zdroj tepla: vzduch.

•

K dispozici: bez omezení do -20°C

•

Předpoklady při venkovní instalaci: - na místních podmínkách

•

Předpoklady při vnitřní instalaci: - vzduchové kanály nebo vzduchové hadice, stavební práce

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

16


• Tepelná čerpadla – výše úspor: • Hlavním důvodem, proč uvažujeme o pořízení tepelného čerpadla, jsou očekávané úspory. • Největší úsporu elektřiny můžeme očekávat u tepelných čerpadel, která budou pracovat s co nejnižší teplotou topného média (vody v otopné soustavě). • Ve stávajících objektech jsou stále nejčastěji používaným způsobem vytápění soustavy s otopnými tělesy (radiátory). U tohoto způsobu vytápění je doporučován poměr mezi teplotou vstupní a výstupní vody (teplotní spád) maximálně 55 / 45 °C.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

17


• Tepelná čerpadla – výše úspor: • Nejlepší výsledky tepelné čerpadlo vykazuje ve spojení s nízkoteplotními typy vytápění. Typickým představitelem této skupiny je podlahové nebo stěnové vytápění, pro které je zcela dostatečná teplota vody v otopném systému 35 °C, což je pro tepelné čerpadlo optimální. Převedeno na úspory – tepelné čerpadlo v kombinaci s nízkoteplotní otopnou soustavou spotřebuje o 10 až 20 % méně elektřiny.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

18


• Tepelná čerpadla – výše úspor: • Správně dimenzované a instalované tepelné čerpadlo dokáže dům zásobit teplem a pokrýt i spotřebu teplé vody. • Roční provozní náklady na vytápění se po jeho instalaci sníží o 30 až 60 % ve srovnání s využitím zemního plynu nebo přímotopného či akumulačního vytápění.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

19

NÁZEV GP: INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VY UŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTN Í PROSTŘEDÍ •

Tepelná čerpadla – porovnání nákladů:

•

Pro porovnání provozních nákladů (viz graf) je zvolena čtyřčlenná domácnost, která obývá rodinný dům postavený po roce 2008, velikost užitkové plochy je 150 m 2. Tato domácnost na vytápění ročně spotřebuje přibližně 80 GJ

•

Zdroj: http://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

20


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi: • Topné systémy teplovodní • Např. kompletní teplovodní systémy pro vytápění objektů tepelným čerpadlem. Řeší se jak novostavby, tak i starší objekty bez teplovodního systému, případně i rekonstrukce stávajících topných systémů. Prioritou dodávek jsou topné systémy podlahové, které jsou ideální kombinací s tepelným čerpadlem, a to díky nízkým provozním teplotám. Topné systémy podlahové je možné kombinovat s radiátorovým topným systémem.

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

21


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi – Getasystem (topný systém podlahový):

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

22


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi – Giacomini (topný systém podlahový):

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

23


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi: Radiátorové a kombinované topné systémy): Je li nutné topný systém z nějakého důvodu realizovat, nebo kombinovat s radiátory, je možné toto provést několika způsoby: •

Jen jako radiátorový systém

•

Radiátory s podlahovým topením pracující na stejné teplotě

•

Radiátory s podlahovým topením pracující s různými teplotami

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

24


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi – Nabídka : Tepelné čerpadlo - vzduch / voda Hlavním problémem vzduchových čerpadel je pokles jejich výkonu v zimním období. Při snížení venkovní teploty ze 7 °C na -15 °C, poklesne výkon u většiny tepelných čerpadel o 40 až 50 %. Tepelné čerpadlo

Výkon při d 2°C / 35°C

Topný faktor při 2°C / 35°C

Výkon při -15°C / 35°C

Chladicí výkon při 35°C / 18°C

Max. výstupní teplota

ZUBADAN 11

11,2 kW

3,24

10 kW

10 kW

55 °C

ZUBADAN 14

14 kW

3,2

11 kW

12,5 kW

55 °C

ZUBADAN 23

23 kW

-

23 kW

20 kW

55 °C

Parametry měřeny podle normy EN 14 511

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

25


• Tepelná čerpadla – aplikace v praxi – Nabídka : Tepelné čerpadlo - země/ voda Tepelné čerpadlo je vybaveno kompresory a oběhovými čerpadly s řízenými otáčkami. Díky těmto technologiím dosahuje tepelné čerpadlo vysokého průměrného ročního topného faktoru a dokáže ohřívat topnou vodu až na 65 °C bez použití elektrokotle. Dodává ve dvou variantách: s vestavěným zásobníkem teplé vody, nebo s možností připojení externího zásobníku. Tepelné čerpadlo

Výkon při 0°C / 35°C


Výkon při 0°C / 45°C


Max. výstupní teplota

IVT E6/C6

5,5 kW

4,2

5,1 kW

3,2

65 °C

E7/C7

7,2 kW

4,2

6,6 kW

3,3

65 °C

E9/C9

8,8 kW

4,2

8,2 kW

3,3

65 °C

E11/C11

10,3 kW

4,5

9,9 kW

3,5

65 °C

IVT

14,8 kW

4,4

14,1 kW

3,4

65 °C

IVT

16,7 kW

4,1

15,5 kW

3,1

65 °C

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

26


•

DĚKUJI ZA POZORNOST

http://www.maruko.cz

SPŠ TACHOV 13-14.6.2012

27

TEPELNÁ ČERPADLA ALTERNATIVNÍ ZDROJE TEPLA

Recommend Documents