TEPELNÁ ČERPADLA návrh Tomáš Vítěz
Navrhování TČ - výkonu Dosažení tepelné pohody v objektu Pokrytí tepelné ztráty ČSN 060210 – Výpočet tepelných ztrát budov ČSN 730540 – Tepelná ochrana budov
Postup 2 varianty: 1.) Znám TZ
mohu navrhovat TČ
2.) Neznám TZ - mám dokumentaci - nemám dokumentaci Provedu výpočet tepelných ztrát, následně bod 1.)
Výpočet tepelných ztrát
Provádí se dle výše uvedených norem
Specializovaný software Odhad tepelných ztrát
http://www.vytapeni.cz/vytapeni/cz/ztraty.shtml
Tepelné ztráty na internetu http://www.tzb-info.cz/t.py?t=16&i=107&h=38
Dimenzování tepelných čerpadel Podíl TČ %
0
30 40 50 60 70 80 90 100
Krytí potřeby %
0
61 72 82 89 93 96 98 100
Roční spotřeby tepla Vytápění
kwh/kW TZ 1800 ÷ 2400
Ohřev TUV
kwh/osobu
1100 ÷ 1800
Bazén
kwh/m2
400 ÷ 700
Návrh tepelného čerpadla (konstruktér)
Tepelné čerpadlo s parním okruhem
Teplená bilance oběhu Hmotnostní chladivost - množství tepla, které z výparníku odvede hmotnostní jednotka vypařené pracovní látky.
q 0 = i1 − i 5 Objemová chladivost - množství tepla, které z výparníku odvede objemová jednotka vypařené pracovní látky.
q0 i1 − i5 = qv = v1′ v1′
Teplená bilance oběhu Adiabatický příkon kompresoru
& ⋅ a ad = m & ⋅ (i 2 − i1 ) Pad = m Teplo odvedené v kondenzátoru
Pkond = Q m ⋅ q k
Teplená bilance oběhu Teplo odvedené ve výparníku
Pch = Q m ⋅ q 0 Chladící faktor
q 0 Q 0 i1 − i 5 ε= = = a P i 2 − i1
Dimenzování výparníku Teplosměnná plocha výparníku Pch = S v ⋅ k v ⋅ ∆t log
Pch ⇒ Sv = k v ⋅ ∆t log
Součinitel prostupu tepla 1 k= 1 tl 1 + + α ch λ α vz
Dimenzování kondenzátoru Teplosměnná plocha kondenzátoru PK = S K ⋅ k K ⋅ ∆t log
PK ⇒ SK = k K ⋅ ∆t log
Součinitel prostupu tepla 1 k= 1 tl 1 + + α ch λ α vz
Výpočty výkonu a energie Pro snadné určení potřebných veličin byly v termomechanice odvozeny vztahy. Výkon:
m ⋅ c ⋅ ∆T P= τ
[kW ]
Energie:
W = m ⋅ c ⋅ ∆T ⋅ τ
[kWh ]
Výpočty výkonu a energie Příklady: Jaký výkon je potřeba k ohřátí vody o 1°C při průtoku 1l za 1 h.
m ⋅ c ⋅ ∆T 1* 4186 *1 P= = = 1,163 τ 3600
[W ]
Jaký průtok vody potřebujeme, při ochlazení vody o 4°C, chceme-li odebírat energii s výkonem 6 kW. m ⋅ c ⋅ ∆T P ⋅ τ 6000 ⋅ 3600 P= ⇒m= = = 1290 c ⋅ ∆T 4186 ⋅ 4 τ
[kg ⋅ h ] = 0,36 [l ⋅ s ] −1
−1
Výpočty výkonu a energie Příklady: Kolik energie potřebujeme pro přípravu TUV z 15°C na 60 °C, nádrž má objem 200 l.
m ⋅ c ⋅ ∆T 200 ⋅ 4186 ⋅ 45 W= = = 10465 τ 3600
[Wh ]
Za jaký čas se toto množství ohřeje, výkon topného tělesa 2 kW.
W 10465 t= = = 5,23 P 2000
[h ]
Výpočty topného faktoru a příkonu kompresoru ε – topný faktor A – příkon Q0 – tepelný výkon zdroje tepla Qk – kondenzační (celkový výkon TČ)
Q k = Q 0 + A [kW ] Qk Qk + A ε= = [ −] A A
⎛ ε −1 ⎞ Q0 = Qk ⋅ ⎜ ⎟ [kW ] ⎝ ε ⎠
Výpočty topného faktoru a příkonu kompresoru Požadujeme tepelný výkon 8 kW teplo odebíráme z podzemní vody. Předpokládaný ε = 3. ⎛ ε −1 ⎞ ⎛ 3 −1 ⎞ Q0 = Qk ⋅ ⎜ ⎟ = 8⋅⎜ ⎟ = 5,33 [kW ] ⎝ ε ⎠ ⎝ 3 ⎠
Průtok vody při ochlazení ve výparníku o 4°C. m ⋅ c ⋅ ∆T 8000 ⋅ 3600 −1 −1 Q= ⇒m= = 1720 [kg ⋅ h ] = 0,47 [l ⋅ s ] 3600 4186 ⋅ 4
Výpočty topného faktoru a příkonu kompresoru Požadujeme tepelný výkon 8 kW teplo odebíráme z podzemní vody. Předpokládaný ε = 3.
Q k = Q 0 + A ⇒ A = Q k − Q 0 = 8 − 5,33 = 2,67 [kW ]
Postup návrhu TČ - praxe
Varianta 1, znám TZ Vyberu vhodný typ TČ, dimenzuji primární stranu
Varianta 2, neznám TZ a) Mám podklady b) Nemám podklady
- provedu výpočet TZ - znám spotřebu paliva - znám obvodové konstrukce
Vyberu vhodný typ TČ, dimenzuji primární stranu
Návrh TČ Tepelná ztráta objektu 11,97 kW Navrhneme TČ na tepelný výkon 12 kW Předpokládám topný faktor 3 ⎛ 3 −1 ⎞ ⎛ ε −1 ⎞ Q0 = Qk ⋅ ⎜ ⎟ = 8 [kW ] ⎟ = 12 ⋅ ⎜ ⎝ 3 ⎠ ⎝ ε ⎠ Qk = Q0 + A ⇒ A = Qk − Q0 = 12 − 8 = 4 [kW ]
Dimenzování výměníku Teplosměn. plocha výparníku Pch = S v ⋅ k v ⋅ ∆t log
Pch ⇒ Sv = k v ⋅ ∆t log
Součinitel prostupu tepla 1 k= 1 tl 1 + + α ch λ α vz
P=
Q t
Dimenzování primární strany TČ Chladící výkon 8 kW, topný výkon 12 kW Podle vlastností půdy zvolím typ a následně provedu Výkon [W·m-2]
Plocha potřebná na 1 kW topného výkonu [m2]
Půda vedoucí spodní vodou
30 ÷ 35
23 ÷ 20
Vlhká jílovitá půda
25 ÷ 30
28 ÷ 23
Suchá jílovitá půda
20 ÷ 25
35 ÷ 28
Vlhká písčitá půda
15 ÷ 20
46 ÷ 35
Suchá písčitá půda
10 ÷ 15
70 ÷ 46
Prostředí
a) 8000 / 30 = 266 m2 b) 12 * 23 = 276 m2
P=
Q t
Dimenzování primární strany TČ Chladící výkon 8 kW, topný výkon 12 kW Podle vlastností půdy zvolím typ a následně provedu Výkon [W·m-1]
Hloubka vrtu potřebná na 1 kW topného výkonu [m]
Půda vedoucí spodní vodou
100
7
Vlhká jílovitá půda
80
10
Suchá jílovitá půda
60
13
Vlhká písčitá půda
40
18
Suchá písčitá půda
20
35
Prostředí
a) 8000 / 100 = 80 m b) 12 * 7 = 84 m
P=
Q t
Dimenzování primární strany TČ Chladící výkon 8 kW, topný výkon 12 kW Přímý odběr z vody Q=
8000 ⋅ 3600 m ⋅ c ⋅ ∆T ⇒m= = 1720 [kg ⋅ h −1 ] = 0,47 [l ⋅ s −1 ] 3600 4186 ⋅ 4
Přímý odběr ze vzduchu 8000 ⋅ 3600 m ⋅ c ⋅ ∆T Q= ⇒m= = 7178 [kg ⋅ h −1 ] = 5664 [m 3 ⋅ s −1 ] 3600 1003 ⋅ 4
Děkuji Vám za pozornost
