Výpočtové hodnocení tepelných soustav s tepelnými čerpadly 1. Úvod Tepelná čerpadla jsou zařízení, která umožňují cíleně čerpat tepelnou energii o nízké a pro běžné aplikace nevyužitelné teplotě (nízkopotenciální teplo) a předávat ji do navazujících tepelných soustav s vyšší využitelnou teplotní hladinou (příprava teplé vody, vytápění). Zdroje nízkopotenciálního tepla mohou být svou podstatou: obnovitelné - energie okolního prostředí (vzduch, voda, země), která má svůj původ ve slunečním záření nebo geotermální energii, nebo druhotné - energie, která může mít svůj původ i v neobnovitelných palivech, např. teplo odpadního vzduchu nebo odpadní vody. Tepelná čerpadla však pro svůj pohon využívají energii vysokopotenciální o vyšší energetické "kvalitě" (elektrickou, mechanickou, vysokoteplotní), která má svůj původ zpravidla v neobnovitelných zdrojích energie (uhlí, zemní plyn) a která v procesu transformace degraduje na teplotní úroveň odváděného tepla. Efektivita tepelného čerpadla je vyjádřena topným faktorem stanoveným za jasně definovaných teplotních podmínek za daný časový úsek jako poměr mezi užitečným teplem vydaným tepelným čerpadlem a hnací energií spotřebovanou tepelným čerpadlem. Teplotní podmínky ovlivňující topný faktor tepelného čerpadla jsou: teplota ochlazované látky tv1 nízkopotenciálního zdroje tepla vstupující do výparníku tepelného čerpadla; teplota ohřívané látky tk2 vystupující z kondenzátoru tepelného čerpadla. Hlavními parametry tepelných čerpadel jsou tepelný výkon Φk a topný faktor COP. Stanovují se zkoušením jako charakteristiky v závislosti na řadě okrajových podmínek definovaných v příslušných normách, např. ČSN EN 14511 [1]. Charakteristiky tepelného čerpadla jsou nezbytné pro správný návrh a správné zhodnocení provozu soustavy s tepelným čerpadlem. Vyhodnocení reálných energetických přínosů soustavy s tepelným čerpadlem výpočtem slouží jako podklad k energetickému, ekologickému a ekonomickému hodnocení. V reálném provozu pracuje tepelné čerpadlo v soustavě, ve které se v průběhu roku mění provozní podmínky jako teplota zdroje tepla, teplota v připojené soustavě odvodu tepla (vytápění, příprava teplé vody) či odváděný tepelný výkon. Sezónní topný faktor SPF, který udává míru efektivity provozu celé soustavy s tepelným čerpadlem za výpočtové období (rok), není závislý pouze na kvalitě navrženého tepelného čerpadla, ale také na návrhu otopné soustavy, teplotní úrovni nízkopotenciálního zdroje tepla během roku, návrhu výkonu vzhledem k odběru tepla, apod. Následující text nabízí zjednodušený postup výpočtového hodnocení běžných soustav s tepelnými čerpadly pro vytápění a přípravu teplé vody na základě teplotní charakteristiky otopného období. Výpočtový postup je fyzikálně podložený, nicméně je do značné míry zjednodušený. Postup nerespektuje denní ani roční profil odběru teplé vody, vliv doby blokace tarifu el. energie, tepelné ztráty zásobníku tepla a teplé vody jsou zanedbány. Dále se nezkoumá, zda zadané tepelné čerpadlo může dosáhnout maximálních provozních teplot, nezohledňuje vliv návrhu nízkopotenciálního zdroje tepla na skutečně dosahované teploty zdroje tepla, aj. V žádném případě výpočtový postup nemůže nahradit simulační výpočty v pokročilých softwarech s hodinovým a kratším krokem, se zohledněním dynamiky provozu a využívající validované simulační modely prvků soustavy. Podstatou zjednodušené metodiky je snadný výpočtový postup ke stanovení energetických zisků blízkých skutečnosti použitelný pro ruční výpočet či výpočet pomocí běžného tabulkového procesoru (Excel) jako podklad pro navazující hodnocení soustav s tepelnými čerpadly.
1
2. Metodika Výpočtové hodnocení provozu soustav s tepelnými čerpadly vychází z tzv. intervalové metody [2], přejaté např. normou ČSN EN 15316-4-2 [3]. Metoda využívá křivky trvání teplot pro určené otopné období, které je pro výpočet provozních charakteristik rozděleno do časových úseků odpovídajících teplotním intervalům v dostatečném rozlišení. V otopném období jsou teplotní intervaly rozděleny po 1 K, mimo otopné období je interval jediný. Každý výpočtový interval je charakterizován střední teplotou a dobou trvání. Pro střední teplotu v každém intervalu jsou bilancovány:
potřeba tepla pro vytápění a přípravu teplé vody;
provozní podmínky a odpovídající charakteristiky tepelného čerpadla (tepelný výkon, topný faktor);
teplo dodané tepelným čerpadlem;
teplo dodané doplňkovým ohřívačem;
hnací energie pro tepelné čerpadlo;
doba provozu tepelného čerpadla;
potřeba pomocné energie.
Výsledkem hodnocení jsou roční provozní parametry soustavy s tepelným čerpadlem, tzn. teplo dodané do tepelné soustavy vytápění a přípravy teplé vody tepelným čerpadlem a doplňkovým (záložním) ohřívačem a celková efektivita provozu soustavy s tepelným čerpadlem, včetně zahrnutí pomocné energie, vyjádřená sezónním (ročním) topným faktorem.
3. Vstupní údaje Výpočtový postup vyžaduje informaci o klimatických podmínkách v místě instalace (teplota venkovního vzduchu, otopné období), o potřebě tepla, kterou má soustava s tepelným čerpadlem svým provozem krýt, o charakteristikách použitého tepelného čerpadla v souladu s normovým zkoušením a o tepelné soustavě, kterou je teplo produkované tepelným čerpadlem sdíleno (odebíráno).
3.1. Klimatické údaje Požadovanými klimatickými údaji pro oblast instalace soustavy s tepelným čerpadlem jsou venkovní výpočtová teplota, počet dnů otopného období, průměrná venkovní teplota v otopném období a průměrná roční teplota. Z uvedených údajů lze stanovit křivku trvání teplot pro hodnocení provozu tepelného čerpadla pro vytápění a přípravu teplé vody ve výpočtových teplotních intervalech otopného období a teplotu v letním výpočtovém intervalu pro hodnocení provozu tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody mimo otopné období. 3.1.1. Výpočtová venkovní teplota te,N Pro území ČR platí tři základní výpočtové venkovní teploty -12 °C, -15 °C a -18 °C. Výpočtové venkovní teploty pro vybraná místa ČR [4, 5] lze nalézt v tab. A.1 v příloze A. Oblasti výpočtových teplot [6] jsou uvedeny na obr. A.1 v příloze A. Pro místa s nadmořskou výškou nad 400 m n.m. se výpočtové teploty snižují podle tab. A.2 v příloze A. 3.1.2. Křivka trvání venkovních teplot Počet dnů otopného období d a průměrná venkovní teplota te,Z v otopném období se stanoví z meteorologických podkladů pro konkrétní rok (meteorologické denostupně) nebo pro normové hodnoty (klimatické denostupně) pro danou mezní teplotu otopného období [4], viz tab. A.1 v příloze A.
2
Křivka trvání venkovních teplot pro stanovení parametrů výpočtových teplotních intervalů je dána výpočtovou venkovní teplotou te,N, mezní teplotou otopného období te,m (uvažována jednotně +13 °C) a dobou trvání otopného období d (počet dnů). Bezrozměrná křivka trvání teplot je dána rovnicí
ϑ = (1 − ν )0,985⋅ν
−0 ,626
[-]
(1)
[-]
(2)
[-]
(3)
kde poměrný rozdíl teplot ϑ je dán vztahem
ϑ=
t e ,m − t e t e ,m − t e ,N
a poměrná doba ν vyplývá z podílu
ν=
τ τZ
kde
τ τZ
je doba výskytu teplot nižších než te v h; doba trvání otopného období, tj. 24·d v h.
3.1.3. Určení teplotních intervalů v otopném období Z dostupných klimatických údajů pro místo instalace soustavy s tepelným čerpadlem se křivka trvání teplot pro otopné období rozdělí na výpočtové teplotní intervaly (pro dostatečné rozlišení se doporučuje šířka intervalu 1 K) a stanoví se střední venkovní teploty v jednotlivých intervalech te,j a doba trvání intervalů τj v hodinách. Příklad názorného určení výpočtového teplotního intervalu o šířce 4 K s horní hranicí intervalu 1 °C a dolní hranicí intervalu -3 °C je uveden na obr. 1.
Obr. 1 – Příklad stanovení výpočtových teplotních intervalů (střední venkovní teplota, doba trvání)
3.1.4. Teplotní interval pro letní období Pro stanovení provozních charakteristik tepelného čerpadla při přípravě teplé vody v letním období je nutné znát odpovídající venkovní teplotu mimo otopné období. Průměrná venkovní teplota te,L, která 3
charakterizuje letní výpočtový teplotní interval s dobou trvání (8760 – 24·d) hodin, se určí na základě poměru časových úseků otopného období a celého roku a příslušných středních venkovních teplot v těchto obdobích podle vztahu t e ,L =
t e ,rok ⋅ 8760 − t e ,Z ⋅τ Z
[°C]
8760 − τ Z
(4)
kdete,rok je průměrná roční venkovní teplota ve °C, viz např. obr. A.2 v příloze A; te,Z
průměrná venkovní teplota v otopném období ve °C;
τZ
doba trvání otopného období, tj. 24·d v h.
3.2. Potřeba tepla Výpočtový postup nestanovuje roční potřebu tepla, kterou má krýt tepelné čerpadlo. Pro energetickou bilanci využívá jako vstupní údaj hodnoty potřeby tepla (vytápění, příprava teplé vody) již stanovené některým z dostupných hodnotících postupů. 3.2.1. Potřeba tepla na vytápění Roční potřeba tepla na vytápění Qp,VYT,rok vyplývá z energetického hodnocení budov při použitých klimatických podmínkách v otopném období. Pro určení roční potřeby tepla na vytápění lze využít řadu metod, např. denostupňová, ČSN EN ISO 13790 [7], simulační výpočet matematickým modelem budovy, provozní měření, aj. Pro rozdělení potřeby tepla na vytápění do jednotlivých časových intervalů je nutné stanovit hodinostupně DH. Hodinostupně pro teplotní interval j se stanovují jako DH j = τ j ⋅ (t i ,Z − t e , j )
[Kh]
(5)
V průběhu otopného období musí být ve vytápěných místnostech zabezpečena vnitřní teplota stanovená projektem, tzn. výpočtová vnitřní teplota ti,N. V provozu se vlivem regulace a útlumů vytápění vnitřní teplota snižuje. Průměrná vnitřní teplota ti,Z v otopném období se uvažuje pro rodinné domy 18 °C, pro bytové domy a občanské budovy 19 °C. Roční potřeba tepla na vytápění se pro jednotlivé teplotní intervaly j rozdělí poměrovým přepočtem na základě příslušných hodinostupňů ve výpočtových intervalech podle vztahu Q p,VYT , j = Q p ,VYT ,rok
DH j
[kWh]
DH rok
(6)
kde DHj DHrok
je počet hodinostupňů výpočtového teplotního intervalu j v Kh; počet hodinostupňů během roku za otopné období v Kh.
3.2.2. Potřeba tepla na přípravu teplé vody Roční potřeba tepla na přípravu teplé vody Qp,TV,rok určená v kWh vyplývá z energetického hodnocení budov pro danou obsazenost a vybavenost budovy. Pro určení roční potřeby tepla na přípravu teplé vody lze využít různých metod, např. ČSN EN 15316-3, VDI 2067 nebo měření na stávající budově. Roční potřeba tepla na přípravu teplé vody se pro jednotlivé teplotní intervaly j rozdělí poměrovým
4
přepočtem na základě doby trvání výpočtových teplotních intervalů vzhledem k celému roku podle vztahu Q p ,TV , j = Q p ,TV ,rok
τj
[kWh]
8760
(7)
kde
τj
je doba trvání výpočtového teplotního intervalu j v h.
3.3. Tepelné čerpadlo 3.3.1. Jednotka Pro výpočet ročních provozních charakteristik soustavy s tepelným čerpadlem je nezbytné mít k dispozici údaje o tepelném výkonu Φk a topném faktoru COP tepelného čerpadla za různých provozních podmínek. Pro kompresorová tepelná čerpadla s elektrickým pohonem jsou nezbytné charakteristiky tepelného výkonu a topného faktoru za teplotních podmínek stanovených v ČSN EN 14511-2 [1]. Zkušební podmínky jsou uvedeny v tab. 1 až 3 jako světle šedá pole (tmavě šedá pole jsou jmenovité podmínky). Zkušební podmínky udávají minimální počet údajů o tepelném výkonu a topném faktoru pro daný druh tepelného čerpadla. Pro plynem poháněná tepelná čerpadla je nezbytné zajistit adekvátní množství vstupních údajů, pokud jsou k dispozici podle zkušebních metod. tk2 / tv1
-15 °C
-7 °C
2 °C
7 °C
35 °C 45 °C 55 °C
x
x
Tab. 1 – Požadované zkušební podmínky pro tepelná čerpadla se zdrojem tepla: vzduch Parametry tepelného čerpadla se pro teplotní podmínky ve výpočtových intervalech během roku stanoví lineární interpolací mezi dvěma nejbližšími body, resp. lineární extrapolací trendu. U tepelných čerpadel s venkovním vzduchem jako zdrojem tepla je zcela nezbytné použít charakteristiky ze zkoušky zahrnující i odtávací cykly tepelného čerpadla [7]. tk2 / tv1
10 °C
35 °C
15 °C x
45 °C 55 °C
x
Tab. 2 – Požadované zkušební podmínky pro tepelná čerpadla se zdrojem tepla: voda tk2 / tv1
-5 °C
35 °C
x
0 °C
5 °C
45 °C 55 °C
x
x
Tab. 3 – Požadované zkušební podmínky pro tepelná čerpadla se zdrojem tepla: země 5
3.3.2. Nízkopotenciální zdroje tepla Teplota nízkopotenciálního zdroje tepla, tj. teplota na vstupu do výparníku tv1, ovlivňuje provozní efektivitu a výkon tepelného čerpadla. Pro výpočet provozních parametrů tepelného čerpadla ve výpočtových intervalech je nezbytné stanovit odpovídající teplotu zdroje tepla. Pro různé druhy zdroje tepla je v tab. 4 uveden vztah pro určení teploty na vstupu do výparníku tv1 v souladu s ČSN EN 153164-2 [3]. Zdroj tepla
Teplota na vstupu do výparníku
Vzduch (venkovní)
tv1 = te
Spodní voda (čerpací studna)
tv1 = 10 °C
Zemský masiv
tv1 = max (0 °C; min (0,15· te + 1,5 °C; 4,5 °C))
Tab. 4 – Teplota nízkopotenciálního zdroje tepla pro výpočet 5
4
t v1 [°C]
3
2
1
0
-1 -10
0
10
20
30
t e [°C]
Obr. 2 – Závislost mezi teplotou vystupující kapaliny ze zemního výměníku a venkovní teplotou 3.3.3. Pomocná elektrická energie Kromě hnací energie pro pohon tepelného čerpadla je pro provoz soustavy s tepelným čerpadlem nezbytná ještě pomocná elektrická energie na zařízení, která nejsou součástí jednotky tepelného čerpadla, avšak zajišťují funkci soustavy tepelného čerpadla (oběhová čerpadla, regulace, ventily). U některých tepelných čerpadel může být pomocná elektrická energie pro překonání tlakových ztrát při proudění teplonosné látky výměníky tepelného čerpadla již zahrnuta v topném faktoru stanoveném při normové zkoušce. Ne všechna pomocná zařízení pracují ve všech režimech provozu, např. oběhové čerpadlo pro přednostní nabíjení zásobníku teplé vody pracuje pouze v režimu přípravy teplé vody a v režimu vytápění je vypnuto, zatímco oběhové čerpadlo zdroje tepla (např. zemní vrt) pracuje v obou režimech.
6
Pro stanovení potřeby pomocné energie v jednotlivých výpočtových intervalech je nutné znát příkony zařízení v jejich pracovním bodě v obou provozních režimech (příprava teplé vody, vytápění).
3.4. Tepelná soustava 3.4.1. Příprava teplé vody Pro přípravu teplé vody se určí teplota připravované teplé vody tTV (45 až 60 °C). Teplota na výstupu z tepelného čerpadla je dána vztahem
t k 2 = t TV + 5 K
[°C]
(8)
kde zvýšení teploty o 5 K zohledňuje teplotní spád na výměníku tepla přípravy teplé vody. 3.4.2. Vytápění Otopná soustava je charakterizována návrhovými teplotami přívodní a vratné otopné vody tw1,N / tw2,N a teplotním exponentem převažujících otopných ploch n. Na základě návrhových parametrů otopné soustavy lze stanovit pro každý výpočtový teplotní interval ekvitermní teplotu přívodní otopné vody na základě střední venkovní teploty intervalu te podle vztahu t w1 = t i +
t w 1,N − t w 2,N 2
⋅
t w 1,N + t w 2,N ti −te t −t +( − t i ) ⋅ ( i e )1/ n t i − t e ,N 2 t i − t e ,N
[°C]
(9)
Orientační hodnoty teplotních exponentů n pro soustavy s různými druhy otopných ploch (sdílení tepla) jsou uvedeny v tab. 5. Druh otopných ploch
n
Sálavé velkoplošné vytápění (podlahové, stropní, stěnové)
1,1
Otopná tělesa
1,3
Konvektory, teplovzdušné vytápění
1,4
Tab. 5 – Teplotní exponent otopných ploch Požadovaná teplota otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2 se v daném teplotním intervalu stanoví na základě teploty přívodní otopné vody tw1 jako
t k 2 = t w1 + 5 K
[°C]
(10)
kde zvýšení teploty o 5 K zohledňuje hysterezi ohřívání uvažovaného zásobníku tepla nad požadovanou ekvitermní teplotu do otopné soustavy pro omezení cyklování tepelného čerpadla.
4. Výpočetní postup 4.1. Bilance energie v teplotním intervalu V případě soustavy s tepelným čerpadlem pro kombinovanou přípravu teplé vody a vytápění má během roku přednost krytí potřeby tepla na přípravu teplé vody.
4.1.1. Režim přípravy teplé vody Pro každý teplotní interval j se stanoví potřeba tepla na přípravu teplé vody Qp,TV,j v souladu s rovnicí (7). Pro teplotu zdroje tepla tv1,j (určené na základě střední venkovní teploty výpočtového intervalu te,j
7
podle tab. 4) a teploty otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2 v soustavě přípravy teplé vody (určené z rovnice 8) se z charakteristik tepelného čerpadla určí jeho výkon Φk,TV,j (tv1,j, tk2) a topný faktor COPTV,j (tv1,j, tk2) v režimu přípravy teplé vody. Dostupné teplo z tepelného čerpadla pro přednostní přípravu teplé vody za dobu trvání teplotního intervalu τj je Q k ,TV , j = Φ k ,TV , j ⋅τ j
[kWh]
(11)
Skutečně dodané teplo tepelným čerpadlem pro krytí potřeby tepla na přípravu teplé vody je minimální hodnotou z dostupného tepla z tepelného čerpadla a potřebou tepla v teplotním intervalu j QTČ,TV, j = min (Qk,TV,j, Qp,TV,j)
[kWh]
(12)
Skutečná doba provozu tepelného čerpadla v teplotním intervalu j pro režim přípravy teplé vody se stanoví ze vztahu
τ TČ ,TV , j =
QTČ ,TV , j
[h]
Φ k ,TV , j
(13)
Potřeba hnací energie pro pohon tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody v teplotním intervalu j se určí ze vztahu E TČ ,TV , j =
QTČ ,TV , j
[kWh]
COPTV , j
(14)
Potřeba pomocné elektrické energie soustavy s tepelným čerpadlem pro přípravu teplé vody se určí ze vztahu Epom,TV,j = Ppom,TV . τTČ,TV,j
[kWh]
(15)
kde Ppom,TV
je elektrický příkon pomocných zařízení pracujících při přípravě teplé vody v jejich pracovním bodě v kW.
V případě, že v teplotním intervalu j je dostupné teplo z tepelného čerpadla v režimu přípravy teplé vody nižší než potřeba tepla na přípravu teplé vody, je nutné krýt zbývající potřebu tepla z doplňkového (záložního) ohřívače podle vztahu
Q d ,TV , j = Q p ,TV , j − QTČ ,TV , j
[kWh]
(16)
4.1.2. Režim vytápění Pro každý výpočtový teplotní interval j se stanoví potřeba tepla na vytápění QVYT,j v souladu s rovnicí (5). Pro teplotu zdroje tepla tv1,j (určené na základě střední venkovní teploty výpočtového intervalu te,j podle tab. 4) a teploty otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2,j v otopné soustavě (určené na základě střední venkovní teploty výpočtového intervalu te,j podle rovnic 8 a 9) se z charakteristik tepelného čerpadla určí jeho výkon Φk,VYT,j (tv1,j, tk2,j) a topný faktor COPVYT,j (tv1,j, tk2,j) v režimu vytápění. V případě kombinované přípravy teplé vody a vytápění, je přednostně část doby provozu a dostupného tepla z tepelného čerpadla vyhrazena režimu přípravy teplé vody. Proto je nutné pro stanovení dostupného tepla z tepelného čerpadla pro vytápění nejdříve určit pro výpočtový teplotní interval j zbývající dobu provozu tepelného čerpadla dostupnou pro režim vytápění
τk,VYT,j = τj - τTČ,TV,j
[h] 8
(17)
Dostupné teplo z tepelného čerpadla pro vytápění za dobu trvání teplotního intervalu se potom stanoví ze vztahu Q k ,VYT , j = Φ k ,VYT , j ⋅τ k ,VYT , j
[kWh]
(18)
Skutečně dodané teplo tepelným čerpadlem pro krytí potřeby tepla na vytápění je minimální hodnotou z dostupného tepla a potřebou tepla v teplotním intervalu j QTČ,VYT, j = min (Qk,VYT,j, Qp,VYT,j)
[kWh]
(19)
Skutečná doba provozu tepelného čerpadla v teplotním intervalu j pro režim vytápění se stanoví ze vztahu QTČ ,VYT , j
τ TČ ,VYT , j =
[h]
Φ k ,VYT , j
(20)
Potřeba hnací energie pro pohon tepelného čerpadla pro vytápění v teplotním intervalu j se určí ze vztahu QTČ ,VYT , j
E TČ ,VYT , j =
[kWh]
COPVYT , j
(21)
Potřeba pomocné elektrické energie soustavy s tepelným čerpadlem pro vytápění se určí ze vztahu Epom,VYT,j = Ppom,VYT . τTČ,VYT,j
[kWh]
(22)
kde Ppom,VYT je elektrický příkon pomocných zařízení pracujících při vytápění v jejich pracovním bodě v kW.
V případě, že v teplotním intervalu j je dostupné teplo z tepelného čerpadla v režimu vytápění nižší než potřeba tepla na vytápění, je nutné krýt zbývající potřebu tepla z doplňkového (záložního) ohřívače podle vztahu
Q d ,VYT , j = Q p,VYT , j − QTČ ,VYT , j
[kWh]
(23)
4.1.3. Výsledky pro hodnocení Výpočtový postup vede ke stanovení hlavních provozních parametrů popisujících roční energetickou bilanci soustavy s tepelným čerpadlem pro přípravu teplé vody a vytápění. Sečtením jednotlivých veličin ze všech intervalů se stanoví roční výsledky. Roční dodávka tepla tepelným čerpadlem do přípravy teplé vody vytápění je QTČ ,rok = ∑ QTČ ,TV , j + ∑ QTČ ,VYT , j j
[kWh]
(24)
j
Roční potřeba hnací energie tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody a vytápění je E TČ ,rok = ∑ ETČ ,TV , j + ∑ E TČ ,VYT , j j
[kWh]
(25)
j
Roční potřeba pomocné elektrické energie pro provoz tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody a vytápění je E pom ,rok = ∑ E pom ,TV , j + ∑ E pom ,VYT , j j
[kWh]
j
9
(26)
Roční dodávka tepla doplňkovým tepelným zdrojem (ohřívačem) Q d ,rok = ∑ Q d ,TV , j + ∑ Q d ,VYT , j j
[kWh]
(27)
j
Uvedené výsledné provozní parametry slouží jako podklad pro stanovení úspory primární energie tepelným čerpadlem, úspory emisí, případně ekonomických ukazatelů instalace tepelného čerpadla (úspora provozních nákladů, návratnost). Na základě výsledných parametrů lze stanovit navazující energetické ukazatele, např. roční pokrytí potřeby tepla na přípravu teplé vody a vytápění teplem dodaným z tepelného čerpadla f=
QTČ ,TV ,rok + QTČ ,TV ,rok Q p ,TV ,rok + Q p,VYT ,rok
[-]
(28)
[-]
(29)
dále sezónní topný faktor samotného tepelného čerpadla SPFTČ =
QTČ ,rok ETČ ,rok
nebo u soustav s tepelnými čerpadly s elektricky poháněnými kompresory sezónní topný faktor tepelného čerpadla se zahrnutím pomocné energie (oběhová čerpadla) SPF =
QTČ ,rok
[-]
E TČ ,rok + E pom ,rok
(30)
případně sezónní topný faktor celé soustavy s tepelným čerpadlem, jak je definován v evropské normě, tzn. včetně dodatkového zdroje tepla (elektrokotle), pokud je použit SPF =
QTČ ,rok
[-]
E TČ ,rok + E pom ,rok + E d ,rok
(31)
Odkazy [1]
ČSN EN 14511-2 Klimatizátory vzduchu, jednotky pro chlazení kapalin a tepelná čerpadla s elektricky poháněnými kompresory pro ohřívání a chlazení prostoru - Část 2: Zkušební podmínky, ČNI 2008.
[2]
ASHRAE Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, 1977.
[3]
ČSN EN 15316-4-2 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy - Část 4-2: Výroba tepla na vytápění, tepelná čerpadla, ČNI 2009.
[4]
ČSN 38 3350 Zásobování teplem, všeobecné zásady. včetně tiskové změny. ČNI 1991.
[5]
ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu. ČNI 2005.
[6]
ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění. ČNI 1994.
[7]
ČSN EN 14511-3 Klimatizátory vzduchu, jednotky pro chlazení kapalin a tepelná čerpadla s elektricky poháněnými kompresory pro ohřívání a chlazení prostoru - Část 3: Zkušební metody. ČNI 2008.
10
[8]
ČSN EN 12309-2 Absorpční a adsorpční klimatizační zařízení a/nebo zařízení s tepelným čerpadlem s vestavěnými zdroji tepla na plynná paliva, s jmenovitým tepelným příkonem nejvýše 70 kW - Část 2: Hospodárné využití energie, ČNI 2000.
[9]
Český hydrometeorologický ústav, http://www.chmu.cz
11
Příloha A – Klimatické údaje pro ČR Tab. A.1 – Výpočtové venkovní teploty a parametry otopného období (pro te,m = +13 °C) Lokalita
Nadmořská výška [m]
Výpočtová venkovní teplota [°C]
Průměrná venkovní teplota v otopném období [°C]
Počet dnů otopného období [dny]
Benešov
327
-15
3,9
245
Beroun (Králův Dvůr)
229
-12
4,1
236
Blansko (Dolní Lhota)
273
-15
3,7
241
Brno
227
-12v
4,0
232
Bruntál
546
-18v
3,3
271
Břeclav (Lednice)
159
-12
4,4
224
Česká Lípa
276
-15
3,8
245
České Budějovice
384
-15
3,8
244
Český Krumlov
489
-18v
3,5
254
Děčín (Březiny,Libverda)
141
-12
4,2
236
Domažlice
428
-15v
3,8
247
Frýdek-Místek
300
-15v
3,8
236
Havlíčkův Brod
422
-15v
3,3
253
Hodonín
162
-12
4,2
215
Hradec Králové
244
-12
3,9
242
Cheb
448
-15
3,6
262
Chomutov (Ervěnice)
330
-12v
4,1
233
Chrudim
276
-12v
4,1
238
Jablonec nad Nisou (Liberec)
502
-18v
3,6
256
Jičín (Libáň)
278
-15
3,9
234
Jihlava
516
-15
3,5
257
Jindřichův Hradec
478
-15
3,5
256
Karlovy Vary
379
-15v
3,8
254
Karviná
230
-15
4,0
234
Kladno (Lány)
380
-15
4,5
258
12
Klatovy
409
-15v
3,9
248
Kolín
223
-12v
4,4
226
Kroměříž
207
-12
3,9
227
Kutná Hora (Kolín)
253
-12v
4,4
226
Liberec
357
-18
3,6
256
Litoměřice
171
-12v
4,1
232
Louny (Lenešice)
201
-12
4,1
229
Mělník
155
-12
4,1
229
Mladá Boleslav
230
-12
3,9
235
Most (Ervěnice)
230
-12v
4,1
233
Náchod (Kleny)
344
-15
3,7
250
Nový Jičín
284
-15v
3,8
242
Nymburk (Poděbrady)
186
-12v
4,2
228
Olomouc
226
-15
3,8
231
Opava
258
-15
3,9
2329
Ostrava
217
-15
4,0
229
Pardubice
223
-12v
4,1
234
Pelhřimov
499
-15v
3,6
257
Písek
348
-15
3,7
247
Plzeň
311
-12
3,6
242
Praha (Karlov)
181
-12
4,3
225
Prachatice
574
-18v
3,8
267
Prostějov
226
-15
3,9
228
Přerov
212
-12
3,5
252
Příbram
502
-15
3,8
230
Rakovník
332
-15
4,0
250
Rokycany (Příbram)
363
-15
3,5
252
Rychnov n/Kněžnou (Slatina)
325
-15
3,5
254
Semily (Libštát)
334
-18v
3,4
259
13
Sokolov
405
-15v
3,9
254
Strakonice
392
-15
3,8
249
Svidník
220
-18v
3
237
Svitavy (Moravská Třebová)
447
-15
3,4
248
Šumperk
317
-15v
3,5
242
Tábor
480
-15
3,5
250
Tachov (Stříbro)
496
-15
3,6
250
Teplice
205
-12v
4,1
230
Trutnov
428
-18
3,3
257
Třebíč (Bítovánky)
406
-15
3,1
263
Uherské Hradiště (Buchlovice)
181
-12v
3,6
233
Ústí nad Labem
145
-12v
3,9
229
Ústí nad Orlicí
332
-15v
3,6
251
Vsetín
346
-15
3,6
236
Vyškov
245
-12
3,7
229
Zlín (Napajedla)
234
-12
4,0
226
Znojmo
289
-12
3,9
226
Žďár nad Sázavou
572
-15
3,1
270
14
Obr. A.1 – Oblasti výpočtových venkovních teplot pro ČR Tab. A.2 – Snížení výpočtové venkovní teploty s ohledem na nadmořskou výšku Výpočtová venkovní teplota
Snížená venkovní teplota
nad 400 m n.m.
-12
-15
nad 600 m n.m.
-15
-18
nad 800 m n.m.
-18
-21
Nadmořská výška
15
Obr. A.2 – Průměrné roční teploty vzduchu (1961 – 1990) v ČR [9]
16
