Zdroje energie a tepla

ZDROJE ENERGIE A TEPLA - II

125TBA1 - prof. Karel Kabele

173

Zdroje energie a tepla Energonositel

Paliva • Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa Energie prostředí

Zdroj tepla

Topidla

Distribuce tepla Přímá distribuce zdrojem Teplovodní otopná soustava

Kotle

Kogenerační jednotky

• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu

Fototermické kolektory

Elektřina

Tepelná čerpadla

Fotovoltaické kolektory

Sdílení tepla do prostoru Otopná tělesa • Desková • Článková • Trubková • Konvektory • Sálavé panely Otopné plochy

Horkovodní otopná soustava Parní otopná soustava

Teplovzdušné vytápění


• Podlahové vytápění • Stropní vytápění • Stěnové vytápění Přímé sdílení •Kamna •Krby •Plynová topidla •Elektrická topidla •Zářiče •Vzduch

174

1

Kotel •

Zdroj tepla, kde teplo vyráběné spalováním nebo elektrickým ohřevem je odváděno k dalšímu využití teplonosnou látkou – vodou, párou nebo vzduchem. Kotel na spalování paliv Přívod teplonosné látky do soustavy

Odvod spalin

Výměník tepla Spalovací komora

Vratná teplonosná látka ze soustavy

Přívod paliva

Hořák

Rovnice dokonalého spalování metanu CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O + teplo

Přívod spalovacího vzduchu


175

Kotel •

Zdroj tepla, kde teplo vyráběné spalováním nebo elektrickým ohřevem je odváděno k dalšímu využití teplonosnou látkou – vodou, párou nebo vzduchem. Elektrokotel Přívod teplonosné látky do soustavy

Přívod elektrické energie

Elektroohřev

Vratná teplonosná látky ze soustavy


176

2

Kotle na spalování paliv Rozdělení kotlů podle paliva Skupenství paliva

Původ paliva Fosilní

www.ekool.cz

Biopaliva

http://www.ceskatelevize.cz

Tuhá

Uhlí, koks, brikety

Dřevo, peletky

Kapalná

Zemní plyn

Bioplyn

Plynná

Topný olej

Bionafta

www.ceska-peleta.cz

http://ekonomika.idnes.cz/

125TBA1 - prof. 177Karel Kabele

Kotle na spalování paliv Rozdělení podle tlaku ve spalovací komoře

kotle atmosférické

kotle podtlakové

kotle přetlakové

( )

Přirozený přívod vzduchu

Přívod vzduchu zajištěn podtlakem Přívod vzduchu zajištěn 125TBA1 - prof. 178Karel Kabele minimální výškou komína nebo ventilátorem ventilátorem

3

Kotle na spalování paliv Rozdělení podle přívodu spalovacího vzduchu

Otevřené

Uzavřené

kategorie „B“ plynového spotřebiče

kategorie „C“ plynového spotřebiče

Přívod vzduchu z prostoru kotelny

Přívod vzduchu přímo z vnějšího prostředím

125TBA1 - prof. 179Karel Kabele

Kotle na spalování paliv Rozdělení teplovodních kotlů podle teploty otopné vody

θ2 = 60 °C až 70 °C

θ1 < 115 °C V kotli by nemělo docházet ke kondenzaci spalin  = cca 91 %

Kondenzační

Nízkoteplotní

Standardní

θ1 < 115 °C

Θ2 = 30 °C až 70 °C

θ2 = 30 °C až 55 °C

θ1 < 115 °C

V kotli může dojít ke kondenzaci spalin, odolný materiál 125TBA1 - prof. 180  = cca 93Karel % Kabele

Odvod kondenzátu

V kotli dochází k řízené kondenzaci spalin  = až 108 %

4

Tepelný výkon a příkon kotle Tepelný výkon ϕO (W) vyjadřuje teplo, dodané do teplonosné látky mezi jejím vstupem a výstupem do kotle. •

jmenovitý tepelný výkon kotle ϕN (W). – maximální trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva,

•

nejmenší tepelný výkon ϕN, min (W). - nejmenší trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva. Např. u plynových kotlů závisí na typu hořáku a regulace, která může být – plynulá u atmosférického hořáku (ϕN, min = cca 30 % až 100 % ϕN), – plynulá u přetlakového hořáku (ϕN, min = cca 20 % až 100 % ϕN), – dvoustupňová (ϕN, min = 100 %, 50 % ϕN)

Tepelný příkon 𝜙𝐷 (W). vyjadřuje energii obsaženou v palivu přiváděném do kotle:

𝜙𝐷 = Qi / mpal kde Qi [J/kg] je výhřevnost paliva mpal [kg/s] je množství paliva spáleného v kotli za jednotku času 125TBA1 - prof. Karel Kabele

182

Tepelný výkon a příkon kotle Tepelný výkon ϕO (W) vyjadřuje teplo, dodané do teplonosné látky mezi jejím vstupem a výstupem do kotle. •

jmenovitý tepelný výkon kotle ϕN (W). – maximální trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva,

•

nejmenší tepelný výkon ϕN, min (W). - nejmenší trvalý výkon stanovený výrobcem pro určitý druh paliva. Např. u plynových kotlů závisí na typu hořáku a regulace, která může být – plynulá u atmosférického hořáku (ϕN, min = cca 30 % až 100 % ϕN), – plynulá u přetlakového hořáku (ϕN, min = cca 20 % až 100 % ϕN), – dvoustupňová (ϕN, min = 100 %, 50 % ϕN) Tepelný příkon 𝜙𝐷 (W). vyjadřuje energii obsaženou v palivu přiváděném do kotle: 𝜙𝐷 = Qi / mpal 𝑫

ϕN

𝝓

kde Qi [J/kg] je výhřevnost paliva (nebo spalné teplo) mpal [kg/s] je množství paliva spáleného v kotli za jednotku času 125TBA1 - prof. Karel Kabele

183

5

Jmenovitá účinnost kotle Podíl výkonu a příkonu kotle za standardních podmínek



O    A  S  F  D D D

• ϕS (W) kotlová ztráta (sáláním a prouděním •

•

vzduchu v okolí kotle, projevuje se zvýšením teploty v kotelně.), ϕF (W) ztráta nedopalem (v kotli neproběhne vždy dokonalé spálení všeho paliva, zbytky ve strusce a popelu vzniklých při spalování pevných paliv, nespálený CH4 ve spalinách) ϕA (W) komínová ztráta (nevyužité teplo ve spalinách odváděných do venkovního prostředí).

ϕA ϕS

ϕF

 = 90 % až 108 %


184

Účinnost > 100 % ?????? Rovnice dokonalého spalování metanu

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O + 𝐭𝐞𝐩𝐥𝐨 Spalné teplo a výhřevnost paliva

QS = Qi + r. mH2O mH2O hmotnost vody ve spalinách na jednotku spáleného paliva [kg/kg] r skupenské teplo vypařování vody 2500 ~ 2453 [J/kg]

Zemní plyn • výhřevnost Qi = 35 [MJ/m3] • spalné teplo Qs = 38,6 [MJ/m3] 125TBA1 - prof. Karel Kabele

185

6

Kotelna … samostatná budova, stavební objekt, zvláštní přístavek či místnost nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů se zařízením nezbytným k jeho bezpečnému provozu… (ČSN 070703 Kotelny se zařízeními na plynná paliva)

125TBA1 - prof. Karel 187 Kabele

Kotelna je … samostatná budova, stavební objekt, zvláštní přístavek či místnost nebo vyhrazený prostor, ve kterém je umístěn jeden nebo více kotlů se zařízením nezbytným k jeho bezpečnému provozu… (ČSN 070703 Kotelny se zařízeními na plynná paliva)


7

Rozdělení plynových kotelen • kotelna III. kategorie – s instalovaným výkonem jednoho kotle nad 50 kW nebo s více kotli menšími se součtovým výkonem nad 100 kW do 500 kW) se umisťuje ve skříňovém objektu, skříni nebo samostatné místnosti;

• kotelna II. kategorie – s instalovaným výkonem od 500 kW do 3,5 MW) se umisťuje v budově v samostatné místnosti k tomu určené, přednostně v nejvyšším podlaží, výjimečně v budově se shromažďovacím prostorem se zvláštními bezpečnostními opatřeními;

• kotelna I. kategorie – s instalovaným výkonem nad 3,5 MW) se umisťuje v samostatné budově nebo v budově v samostatném požárním úseku 125TBA1 - prof. Karel Kabele

189

Funkce kotelny • Přívod vzduchu – Spalování – Větrání – Odvod tepelné zátěže

• Odvod spalin – atmosférický – tlakový – “turbo“ kotle

• Odvod vzduchu – Větrání – Odvod tepelné zátěže


8

Funkce kotelny • Přívod paliva – pevná, kapalná, plynná (ZP x propan)

• Distribuce tepla – vytápění – příprava teplé vody – VZT – technologie 125TBA1 - prof. 191Karel Kabele

Funkce kotelny • Pojistné a zabezpečovací zařízení – Objemové změny – Tlak – Teplota

• Regulace výkonu • Požadavky na stavební konstrukce – Prostupy, podpory, základy

• Provoz 125TBA1 - prof. 192Karel Kabele

9

Schéma zapojení kotelny

Příklad funkčního schématu kotelny bez zakreslených armatur.


193

Dispoziční řešení kotelny


194

10

Příklady užívaných kotlů

Plynový stacionární kotel s přetlakovým hořákem

Plynový závěsný kotel s nepřímo ohřívaným zásobníkem teplé vody


195

Příklady užívaných kotlů

Kotel na spalování dřeva

Kotel na spalování dřeva a peletek


196

11

Příklady užívaných kotlů • kotel na peletky + zásobník peletek+ dopravník


197

Doprava peletek


198

12



Zdroj tepla

Distribuce tepla Přímá distribuce zdrojem

Topidla

Teplovodní otopná soustava

Kotle




Elektřina

Tepelná čerpadla







199

Kogenerace •

Plynový spalovací motor s elektrickým generátorem

•

topným zdrojem je chlazení motoru

•

výkon např. 42 kW tepla + 25 kW elektřiny

•

X hluk

•

X nesoučasnost odběru tepla a elektřiny

•

problém s prodejem el.energie

•

Nutný odběr tepla po celý rok


200

13

6

SOLÁRNÍ ENERGIE


201



Zdroj tepla

Topidla

Distribuce tepla Přímá distribuce zdrojem Teplovodní otopná soustava

Kotle




Elektřina

Tepelná čerpadla







202

14

Energie slunečního záření • Slunce - pohyb po obloze • difúzní a přímé záření • solární konstanta 1360 W/m2

• zaclonění mraky • skutečně dopadající energie max 1000 W/m2

Globální sluneční záření dopadající na území ČR [MJ . m-2 .rok] 125TBA1 - prof. Karel Kabele

203

Solární energie • Pasivní systémy • solární okno • skleník (zimní zahrada) • akumulační stěna TROMBE


204

15

Využití solární energie • Aktivní solární systémy – vodní, vzdušné kolektory – fotovoltaické články


205

Zapojení solárního kolektoru pro přípravu teplé vody TV C

TRB Č Č

PV

3xZV


SV 206

16

TEPLO PROSTŘEDÍ


207

Tepelná energie z prostředí Geotermální energie Teplotní spád 25 °C – 30 °C / km hloubky


208

17

Tepelná energie z prostředí Geotermální energie GE Vysokoteplotní GE (nad 150 °C) potřebujete podrobnější technicko-ekonomické posouzení , Voda je obvykle vysoce mineralizována, přímá produkce el. energie pomocí parních turbín, kogenerace Středněteplotní GE(100 - 150 °C) Nepřímá produkce el. energie, horká voda nebo pára přenese energii na další medium, které pohání turbíny Nízkoteplotní GE (pod 100 °C) Použitelné téměř všude, nutné respektovat lokální podmínky Výměníky, tepelná čerpadla

http://www.emtindia.net/process/power_plants/img/gt1.jpg


209

Využití energie vody, půdy, vzduchu • Nízkopotenciální zdroj - teplota v rozmezí cca -20 až +30°C • Nutno zvýšit teplotní úroveň -> tepelné čerpadlo …


210

18

Tepelné čerpadlo Energie na pohon kompresoru Tepelný stroj, umožňující využití nízkopotenciálního tepla okolí pro energetické systémy budov. Teplo odebírané prostředí Výparník-kompresorKompresor Teplo dodávané kondenzátor-redukční ventil do budovy Kompresorové x absorpční Topný faktor (COP) 3 Výparník Kondenzátor 2 – Podíl výkonu a příkonu >1 opt 3 Redukční ventil – Závislý na pracovních podmínkách Chladivo – Freony!!!

1

•

• • •

•

• Limit maximální výstupní 125TBA1 - prof. Karel Kabele teploty 55 – 65 °C

211

Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo – Vzduch • Venkovní vzduch • -18 +30°C • Proměnná teplota ovlivňuje topný faktor • Instalace venkovní jednotky s ventilátorem


212

19

Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo – Voda • Studniční – Dvě studny – Další čerpadlo • Povrchová – výměník nebo čerpání?


213

Zdroje nízkopotenciálního tepla pro tepelné čerpadlo – Země oZemní kolektor o o o o

1,0-1,8 m hluboko, 15-35 W/m2, rozteč 0,6-1 m, délka 100 m

• Vrty (20-100 W/m), čtyři trubky DN 25-32 hloubka 75-150 m


214

20

Použití TČ • Příprava teplé vody, ohřev bazénu – Optimální pracovní podmínky – Systémy vzduch-voda, chlazení sklepa… – Samostatné zařízení nebo kombinace s TČ pro vytápění?


215

Použití TČ • Teplovodní vytápění – Nízkoteplotní zdroj → nízkoteplotní soustava, podlahové vytápění, desková tělesa, konvektory? – Bivalentní nebo monovaletní zdroj ? (elektrokotel, pevná paliva, solární kolektory) – Konstantní pracovní podmínky – X požadavky na proměnný výkon otopné soustavy – → akumulace tepla, hydraulické řešení 125TBA1 - prof. Karel Kabele

216

21

Náklady na vytápění RD 7 kW

125TBA1 - prof. Karel Kabele 218 http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/138-porovnani-nakladu-na-vytapeni-tzb-info

Literatura, informace • • •

• •

Skripta EEB1 (Kabele a kol.) http://tzb.fsv.cvut.cz Vytápění rodinných a bytových domů (Petráš a kol.) Zdroje tepla domovní kotelny (Lulkovičová a kol.) Teplovodní a elektrické podlahové vytápění (Petráš,Koudelková,Kabele) Sešity projektanta (Společnost pro techniku prostředí) Vytápění, větrání, klimatizace budov (Cihelka a kol.)

• • • • •

Časopis Vytápění,větrání instalace Časopis Topenářství Časopis Energy and Buildings www.tzb-info.cz www.stpcr.cz

• •


220

22

Zkouška • Zkouška probíhá písemnou a ústní formou s přihlédnutím k výsledku práce na cvičení. Před zahájením písemné části zkoušky musí mít student zapsán zápočet v KOSu. • Písemná část zkoušky má 10 otázek; z toho 5 ze zdravotní techniky (vodovod,kanalizace,plynovod) a 5 z vytápění. • Pokud student neuspěje u jedné z částí písemné zkoušky, musí opakovat celou zkoušku • Délka písemné zkoušky je cca 60 minut. • Výsledná klasifikace je na základě výsledku z písemné části, hodnocení ze cvičení a doplňující otázky při ústní části zkoušky. 125TBA1 - prof. Karel Kabele

221

23

Zdroje energie a tepla

Recommend Documents