UNIVERZITNÍ CENTRUM ENERGETICKY EFEKTIVNÍCH BUDOV
Zdroje tepla pro vytápění Tomáš Matuška RP2 – Energetické systémy budov, UCEEB Ústav techniky prostředí, FS ČVUT v Praze
Stavíme rodinný pasivní dům, 24.1.2014, ForPasiv, Letňany
Pasivní dům - vytápění • snížení potřeby tepla na vytápění na minimum – vysoká kvalita konstrukcí, minimalizace prostupu tepla – mechanické větrání se zpětným získáváním tepla – pasivní využití sluneční energie – potřeba vytápět především v období bez slunečního záření
• nízká tepelná ztráta domu = nízkoteplotní otopné soustavy = výhodné pro provoz obnovitelných zdrojů tepla
Pasivní dům – příprava TV • snížení potřeby tepla na přípravu teplé vody – omezení spotřeby teplé vody: úsporné armatury, ZZT – omezení tepelných ztrát: tepelná izolace rozvodů, řízený provoz cirkulace, pokud vůbec ...
• na jakou teplotu ohřívat vodu? – vyšší teplota = menší efektivita obnovitelných zdrojů – nižší teplota = větší akumulace
Pasivní dům – technické systémy • teplovodní vytápění + větrání se ZZT – pomocná el. energie 120 až 200 kWh/rok (úsporné pohony) – uplatnění nízkoteplotního vytápění (30-35 °C při -12 °C) – vysoká úroveň tepelného komfortu
• teplovzdušné vytápění a větrání se ZZT – pomocná el. energie 240 až 450 kWh/rok (úsporné pohony) – snaha o nízké teploty otopné vody = zvýšení potřebného průtoku = zvýšení pomocné energie
Pasivní dům – bilance 2000
potřeba tepla [kWh/měs]
vytápění 3000 kWh teplá voda 3000 kWh
1500
1000
období bez vytápění 500
0 I
II
III
IV
V
VI
VII
měsíc
VIII
IX
X
XI
XII
Obnovitelné zdroje tepla sluneční energie - základ v podstatě veškerého „přírodního“ tepla
• přímé využití – solární kolektory, solární tepelné soustavy • ohřev zemského povrchu, ohřev vzduchu – tepelná čerpadla • vázaná fotosyntézou jako chemická energie organické hmoty – kotle na biopaliva
zdroj: Buderus
Solární tepelné soustavy • úsporné opatření nelze vypnout a zapnout není klasickým zdrojem tepla nenahrazuje 100% zdroj 100% bezemisní 100% ekologický
Jak poznat kvalitní kolektor?
Solární kolektory - požadavky • protokol o zkoušce v souladu s ČSN EN 12975 – splnění požadavků normy, žádný jiný certifikát není potřeba
• výkonová zkouška – jak je kolektor výkonný, poklady pro projektanty pro navrhování
• spolehlivostní zkoušky – kolik toho kolektor „vydrží“
• legislativa zkoušky nenařizuje – norma není harmonizovaná, není možné použít CE
• Solar Keymark – značka CEN o splnění požadavků, inspekce výroby, řízení kvality výroby (ISO 9001)
Solární kolektory - požadavky • minimální účinnost – vyhláška 441/2012 Sb. požaduje pro nové instalace s investiční podporou tepla z OZE (podle zákona o podporovaných zdrojích energie) 1.0
η > 0.60 pro 30 K
plochý dvojstěnný trubkový
0.8
η [-]
0.6
0.4
η > 0.55 pro 50 K
0.2 G = 1000 W/m2 0.0 0
20
40
60
t m - t e [K]
80
100
120 10/26
Solární tepelné soustavy • energetické přínosy ohřev bazénů 400 až 600 kWh/m2.rok příprava teplé vody 350 až 400 kWh/m2.rok kombinace s vytápěním 250 až 350 kWh/m2.rok
Jak navrhnout solární soustavu? Q TV , Q k [kWh]
3500
65 % 60 % 40 %
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1
2
3
4
5
6
7
měsíc
8
9
10
11
12
Jak navrhnout solární soustavu?
qss,u = 400 kWh/m2
f = 60 %
Jak navrhnout solární soustavu?
qss,u = 600 kWh/m2
f = 40 %
Jak navrhnout solární soustavu?
qss,u = 300 kWh/m2
f = 65 %
s rostoucím solárním pokrytím klesají měrné zisky soustavy
Jak navrhnout solární soustavu? 2000
potřeba tepla [kWh/měs]
4 m2 solárních kolektorů = 380 kWh/m2 = 31 % 1500
8 m2 solárních kolektorů = 240 kWh/m2 = 39 %
1000
nelze využít v domě 500
0 I
II
III
IV
V
VI
VII
měsíc
VIII
IX
X
XI
XII
Jak navrhnout solární soustavu? • ekonomické řešení maximalizace měrných zisků solární soustavy qss,u [kWh/m2rok] = minimalizace plochy kolektorů
• ekologické řešení maximalizace solárního pokrytí f [%] = maximální nahrazení primárních paliv = maximalizace plochy kolektorů
• omezené řešení podmínky struktury budovy, omezující parametry (velikost střechy, možný sklon a orientace kolektorů, architektonické souvislosti) správně navržená soustava splňuje očekávání investora
... reálná očekávání investora • vysoká teplota v kolektorech – špatně pracující solární soustava!
• zaručení teploty v zásobníku např. 60 °C – kdy během roku? kdy během dne? závislé na odběru!
• „funkční“ solární soustava – „běží oběhové čerpadlo“, „předává se energie do zásobníku“, „kolektor v dosahuje teploty 70 °C“
– solární soustava dodává slíbený tepelný zisk během roku měření energetických zisků při definovaných podmínkách u rodinných domů smluvně obtížně podchytitelné
Tepelná čerpadla: vzduch-voda • využití tepla venkovního vzduchu • nejčastěji venkovní provedení • umístění na terénu • hlukové emise, vibrace • odvedení kondenzátu • odtávání námrazy zdroj: Stiebel-Eltron
• otopné období – nejméně energie ve venkovním vzduchu • výrazná změna výkonu a efektivity během roku
Tepelná čerpadla: země-voda • zemský masív – stabilní zdroj tepla při správném návrhu • zemní vrty - vhodné geologické poměry • plošné kolektory – dostatečná volná plocha instalaci výměníku
zdroj: Stiebel-Eltron
Tepelná čerpadla: voda-voda • omezené možnosti lokalit • spodní voda vydatnost studny vhodné chemické složení stálá teplota
• povrchová voda přístup k řece, rybníku kotvení výměníku právní souvislosti Herbertov, FS ČVUT
Značka kvality EHPA • minimální COP při zkoušce podle EN 14511 v uznané laboratoři vzduch-voda
A2/W35
COP > 3.1
země-voda
B0/W35
COP > 4.3
voda-voda
W10/W35
COP > 5.1
• deklarace hladiny akustického výkonu • dokumentace: projekční, servisní a provozní manuály v místním jazyce
• servisní síť, reakce na stížnost do 24 h • 2 roky záruka, náhradní díly 10 let na skladě
Sezónní topný faktor příprava teplé vody
SPF Qvyt,tv
vytápění COP
QTČ COP = Qel,TČ
SPF =
Qvyt,tv Qel,celk
Qel,celk
SPF > 2.9
Tepelné čerpadlo v pasivním domě • vytápění – tepelná ztráta 2,7 kW (-12 °C), 160 m2 – potřeba tepla na vytápění 3 200 kWh/rok (20 kWh/m2.rok), TMY Praha
– otopná soustava 35/25 °C (sálavé vytápění), ekvitermní regulace
• teplá voda – 4 osoby, 40 l/os.den – teplota teplé vody 55 °C, teplota studené vody 15 °C – potřeba tepla na ohřev vody 3 500 kWh/rok, včetně ztrát
Tepelné čerpadlo vzduch-voda výkon 6,7 kW COP 3,2 při A2 / W35
zdroj: Stiebel-Eltron
500
3,5
400
3,0
doplňkový=zdroj SPF vytápění 2,94
300
2,5
SPF
pomocná energie
SPF teplápříprava voda TV = 2,40 200
2,0
vytápění
SPF celkový = 2,63 SPF
lis to pa d pr os in ec
říj en
zá ří
n sr pe
če rv en ec
če rv en
kv ět en
1,0 du be n
0 bř ez en
1,5
ún or
100
le de n
bilance elektrické energie [kWh]
Tepelné čerpadlo vzduch-voda
Tepelné čerpadlo země-voda výkon 5,8 kW COP 4,3 při B0 / W35
zdroj: Stiebel-Eltron
Tepelné čerpadlo země-voda 3,5 doplňkový zdroj SPF vytápění = 4,15 pomocná energie
400
3,0
TV SPF teplápříprava voda = 2,12 vytápění SPF = 2,76 SPF celkový
2,5
SPF
300
pr os in ec
to pa d lis
en říj
zá ří
n sr pe
če rv en ec
1,0 če rv en
0 kv ět en
1,5
du be n
100
bř ez en
2,0
ún or
200
le de n
bilance elektrické energie [kWh]
500
Je tepelné čerpadlo vhodné? • varianty tepelného čerpadla – vzduch-voda EE = 2540 kWh/rok
PE = 7620 kWh/rok
– země-voda EE = 2430 kWh/rok
PE = 7290 kWh/rok
požadavek na <60 kWh/m2.rok je splněn, ale ...
• kondenzační plynový kotel a solární soustava – 5 m2 x 350 kWh/(m2.rok) = 1750 kWh/rok – zemní plyn 4966 kWh/rok
PE = 88 kWh/rok PE = 5750 kWh/rok
– celkem PE = 5838 kWh/rok rozdíl PE -25 až -30 %, rozdíl investice cca -100 tis. Kč
Efektivní instalace TČ • jak dosáhnout nízké spotřeby elektrické energie ? • kvalitní a trvanlivé tepelné čerpadlo • nízkoteplotní otopná soustava (velkoplošné sálavé) • příprava teplé vody na max. 45 °C (větší zásobníky), SPF = 3.0 • správný návrh a provedení zdroje tepla (délka vrtů, plocha zemních výměníků, průtok vzduchu, vydatnost studny)
• úsporná oběhová čerpadla • minimalizovat dodatkový ohřev - monovalentní řešení • ekonomika instalace TČ v pasivním domě je problematická
Porovnání • tepelné čerpadlo – – – –
potřeba el. energie VYT+TV
2200 kWh/rok (SPF = 3.0)
potřeba uživatelské el. energie
3000 kWh/rok
tarif D56d, 424 Kč/měs, NT 2.3 Kč/kWh, VT 2.6 Kč/kWh roční náklady 12035 Kč + paušály 5088 Kč
17123 Kč/rok
• plynový kondenzační kotel + solární soustava – – – – –
potřeba plynu VYT + TV
5000 kWh/rok
potřeba uživatelské el. energie
3000 kWh/rok
zemní plyn tarif PPas
151 Kč/měs, 1.33 Kč/kWh
8462 Kč/rok
tarif PRE D02d, 126 Kč/měs, VT 4.16 Kč/kWh
13992 Kč/rok
roční náklady
22454 Kč/rok
Jak vybrat firmu? • tradice firmy – více než 5 let na trhu • reference – realizované a funkční instalace • certifikované výrobky – zkušební protokoly z akreditované laboratoře
• nabízí projektovou dokumentaci včetně energetického výpočtu nikoli pouze specifikaci materiálu
• SOD (seznam odborných dodavatelů) ze Zelené úsporám: neříká nic o kvalitě firem!!!
Co vyžadovat? • energetická analýza bilance potřeby tepla, návrh úsporných opatření, analýza přínosu soustavy s OZE na základě konkrétních prvků = co uspořím a za jakých podmínek?
• projektová dokumentace návrh a popis způsobu integrace do vytápění a ohřevu vody, výpis nezbytných komponent, statické požadavky, vyvolané stavební a jiné úpravy
• splnění podmínek investiční podpory (Nová zelená úsporám – výzva pro rodinné domy) odhad reálné výše příspěvku, přizpůsobení návrhu
Špatná realita ... • „dám vám tam tři lepší trubicové vakuové kolektory a nebudete muset v zimě topit“ ... výsledek 5% pokrytí potřeby tepla
• „tyto kolektory fungují i když prší a sněží ...“ (vyjádření dodavatele kolektorů pro soud) ... kolektory nesplňují ani požadavek vyhlášky 441/2012 Sb.
• „s tímhle tepelným čerpadlem ušetříte 90 % nákladů“ ... experimentálně ověřený topný faktor v provozu COP = 1.5 (výrobcem deklarovaný při stejných podmínkách 3.15)
• „my jsme dodali, co si žalující strana objednala ...“
http://www.azecr.cz
UNIVERZITNÍ CENTRUM ENERGETICKY EFEKTIVNÍCH BUDOV
Děkuji za pozornost.
[email protected]
