Kooperace tepelného čerpadla s pasivním solárním systémem
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Předložená bakalářská práce se zabývá alternativními zdroji tepelné energie – solárním systémem a tepelným čerpadlem, jejichž provoz je energeticky výhodný a je možné je účelně spojovat do jednoho systému. Cílem práce je jednak poskytnout přehled o druzích, funkci, vlastnostech, konstrukčních prvcích a obvyklých uspořádání aktivních a pasivních solárních systémů a tepelných čerpadel v souvislosti s vytápěním budov, jednak navrhnout zapojení kombinovaného otopného systému s tepelným čerpadlem a pasivním solárním systémem a zhodnotit jej po stránce energetické a ekonomické. Nejprve je uvedena základní teorie pro výpočet množství solární energie pohlcené plochou. Poté je představeno rozdělení a konstrukce aktivních a pasivních solárních systémů. Dále jsou popsány výhody a nevýhody jednotlivých solárních systémů a základní výpočtové vztahy pro určení tepelného zisku a rozměrů pasivního systému. Následuje rozbor funkce tepelného čerpadla, rozdělení jeho druhů podle příslušných kritérií a popis jeho základních funkčních prvků, typických vlastností a způsobů možného využití. Na základě získaných poznatků jsou shrnuty a zdůvodněny podmínky spolupráce tepelného čerpadla s pasivním solárním systémem. Podle těchto podmínek a konstrukce objektu, pro který je kombinovaný systém navrhován, je vytvořeno zapojení systému s tepelným čerpadlem vzduch / voda, tepelným zásobníkem a rekuperační jednotkou. Navazující výpočty hodnotí energetické potřeby objektu a tepelné zisky pasivního solárního systému. Slouží jako podklad pro návrh zdroje tepla a pro určení energetické bilance. Celková roční potřeba tepla činí 13914,7 kWh. Tato spotřeba byla srovnána s případem, kdy by objekt byl vybaven okny standardní velikosti. Z komparace vyplývá, že pasivní solární systém může uspořit asi třetinu celkové roční spotřeby tepla. Z měření na objektu je určeno, kdy je schopen pasivní solární systém dodávat teplo tepelnému čerpadlu. Navržený systém je poté zhodnocen z hlediska ekonomického, a to porovnáním s jinými možnostmi tepelných zdrojů metodou čisté současné hodnoty. Lze konstatovat, že ekonomicky výhodnější než použití tepelného čerpadla je topení tuhými palivy i zemním plynem. Příčinou jsou zejména vysoké počáteční náklady, v případě topení dřevem i jeho nízká cena. V závěru jsou shrnuty získané výsledky.
This bachelor thesis deals with alternative energy sources – a solar system and a heat pump. Their operation is energy-advantageous and they can be efficiently connected in one system. The focus of this thesis is firstly to give an overview of kinds, function, properties, constructional elements and usual arrangements of active and passive solar systems and heat pumps in connection with heating of buildings, secondly to suggest a connection of a combined heating system with a heat pump and of a passive solar system and to evaluate it from an energetic and economic point of view. Firstly, a basic theory for calculation of quantity of electrical energy absorbed by a surface is introduced. Then, a categorization and construction of active and passive systems are presented. Hereafter, advantages and disadvantages of single solar systems are described and basic calculation relations for determination of a heat gain and of proportions of passive solar systems are showed. Subsequently, the function of a heat pump is analyzed, the categorization of its kinds according to the relevant criteria is given and its basic functional elements, typical properties and means of possible use are described. On the basis of gained knowledge, conditions of cooperation of a heat pump with a passive solar system are summarized and substantiated. According to these conditions and to the construction of an object, a combined system is designed for, a connection of a system with a heat pump air / water, a heat accumulator and a recuperative unit is constructed. Consequential calculations evaluate energetic needs of an object and heat gains of a passive solar system. They serve as a basis for a concept of heat source and for determination of an energy balance. A total annual heat need is 13914,7 kWh. It was compared with the case when the object was equipped with standard-size windows. The comparison shows that a passive solar system can spare roughly one third of total annual heat consumption. From the measurement on the object is determined, when a passive solar system is able to supply a heat pump with heat. After that, the suggested system is evaluated from an economic point of view: it is compared with other possible heat sources by the method of net present value. It can be said that solid fuel firing and gas firing are economically more advantageous than the use of a heat pump. The reasons are particularly high initial costs and in case of wood firing also its low price. In conclusion, the gained results are summarized.
This bachelor thesis deals with alternative energy sources – a solar system and a heat pump. Their operation is energy-advantageous and they can be efficiently connected in one system. The focus of this thesis is firstly to give an overview of kinds, function, properties, constructional elements and usual arrangements of active and passive solar systems and heat pumps in connection with heating of buildings, secondly to suggest a connection of a combined heating system with a heat pump and of a passive solar system and to evaluate it from an energetic and economic point of view. Firstly, a basic theory for calculation of quantity of electrical energy absorbed by a surface is introduced. Then, a categorization and construction of active and passive systems are presented. Hereafter, advantages and disadvantages of single solar systems are described and basic calculation relations for determination of a heat gain and of proportions of passive solar systems are showed. Subsequently, the function of a heat pump is analyzed, the categorization of its kinds according to the relevant criteria is given and its basic functional elements, typical properties and means of possible use are described. On the basis of gained knowledge, conditions of cooperation of a heat pump with a passive solar system are summarized and substantiated. According to these conditions and to the construction of an object, a combined system is designed for, a connection of a system with a heat pump air / water, a heat accumulator and a recuperative unit is constructed. Consequential calculations evaluate energetic needs of an object and heat gains of a passive solar system. They serve as a basis for a concept of heat source and for determination of an energy balance. A total annual heat need is 13914,7 kWh. It was compared with the case when the object was equipped with standard-size windows. The comparison shows that a passive solar system can spare roughly one third of total annual heat consumption. From the measurement on the object is determined, when a passive solar system is able to supply a heat pump with heat. After that, the suggested system is evaluated from an economic point of view: it is compared with other possible heat sources by the method of net present value. It can be said that solid fuel firing and gas firing are economically more advantageous than the use of a heat pump. The reasons are particularly high initial costs and in case of wood firing also its low price. In conclusion, the gained results are summarized.
Description
Keywords
Energie záření; aktivní solární systém; pasivní solární systém, zásady návrhu, tepelný zisk, tepelné čerpadlo, teplovzdušné vytápění, návrh zapojení systému, energetická bilance, porovnání nákladů, Radiation energy, aktiv solar system, passiv solar system, design principle, heat gain, heat pump, air heating, heating system design, energy budget, cost comparison
Citation
BOHŮN, V. Kooperace tepelného čerpadla s pasivním solárním systémem [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2008.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika
Comittee
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Vladimír Blažek, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Raček, CSc. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Žaneta Eleschová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Krejčí, Ph.D. (člen)
Ing. František Vybíralík, CSc. (člen)
Ing. Jiří Holoubek (člen)
Date of acceptance
2008-06-16
Defence
Obhajoba bakalářské práce byla byla provedena nadstandardním způsobem, vystupování studenta při obhajobě velmni dobré. Obhajoba práce splnila veškerá očekávání, student pohotově reagoval na položené dotazy.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení