Tepelné čerpadlo plus střešní fotovoltaika

Článek představuje výsledky monitorování a vyhodnocení provozu experimentálního energetického systému pro téměř nulové budovy realizovaného v rodinném domě v Hamrech u Hlinska, který byl v časopisu Energie 21 detailně představen v roce 2018. Vyhodnocení je zaměřeno zejména na nabíjení a vybíjení sezónního zásobníku tepla vybudovaného v podzákladí domu a na celkovou energetickou bilanci systému.

Výtah z článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 4/2020.

V letech 2015 až 2017 byly v rámci projektu TA ČR TA04021243 vyvíjeny komponenty pro energetický systém kombinující fotovoltaickou elektrárnu s tepelným čerpadlem a zemním zásobníkem tepla pro dlouhodobou akumulaci. Cílem bylo realizovat experimentální instalaci systému pro rodinný dům, který bude minimalizovat odběr elektrické energie z rozvodné sítě a v reálném provozu bude díky vysokému využití obnovitelných zdrojů vykazovat nízké hodnoty potřeby neobnovitelné primární energie. Experimentální systém byl realizován v novostavbě rodinného domu v Hamrech u Hlinska.

Základem systému je tepelné čerpadlo napojené na horní zónu (příprava TV) a dolní zónu (vytápění) kombinovaného vodního zásobníku tepla (vysokoteplotní uzel). V zimním období tepelné čerpadlo odebírá teplo z nízkoteplotního vodního zásobníku (nízkoteplotní uzel), do kterého teplo dodávají nízkoteplotní zdroje (zemní zásobník tepla v podzákladí, záložní zemní smyčka). Pokud se v průběhu zimního období zemní zásobník vyčerpává (klesá teplota v nízkoteplotním uzlu), připíná se zemní smyčka. Mimo zimní období (při teplotách nad nulou) může tepelné čerpadlo odebírat teplo z chladiče venkovního vzduchu a přečerpávat ho do kombinovaného zásobníku.

Jednou z hlavních funkcí systému je spolupráce tepelného čerpadla s fotovoltaickým systémem. V případě produkce elektrické energie FV systémem o dostatečném výkonu pro provoz tepelného čerpadla při minimálních otáčkách se nuceně spíná tepelné čerpadlo (změna nastavení požadované teploty v kombinovaném zásobníku tepla) a jeho provoz je hrazen pouze FV elektřinou. Zároveň se v případě přebytků tepla spíná okruh nabíjení zemního zásobníku tepla, do kterého je teplo dodáváno z kombinovaného zásobníku. Zemní zásobník se pak během letního období dostává na teplotu výrazně vyšší než okolní podloží, aby v zimním období sloužil jako zdroj tepla pro výhodnější provoz tepelného čerpadla.

V rámci experimentální instalace je umožněno i letní chlazení přepnutím zemní smyčky přímo na okruh podlahového vytápění. Veškerá elektrická energie z FV systému je zužitkována v domě, buď pro provoz tepelného čerpadla a příslušenství (regulace, oběhová čerpadla), nebo pro domácí spotřebiče. Případné přebytky jsou mařeny v elektrických topných tělesech (s přesnou regulací příkonu) umístěných v kombinovaném zásobníku tepla, a tedy využitých pro přípravu teplé vody nebo pro akumulaci tepla do podloží.

Výpočtová tepelná ztráta domu je 4,5 kW. Předpokládaná potřeba tepla byla 3400 kWh pro vytápění a 3060 kWh pro přípravu teplé vody. V době řešení projektu byla provedena řada analýz energetického systému počítačovými simulacemi, které byly postupně upřesňovány v závislosti na vývoji jednotlivých prvků. Souhrn výsledků je uveden v tabulce.

Výsledky variant simulací kombinovaného energetického systému:

Varianta Wel [kWh/rok] SPF Pokrytí z OZE [%]
2016 – zásobník 903 l 1370 4,7 79
2017 – zásobník 398 l 1289 5 80
2017 – zásobník 903 l 1078 6 83

Závěr

Experimentální systém, který se v reálném hodnocení potřeby neobnovitelné primární energie dostává pod čtvrtinovou hodnotu požadavku na pasivní domy, je v provozu od října 2017. Z pohledu energetické efektivity se potvrzují výsledky předběžných počítačových simulací. Na druhou stranu je z detailních výsledků patrné, že tepelná kapacita zemního zásobníku v podloží budovy není dostatečná pro akumulaci tepla pro celou zimní sezónu v klimatických podmínkách Vysočiny v případě, že celý systém má využívat vodu jako teplonosnou látku. Tepelné ztráty zemního zásobníku tepla představují relativně velkou položku v energetické bilanci. Kromě uvedených výsledků z detailního monitorování byla získána řada provozních zkušeností, které umožní posunout další vývoj systému směrem k robustnějšímu řešení uplatnitelnému v praxi.

Michal Broum (Regulus, s. r. o.), Tomáš Matuška (Energetické systémy budov, UCEEB, ČVUT v Praze)

Obrázek:

Novostavba rodinného domu v Hamrech u Hlinska

 

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *