dc.contributor.advisor | Procházka, Petr | |
dc.contributor.author | Burger, Johann | |
dc.date.accessioned | 2020-01-06T10:58:51Z | |
dc.date.available | 2020-01-06T10:58:51Z | |
dc.date.issued | 2015 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10467/85926 | |
dc.description.abstract | Electrically driven heat pumps in combination with photovoltaic systems, as decentralized
self-sustaining heat generation systems purely based on renewable energy, will experience a
high priority and expansion degree in the near future. A heat pump is the more efficient the
more is possible to reduce the temperature change between the heat source and evaporating
temperature and the required flow temperature (condensation temperature).
The innovation of this work consists in combining a tube spacing involving a temperature
difference optimized concrete core concept (passive system) with an extremely responsive
near-surface radiant heating system (active system pipe distance 50 mm), below the floor
covering. It is essential and possible for the efficiency of the heat pump to provide adequate
heating and cooling power for both above said systems at the same lowered flow
temperature of about 25°C. This temperature reduction from 28°C to 25°C represents an
additional gain of about 10% for the heat pump. In this case, the concrete core activation,
which provides only about 50% of the power, is feasible to operate with a storage effect
without any disadvantages. The responsive near-surface auxiliary heating system can
provide the actual required additional power in accordance with the constant room
temperature and without wasting energy, using highly accurate quantitative variable steady
control of load. Furthermore, an optimized heat ground water pump and brine circulation is
developed, furthermore built, and the increase of efficiency is proven by means of rigorous
measurements. Using a special compressor construction, evaporator and condenser enables
one to achieve the lowest temperature difference between evaporation and source outlet
temperature and the approximation of condensation to flow temperature. By virtue of the
practically feasible undercooling enthalpy and using an optimized electronic adaptive
injection valve make it possible to increase the COP to 25% from industry-standard 5.6-6.0
to about 7.5 (in accordance with the standard EN 14511 at W 10/W 35; 10°C ground water,
35°C flow temperature). The developed low temperature in combination with the surface
heat distribution system causes that the heat pump concept in operation at W 10/W 25 (flow
temperature at 25°C) can reach a COP of nearly 10, without an auxiliary power unit. One
kilowatt electric power results in 10 kilowatts of thermal heating energy, which is generated
via the PV system without emissions and additional costs. Such a difference comes from the
effect of environment of groundwater or from the power of the sun or the rain regenerative
near-surface geothermal energy. | cze |
dc.language.iso | de | cze |
dc.publisher | Czech Technical University in Prague | cze |
dc.subject | Sustainability, concrete core activation, heating systems, renewable energy, optimizing processes | cze |
dc.title | INCREASING THE EFFICIENCY OF THE HEAT PUMP SYSTEMS BY A CONCRETE CORE ACTIVATION | cze |
dc.title.alternative | ERHÖHUNG DER EFFIZIENZ VON WÄRMEPUMPENSYSTEMEN DURCH BETONKERNAKTIVIERUNG | cze |
dc.title.alternative | ZVÝŠENÍ EFEKTIVITY TEPELNÝCH ČERPADEL AKTIVACÍ BETONOVÉHO JÁDRA | cze |
dc.type | doctoral thesis | en |
dc.type | disertační práce | cze |
dc.description.department | Department of Mechanics | |
dc.description.department | katedra mechaniky | |
theses.degree.discipline | Building and Structural Engineering | |
theses.degree.grantor | Czech Technical University of Prague. | |
theses.degree.programme | Civil Engineering | |
dc.description.abstract-translated | Elektrisch angetriebene Wärmepumpen werden mit Nutzung der Stromerzeugung durch
Photovoltaiksysteme als dezentrale energieautarke Wärmeerzeugungssysteme rein auf Basis
erneuerbarer Energie in Zukunft einen sehr hohen Ausbaugrad und Stellenwert erfahren.
Eine Wärmepumpe wird umso effizienter je mehr es gelingt, den Temperaturhub zwischen
Wärmequelle bzw. Verdampfungstemperatur und der notwendigen Vorlauftemperatur
(Kondensationstemperatur) zu verringern.
Die Neuentwicklung in dieser Arbeit besteht darin, ein hinsichtlich Rohrabstand und
Temperaturdifferenz optimiertes Betonkernaktivierungskonzept (Passivsystem) mit einer
äußerst reaktionsschnellen oberflächennahen Flächenheizung (Aktivsystem Rohrabstand 50
mm) direkt unter dem Fußbodenbelag zu kombinieren. Dabei ist es für die Effizienz der
Wärmepumpe essentiell und möglich, für beide Systeme bei gleicher abgesenkter
Vorlauftemperatur von ca. 25°C ausreichende Heiz- und Kühlleistungen zu erbringen. Für
die Wärmepumpe bedeutet diese Temperaturabsenkung von 28°C auf 25°C nochmals eine
Effizienzerhöhung von ca. 10%. In diesem Fall kann die Betonkernaktivierung, welche nur
ca. 50% der Leistung zur Verfügung stellt, mit Speichereffekt ohne Nachteile betrieben
werden, denn das reaktionsschnelle oberflächennahe Zusatzheizsystem kann über äußerst
genaue mengenvariable Stetigregelung last- und bedarfsgerecht jeweils die tatsächlich
erforderliche Zusatzleistung bei völliger gewünschter Raumtemperaturkonstanz und ohne
Energieverschwendung erbringen.
Weiters wird in dieser Arbeit eine optimierte Wärmepumpe für Grundwasser und
Solebetrieb entwickelt, gebaut und die Effizienzsteigerung messtechnisch belegt. Durch
einen speziellen Verdichter sowie Konstruktion und Entwicklung von Verdampfer und
Kondensator gelingt es, niedrigstmögliche Temperaturgrädigkeit zwischen Verdampfungsund
Quellenaustrittstemperatur sowie eine Annäherung der Kondensations- zur
Vorlauftemperatur zu erreichen.
Mit Nutzung der praktisch möglichen Unterkühlungsenthalpie und Verwendung eines
optimierten elektronischen adaptiven Einspritzventiles gelingt eine Gesamtsteigerung des
COP gemäß Norm EN 14511 bei W 10/W 35 (10°C Grundwassertemperatur, 35°C
Vorlauftemperatur) von Industriestandard 5,6 bis 6,0 auf ca. 7,5 also um ca. 25%. In
Kombination mit dem dargestellten entwickelten Tieftemperatur Kombiflächenheizverteilsystem kann dieses Wärmepumpenkonzept bei einem Betrieb W
10/W 25 also bei 25°C Vorlauftemperatur einen COP ohne Hilfsaggregat von fast 10
erreichen.
Ein kWh über die PV-Anlage emmissions- und kostenfrei erzeugte elektrische Energie
erzeugt 10,00 kWh thermische Heizenergie. Die Differenz kommt von der Umwelt aus dem
Grundwasser oder aus der über die Sonne und den Regen regenerierbaren oberflächennahen
Erdwärme. | |