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dc.contributor.advisorProcházka, Petr
dc.contributor.authorBurger, Johann
dc.date.accessioned2020-01-06T10:58:51Z
dc.date.available2020-01-06T10:58:51Z
dc.date.issued2015
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10467/85926
dc.description.abstractElectrically 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.isodecze
dc.publisherCzech Technical University in Praguecze
dc.subjectSustainability, concrete core activation, heating systems, renewable energy, optimizing processescze
dc.titleINCREASING THE EFFICIENCY OF THE HEAT PUMP SYSTEMS BY A CONCRETE CORE ACTIVATIONcze
dc.title.alternativeERHÖHUNG DER EFFIZIENZ VON WÄRMEPUMPENSYSTEMEN DURCH BETONKERNAKTIVIERUNGcze
dc.title.alternativeZVÝŠENÍ EFEKTIVITY TEPELNÝCH ČERPADEL AKTIVACÍ BETONOVÉHO JÁDRAcze
dc.typedoctoral thesisen
dc.typedisertační prácecze
dc.description.departmentDepartment of Mechanics
dc.description.departmentkatedra mechaniky
theses.degree.disciplineBuilding and Structural Engineering
theses.degree.grantorCzech Technical University of Prague.
theses.degree.programmeCivil Engineering
dc.description.abstract-translatedElektrisch 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.


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