Optimalizace ohřevu teplé vody pomocí tepelného čerpadla dle venkovní teploty z energetického hlediska

Abstract

V této diplomové práci je nejprve uvedený stručný přehled základních typů tepelných čerpadel, včetně je- jich konstrukce a principu fungování. Kapitola o tepelných čerpadlech dále popisuje ukazatele, kterými lze vyjádřit jejich účinnost (COP a SCOP) a také vliv na životní prostředí (ODP a GWP). Následující kapitola podává přehled o základním dělení přípravy teplé vody, přičemž u každého způsobu je i jeho stručný popis a diskuze výhod a nevý- hod. Jsou zde představeny dva způsoby skladování teplé vody, a sice homogenní a stratifikační zásobník. V závěru rešeršní části je uveden přehled aktuálně platných distribučních tarifů elektřiny. V praktické části jsou podrobně po- psány vytvořené modely přípravy teplé vody pro homogenní i stratifikační zá- sobník, včetně čtyřech různých variant ohřevu. Tři z nich simulují běžné nastavení zásobníku, u čtvrté varianty je vy- vinutý algoritmus pro nalezení časového intervalu, kdy je ohřev vody daný den nejefektivnější. Poslední část práce má za úkol popsat a zhodnotit dosažené výsledky. Byly provedeny simulace, které pro každou variantu ohřevu, s využitím reálných parametrů konkrétního tepelného čer- padla a zásobníku, reálných venkovních teplot a dvou různých diagramů odběru, vyčíslily spotřebu elektrické energie za daný kalendářní rok. V rámci vstupních předpokladů jsou zde uvedeny přibližné investiční a servisní náklady pro zaří- zení k ohřevu a skladování teplé vody. Na základě těchto údajů jsou v práci pomocí ekonomického ukazatele NPV vypočteny celkové náklady a vyjád- řena možná finanční úspora při použití optimalizované varianty ohřevu.

The following thesis begins with a brief introduction to basic Heat pump types, including constructional specifi- cations and functional principles. The chapter about Heat pumps further de- scribes the economic indicators, with which it is possible to express their efficiency (COP and SCOP) and the effect they have on the environment (ODP and GWP). The following chapter gives a look into the basic categorization of warm water preparation. Two ways of stor- ing are introduced, homogeneous and stratificational units. To conclude the research part, there is an overview of current rete of electricity distribution. The practical part gives a thorough description of models for warm water preparation for both homogeneous and stratificational units made, including four various ways of heating, where three simulate the usual unit settings, the fourth works using a developed algorithm for finding time slots, where the water heating is the most effective that day. The last part aims at describing and judging given results. Simulations of each variation of heating with the use of actual parameters were done, and together with real outside temperature ratings and two different consumption diagrams concluded the consumption of electrical energy of that specific calendar year. Regarding the initial presumptions made, an approximate investment and maintenance cost was formulated. Building on that data, final expenses were calculated according to the NPV, and a possibility of financial saving using an optimized warming variant was stated.