NTC – software pro návrh tepelného čerpadla
V praxi je možné se tu a tam setkat s nevhodnými postupy při návrhu tepelných čerpadel. V nejhorším případě je čerpadlo navrhováno tak, jako by šlo o plynový kotel, aniž by byla respektována specifika tepelných čerpadel. Při správném návrhu tepelného čerpadla do objektů pro bydlení je třeba vycházet z celoroční bilance potřeby tepla na vytápění a přípravu teplé vody. Článek se zabývá softwarem, který jsme vytvořili pro návrh tepelných čerpadel. Program pracuje s celoroční tepelnou bilancí a vychází z platné legislativy [1].
V rámci projektu specifického výzkumu byla vytvořena volně dostupná aplikace vycházející z ČSN EN 15316-4-2 pro návrh tepelného čerpadla (TČ). Návrh spočívá ve zhodnocení a posouzení provozu tepelného čerpadla v závislosti na potřebě energie pro vytápění a přípravu teplé vody v průběhu roku (obr. 1).
Obr. 1 Okno programu po spuštění
Práce s programem
Nejprve se vybere druh tepelného čerpadla, které má být navrženo. Je na výběr ze tří možností TČ: vzduch – voda, země – voda, voda – voda. V každé kategorii je možné vybrat několik předdefinovaných čerpadel. Postup, jak přidat další typ TČ, bude zde ještě vysvětlen. U typu voda – voda lze zvolit teplotu vody na výparníku; primárně lze počítat s hodnotou 10 °C.
Dále je potřeba zvolit klimatickou oblast konkrétního výpočtu. Zatím je možnost vybrat si z oblasti Brna – Kuchařovic, Zlína – Štípy či Prahy – Mořiny. Je možné si však importovat do programu vlastní meteorologická data. O tom, jak na to, více v kapitole Import vlastních dat. Následně se zvolí venkovní výpočtová teplotu vzduchu a mezní teplota otopného období, obvykle 13 °C (obr. 2).
Obr. 2 Nastavení klimatické oblasti
Důležité je vyplnit údaje o daném vytápěném objektu. Zde se v souladu s normou zadává druh otopných ploch, návrhová vnitřní teplota v interiéru, teplota připravované teplé vody a teploty přívodní a vratné vody v otopné soustavě (obr. 3).
Obr. 3 Údaje o objektu
Také je nutné uvést roční potřebu tepla na ohřev teplé vody i na vytápění. Lze je získat buď měřením, nebo použitím různých metod výpočtu, jako jsou dennostupňová metoda či metody uvedené v ČSN EN ISO 13790, ČSN EN 15316-3 a podobně. Rovněž se musí do výpočtu zadat hodnoty pomocných elektrických příkonů pro zařízení vytápění a ohřevu vody.
Posledním krokem je volba metody bilančního výpočtu. Máme zde varianty buď podle četnosti venkovních teplot, anebo podle časových kroků chronologicky od roku přes měsíce, týdny a dny, až po hodinové rozlišení (obr. 4).
Obr. 4 Možnosti intervalů výpočtu
Výsledek a výstup z programu
Po spuštění výpočtu se v pravé části programu ukážou výsledky s přehledem vstupních hodnot. Tento výpis je možné exportovat do formátu CSV, který je následně možné otevřít v programu MS Excel či OpenOffice Calc (obr. 5).
Obr. 5 Textový výpis spočtených hodnot
Pro názornost je také vygenerován graf energie potřebné na provoz tepelného čerpadla. Je možno jej taktéž exportovat ve formátu PNG k dalšímu zpracování (obr. 6, 7 a 8). Diagramy přehledně znázorňují jednotlivou potřebu energie.
Obr. 6 Bilance provozu tepelného čerpadla podle venkovní teploty
Obr. 7 Bilance provozu tepelného čerpadla s měsíčním rozlišením
Obr. 8 Bilance provozu tepelného čerpadla s denním rozlišením
Tlačítko „Kopírovat“ slouží k uložení dat výpočtu či grafu do systémové schránky počítače. Závisí na právě aktivním oknu programu.
Obr. 9 Ukázka klimatických dat
Obr. 10 Ukázka dat tepelných čerpadel
Import vlastních dat
V případě, že chce uživatel v programu použít vlastní data, ať už v podobě jiných typů tepelných čerpadel či jiných klimatických údajů, jsou spolu s aplikací přiloženy dva soubory: KlimData.csv a TCerpadla.csv. V souboru KlimData.csv je možno přidat další sloupec, přičemž na prvním řádku musí být název místa pořízených klimatických dat a od druhého řádku 8760 záznamů hodinových teplot (365 dní * 24 hodin).
Přidání vlastních tepelných čerpadel do souboru TCerpadla.csv je složitější. První čtyři sloupce tvoří databázi čerpadel voda – voda. První sloupec značí unikátní název čerpadla. Všechny řádky s tímto názvem se budou považovat za jedno čerpadlo a program bude mezi nimi interpolovat.
Ve druhém sloupci naleznete teplotní spád čerpadla. Je nutné jej zadat ve formátu (teplota otopné vody)/(teplota zdroje tepla).
Třetí sloupec pak značí odpovídající výkon tepelného čerpadla a čtvrtý jeho výkonové číslo.
Sloupce 5 až 8 slouží obdobně k zadání parametrů čerpadel země – voda a sloupce 9 až 12 pro čerpadla vzduch – voda.
Závěr
Aplikace NTC je určena k návrhu tepelného čerpadla podle ČSN EN 15316-4-2 na základě energetické bilance. Své uplatnění může najít nejen u projektantů, ale také u studentů vysokých a středních škol technického zaměření. Aplikace je volně dostupná, její používání v praxi je na vlastní zodpovědnost uživatele. Aplikace NTC je volně ke stažení na domovské stránce programu: http://www.fce.vutbr.cz/TZB/horak.p/ntc.rar
Poděkování
Tento článek vznikl za podpory projektu specifického výzkumu FAST-S-12-17 – Systémy techniky prostředí pro trvale udržitelnou výstavbu. Projekt byl realizován v roce 2012 na Vysokém učení technickém v Brně, Fakultě stavební, Ústavu TZB.
Literatura
[1] ČSN EN 15316-4-2: Tepelné soustavy v budovách – výpočtová metoda pro stanovení energetické potřeby a účinnosti soustavy – Část 4-2: Výroba tepla pro vytápění, tepelná čerpadla. Říjen 2011.
Ing. Marcel Koňařík, Ing. Petr Horák, Ph.D.
Ilustrační foto: Vaillant
Autoří působí v Ústavu technických zařízení budov Fakulty stavební VUT v Brně.
Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.
