Bachelor's Thesis

Industrial heat pumps

Final Thesis 2.36 MB

Author of thesis: Bc. Alexandr Bábek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Reviewer: Ing. Bc. Lukáš Preisler

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the issue of industrial heat pumps and their utilization for waste heat recovery. The theoretical part of the thesis describes the principles of thermodynamic cycles and presents the main vapor-compression and sorption (absorption and adsorption) heat pump technologies, including their key components such as compressors, heat exchangers, and refrigerants used with respect to current environmental legislation. The thesis also provides examples of traceable industrial heat pump installations in district heating systems and industry. The practical part focuses on a specific application of a heat pump utilizing heat from treated water leaving a wastewater treatment plant. For this selected application, the operating parameters in the main components are proposed, and a basic thermal design of a shell-and-tube water-to-water heat exchanger is performed, which serves for the efficient and safe extraction of heat from this primary source.

Keywords:

Heat pump, sewage treatment plant, waste heat

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta. Otázky oponenta: V rovnici 17 neodpovídá matematický zápis výsledné hodnotě. V rovnici 19 je u Prandtlova čísla vody dosazena dvakrát různá hodnota (8,7 vs 9,42). Přepočítejte následující výpočty. Jak se tím ovlivní návrhová část? Hodnocení: Zodpovězeno. V kapitole 3.1 je popsána aplikace v Mannheimu. Jaké jsou provozní parametry říčního TČ (jako je COP)? O kolik se říční koryto nebo voda na výstupu ochladí při vstupní teplotě okolo 5 °C, nehrozí riziko zamrznutí? Hodnocení: Zodpovězeno. Následně odpovídal na otázky členů zkušební komise: Aké použitie Částečně zodpovězeno. Dá sa váš návrh otočiť do chladiaceho cyklu? Hodnocení: Částečně zodpovězeno. Prečo v práci prechádza voda trubkami a nie okolo? Hodnocení: Částečně zodpovězeno. Aké vlastnosti musí splňovat chladivo? Hodnocení: Částečně zodpovězeno. Aká náhrada by sa dala použiť za zvolené chladivo? Hodnocení: Zodpovězeno. Čo je kavitácia? Hodnocení: Částečně zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Automotive Engineering

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Machine and Equipment Construction (SSZ)

Composition of Committee

prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. René Pyszko (místopředseda)
Ing. Ondřej Blaťák, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Fojtášek, Ph.D. (člen)
Ing. David Svída, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Téma práce se věnuje problematice využití odpadního tepla průmyslovým tepelným čerpadlem.

Student přistupoval ke zpracování práce aktivně a samostatně s využitím konzultací. Student samostatně pracoval s podklady a zdrojovými daty. Zpracování přehledových částí práce realizoval student samostatně v požadovaném rozsahu. Výpočtová část práce, zaměřená na návrh výměníku tepla, byla několikrát přepracována a zpřesňována, jak se student s uvedenou problematikou hlouběji seznamoval. Po formální stránce odevzdaná podoba práce odpovídá standardu závěrečné práce a obsahuje menší množství drobných formálních a odborných nekorektností, které ale nijak významně neovlivňují výsledeky práce.

Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Bc. Lukáš Preisler

Předložená bakalářská práce zpracovává téma nasazení průmyslových tepelných čerpadel pro rekuperaci tepla, a to i pro specifické aplikace, jakou je čistírna odpadních vod. Teoretická část poskytuje odpovídající základ, který student následně aplikoval v praktickém výpočtu předřazeného trubkového výměníku. Práci mírně sráží formální a stylistické nedokonalosti. V textu se nacházejí zjevné překlepy (např. dosazení průtoku 11,96 místo 7,97 kg/s) nebo nevysvětlené anglické termíny (male and female, pool-boiling či falling-film). Z hlediska použitých zdrojů je patrná slabší úroveň rešeršní části, jež se opírá primárně o webové odkazy na úkor hlubší recenzované odborné literatury. Současně lze vyčíst, že autor po provedení výpočtu nevěnoval dostatečný prostor zhodnocení a diskuzi výsledků, čímž je oslabena jeho schopnost vyvozovat širší závěry. Pozitivně hodnotím přehledně zpracovanou výkresovou dokumentaci. Přes uvedené nedostatky je však práce po technické stránce funkční, zadané cíle plní a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions D
Applicability of results in practice or theory C
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations D
Topics for thesis defence:
  1. V rovnici 17 neodpovídá matematický zápis výsledné hodnotě. V rovnici 19 je u Prandtlova čísla vody dosazena dvakrát různá hodnota (8,7 vs 9,42). Přepočítejte následující výpočty. Jak se tím ovlivní návrhová část?
  2. V kapitole 3.1 je popsána aplikace v Mannheimu. Jaké jsou provozní parametry říčního TČ (jako je COP)? O kolik se říční koryto nebo voda na výstupu ochladí při vstupní teplotě okolo 5 °C, nehrozí riziko zamrznutí?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová