Master's Thesis

Design of a space heating system with a heat pump air-water and solid fuel source for heating the family house

Final Thesis 3.49 MB Appendix 209.32 kB

Author of thesis: Ing. Kateřina Španihelová

Acad. year: 2013/2014

Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Abstract:

The aim of this thesis is to design the heating system for the house, including the design and calculating the required quantity of heat for hot water. The specified heat sources are the heat pump air to water and solid fuel boiler. The task was to design the heating system to the fastest possible return on investment. The initial investment in a heat pump is high so it is necessary to design the heating system as efficiently as possible.
The thesis contains a complete project of calculating heat loss of the building, the design of heating surfaces and their heat-technical calculation. There is included the design of the pipe system, the calculation of pressure loss and its regulation. The thesis also includes design of safety equipment, temperature regulation and drawings.
On the basis of calculated data was processed economic assessment, which determines the return on investment to the heat pump. Compared to the gas condensing boiler the return on investment will ideally be after five years.

Keywords:

Heating system, heat pump, additional source, hot water heating, heat losses, pressure loss, regulation.

Date of defence

19.06.2014

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Zodpovězeny dotazy oponenta. doc. Janotková se dotázala na možná omezení pro zvýšení výkonu podlahového výtapění pomocí zvýšení teploty otopné vody. doc. Kratochvíl vznesl dotaz na postup volby bodu bivalence a určení velikosti doplňkového zdroje. prof. Kavička se dotázal s jakou přesností bylo možno stanovit plochu konstrukcí, umístěných pod okolním terénem.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (N2301-2)

Field of study

Environmental Engineering (M-TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Eva Janotková, CSc. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. František Kavička, CSc. (člen)
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kratochvíl, CSc. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)

Studentka prokázala schopnost samostatné tvůrčí inženýrské činnosti, zpracovávala diplomovou práci samostatně a splnila podmínky zadání diplomové práce. Předložená diplomová práce obsahuje všechny náležitosti předepsané zadáním, a proto ji doporučují k obhajobě před komisí pro státní zkoušky v oboru Technika prostředí.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jakub Elcner, Ph.D.

Předložená diplomová práce si klade za cíl navržení otopné soustavy a zařízení pro ohřev teplé vody pro rodinný dům, kdy hlavním zdrojem tepla je tepelné čerpadlo vzduch-voda doplněné o krbová kamna s výměníkem tepla. Práce je psána přehledně a je rozdělena na několik částí. V první části je představen řešený objekt, definovány stavební materiály, ze kterých je postaven a spočteny součinitelé přestupu tepla jednotlivých stavebních konstrukcí. Druhá část se zabývá výpočtem tepelných ztrát, který je proveden v souladu s aktuální normou ČSN EN 12831. Jsou zde uvedeny všechny vztahy potřebné pro výpočet tepelných ztrát a proveden ukázkový výpočet tepelné ztráty prostupem pro místnost 0.4, kdy výpočty ostatních místností jsou uvedeny v příloze. Vypočtené hodnoty tepelných ztrát větráním a zátopového tepelného výkonu jsou pak uvedeny v samostatných tabulkách na straně 28 a 29. Všechny výpočty jsou pak shrnuty v Tabulce 9 na straně 30. Třetí část je věnována návrhu otopné soustavy. Jako hlavní způsob vytápění v nejčastěji používaných částech domu byly zvoleny podlahové otopné plochy, v některých místnostech kombinované s deskovými otopnými tělesy nebo s otopným žebříkem. U všech otopných ploch jsou provedeny tepelně technické výpočty za účelem návrhu jejich rozměrů a dále jsou provedeny hydraulické výpočty za účelem stanovení tlakové ztráty pro volbu vhodného oběhového čerpadla. Ve čtvrté části je navržen ohřívač teplé vody a dále zvoleny zdroje tepla, kterými jsou tepelné čerpadlo vzduch – voda doplněné o krbová kamna s teplovodním výměníkem tepla. Soustava je dále doplněna o akumulační nádrž a jsou zde navrženy pojistné a zabezpečovací zařízení. V poslední části je provedeno krátké ekonomické zhodnocení na základě stanovení potřeby tepla a porovnání nákladů a návratnosti investice.
Práce splňuje všechny body zadání a všechny výpočty v ní se opírají o aktuální normy. Je logicky uspořádaná, přehledná a obsahuje všechny formální náležitosti. Grafická a stylistická úprava a práce s literaturou a citacemi jsou na vysoké úrovni. Z práce je patrné, že na jejím základě bude realizován skutečný objekt provedený dle návrhu v práci. K práci mám však následující výhrady. Na straně 47 v případě volby oběhového čerpadla by bylo dobré doplnit rovnice (51) a (52) o konkrétní hodnoty. Tepelné čerpadlo a krbová kamna jsou zřejmě zvolena na základě požadavku zadavatele, ale v rámci práce by bylo vhodné uvést více typů těchto zdrojů tepla a provést jejich srovnání. Grafy na straně 67 jsou dle mého názoru nešťastně provedeny a jejich interpretace může být zavádějící. Poslední výhrada se týká podlahových otopných ploch, kdy ačkoliv jsou správně navrženy, je otázka k zamyšlení, zda ve skutečnosti pokryjí tepelné ztráty místností, a zda by nebylo vhodné je kombinovat s deskovými otopnými tělesy. Přes výhrady, které jsou pouze drobného charakteru je práce velice zdařilá a navrhuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 2.3.2 zohledňujete vliv tepelných mostů v konstrukci na základě metodiky stanovené normou ČSN 73 0540-4. Z jakého důvodu byla použita metoda vhodná pro přímý výpočet jednoduchými programy?
  2. Z jakého důvodu nejsou při výpočtu součinitele prostupu tepla u střechy zohledněny tepelné mosty?
  3. Jaké výhody přináší kombinace tepelné čerpadlo + krbová kamna proti zavedeným systémům TČ + plynový kotel či TČ + elektrický kotel?
  4. Kde byly nalezeny součinitelé prostupu tepla oken a dveří?
  5. V tabulce 5 na straně 21 uvádíte chodbu (1.3) mezi vytápěné místnost, je toto označení správné?
  6. Na straně 37 při výpočtu výkonu otopné podlahové plochy uvádíte: "Ve skutečnosti je pak celkový výkon snížen o vliv nábytku na nízkých nohách, který může snížit výkon otopné podlahové plochy o více než 50%". Na základě tohoto tvrzení pak například pokoj 1.6 jehož celková tepelná ztráta činí 453 W nemůže být pokryt podlahovou otopnou plochou o výkonu 522 W, která může být zastavěna postelí, skříněmi či jiným nábytkem a její výkon může být snížen o udávaných 50%. Jakým způsobem je toto ošetřeno v místnostech, jejichž tepelná ztráta je kryta pouze podlahovou plochou?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová