Vědci z Itálie navrhli systém tepelného čerpadla vodního zdroje určený pro výrobu chlazení, vytápění a teplé užitkové vody. A to v sociálním bytovém fondu postaveném v 70. až 90. letech 20. století. Nový koncept integruje fotovoltaicko-tepelnou energii s akumulací tepla a slibuje sezónní koeficient výkonu 5.
Skupina výzkumníků vedená Univerzitou Sapienza v Římě vyvinula nový systém tepelného čerpadla vodního zdroje (WSHP). Ten integruje fotovoltaicko-tepelnou (PVT) energii a akumulaci tepelné energie (TES) pro výrobu integrovaného vytápění, chlazení a ohřevu domácnosti. Potřebný k výrobě vody a elektřiny.
Systém se vyvinul pod záštitou výzkumného projektu RESHeat financovaného EU. Ten se zaměřil na identifikaci obnovitelných a energeticky účinných řešení pro vytápění a chlazení, jakož i výrobu teplé užitkové vody v obytných domech s více byty. ,,Tato práce se zaměřuje na italskou verzi projektu RESHeat,“ uvedli vědci. A poznamenali, že navrhovaný systém využívá zásobník teplé vody namísto podzemního zásobníku tepla, jako jsou verze systému vyvinuté pro evropské země ve vyšších zeměpisných šířkách.
Systém se skládá z vodního tepelného čerpadla kombinovaného s chlazenými fotovoltaickými panely. Dále dvou akumulačních jednotek – na jedné straně zdroje a na druhé straně zátěže – a fancoilu. V navržené konfiguraci systému se nízkoteplotní teplo z panelů využívá k plnění studené studny tepelného čerpadla během topné sezóny. Během chladící sezóny je přebytečné teplo z FV panelů, které dosahují vyšších teplot, odváděno do systému přípravy teplé užitkové vody.
Navrhovaný systém využívá zásobník teplé vody namísto podzemního zásobníku tepla
„PVT panely zajišťují tepelnou a elektrickou kogeneraci. Přičemž elektrická energie se používá k napájení WSHP, případných záložních ohřívačů, pomocných zařízení a bytových prostor. Zatímco nízkoteplotní teplo vyrobené během zimního období je využíváno jako zdroj pro WSHP prostřednictvím TES,“ vysvětlil výzkumný tým. „Naopak mimo topné období, od dubna do října, je teplo vyrobené PVT využíváno pro výrobu TUV. Ta je akumulována ve vyhrazeném zásobníku. A konečně, v letním období je TES připojen k DC, potřebnému k rozptýlení přebytečného tepla produkovaného HP pro chlazení prostoru.
Pomocí softwaru TRNSYS a metody rozhodování s více kritérii (MCDM) provedli akademici 184 simulací k identifikaci ideální velikosti komponent systému. A to s cílem nasadit jej v sociální rezidenční budově s 13 byty postavenými kolem roku 1980 v Palombara Sabina, poblíž Řím, Itálie.
„Referenční vzorek se stal výsledkem urbanistického plánování zahájeného v Itálii v 60. letech 90. let s cílem naprogramovat intervence související se sociálními budovami před nařízením o energetické náročnosti budov,“ vysvětlili. A dodali, že budova, která se v současnosti spoléhá na na centrální plynové vytápění má zimní a letní tepelnou zátěž 61 kW, resp. 65 kW a spotřebu TUV 55 l/osobu pro celkem 50 osob.
Koncept integruje fotovoltaicko-tepelnou energii s akumulací tepla
V simulacích a analýze MCDM akademici zvažovali klíčové parametry, jako je koeficient výkonu (COP), solární podíl i spotřeba primární energie. Dále taky úspora primární energie, systémové a provozní náklady a také logisticko-prostorová kritéria. Výzkumníci zjistili, že nejlepší konfigurace systému lze dosáhnout se 75 PVT panely o celkovém výkonu 25 kW rozdělených do 15 řetězců, objemem vyrovnávací nádrže připojené ke zdrojové straně TČ 3 m³ a objemem 1,5 m³ pro tepelnou akumulaci TUV.
„Zjištěné nastavené hodnoty teploty byly 25 °C pro DC. Zatímco pro HP se provozní teploty výparníku i kondenzátoru liší podle vnějších podmínek,“ vysvětlili dále. ,,Na studené straně se pohybují od 7 do 20 °C. A mění se podle dopadajícího záření a nízkoteplotní produkce tepla PVT panelů. Zatímco na horké straně se mění podle vnější teploty.“
Systém se popsal ve studii „Definice systému tepelného čerpadla s vodním zdrojem PVT prostřednictvím optimalizace jednotlivých komponent“, publikované v Energy.
„Tato práce si klade za cíl použít budovu v Palombara Sabina jako pilotní případ pro modernizaci systému ústředního vytápění pro mírné podnebí a navrhnout ji jako ideální přístup. Ten se má aplikovat ve velkém měřítku na celý sociální bytový fond vybudovaný v 70. 90. let s ohledem na energetickou renovaci v městském měřítku,“ uzavřeli vědci. „Cílem je účinnost systému s minimálním sezónním COP 5 a minimálně 70 % pokrytím z obnovitelných zdrojů se zaměřením na řízení okolní teploty.“
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
