Budoucnost tepelných čerpadel – 1. část

tepelná čerpadla

Prediktivní řízení tepelného čerpadla podle předpovědi počasí

Úvod

Snižování energetické náročnosti budov je zásadním tématem již mnoho let. Například podle směrnice Evropského parlamentu EPBD 2018 jsou budovy v Evropské Unii zodpovědné za 36 % emisí CO₂. Téměř 50 % konečné spotřeby energie je v Unii využíváno na vytápění a chlazení a z toho 80 % náleží budovám [1]. Vysoký nárůst spotřeby energie v budovách je dán jednak stálým růstem populace a urbanizace, ale také neustále se zvyšujícími požadavky na úroveň komfortu uvnitř budov. Chtějí-li Evropská Unie a jednotlivé členské státy dosáhnout ambiciózních plánů snížení skleníkových plynů, je zřejmé, že kromě maximální možné dekarbonizace budou kladeny stále větší požadavky na energetickou účinnost budov s využitím obnovitelných zdrojů.

Snížení energetické náročnosti budov je možné dosáhnout použitými technologiemi, jak konstrukčními, tak strojními. Bohužel většina standardních opatření s sebou nese velké investiční náklady. Avšak vylepšením řídicích systémů a například využitím prediktivní regulace lze dosáhnout zajímavých energetických úspor s výrazně nižšími investičními náklady. Vedlejším efektem sofistikovanějších řídicích systémů je také možnost výrazného zvýšení vnitřního komfortu.

Úspory využitím prediktivní regulace

Využití prediktivní regulace umožňuje snížit náklady na provoz tepelného čerpadla až o 50 % [2] a například při použití systému podlahového vytápění s tepelným čerpadlem systému země-voda je úspora 17 %v[2]. Využití komplexních prediktivních a řídicích algoritmů při těchto úsporách má zcela zásadní dopad na provozní náklady komerčních objektů. Použití takových technologií v rezidenčním segmentu je však velmi ojedinělé. Důvodem je především vysoká cena takové regulace. Náklady na vytápění s tepelným čerpadlem jsou u běžného rodinného domu do 20 000 Kč·a^–1. Při uvažování úspory 17 % by se jednalo o částku 3400 Kč za rok, doba návratnosti by tak byla kolem 15 let.

Komfort na prvním místě

Kromě rostoucích požadavků na úspory provozních nákladů je také poslední dobou ze strany investorů kladen stále větší důraz na kvalitu vnitřního prostředí. Nejedná se pouze o zajištění správné výměny vzduchu, ale rovněž tepelnou pohodu. Především při po­užití sálavých otopných soustav s velkou akumulační schopností se změna nastavení projeví na vnitřní teplotě v řádu několika hodin. Snadno tak může docházet k přehřívání vnitřních prostor důsledkem vnějších tepelných zisků.

Na obr. 1 je znázorněno porovnání otopné soustavy s běžnou regulací a s regulací využívající předpověď počasí. Aby byla zajištěna tepelná pohoda v ranních hodinách, je vidět nárůst výkonu zdroje tepla v obou případech již během noci. Je patrné, že výkon zdroje tepla u systému s prediktivní regulací se začíná snižovat výrazně dříve než u běžného systému. Díky tomu dochází k výrazně nižšímu nárůstu teploty vnitřního vzduchu. Výsledkem je vyšší komfort a nižší provozní náklady.

Obr. 1 • Porovnání průběhu teplot a tepelného výkonu během dne mezi otopnou soustavou s použitím běžné a prediktivní regulace během slunečného dne (převzato z [4])

Řešení NIBE

Do všech produktů nové řady „S“ se společnost NIBE rozhodla implementovat nejen informaci o aktuálním počasí, ale také jeho předpověď. Informace o počasí jsou k dispozici jak na dotykovém displeji tepelného čerpadla, tak prostřednictvím aplikace MyUplink. Pro lepší přehlednost je k dispozici celkem 10 různých symbolů počasí.

S cílem dosáhnout optimálního vnitřního prostředí a současně snížit náklady na vytápění či chlazení vyvinula společnost NIBE novou funkci – regulaci podle předpovědi počasí. Každý produkt nové řady „S“ disponuje touto funkcí. Jakmile je zařízení připojeno k internetu, každý majitel může řízení podle předpovědi počasí využívat. Jakou měrou bude předpověď počasí regulaci ovlivňovat, si každý uživatel nastaví volbou činitele, jak je znázorněno na obr. 2 vlevo. Vpravo je pak znázorněna úvodní obrazovka displeje, kde lze vidět nejen venkovní teplotu, ale také symbol polojasné oblohy.

Obr. 2 • Ukázka dotykového displeje NIBE nové řady „S“. Nahoře možnost aktivace regulace podle předpovědi počasí, dole úvodní obrazovka s informací o počasí

Na obr. 3 je nová vnitřní systémová jednotka NIBE VVM S320. Více informací o nové řadě „S“ je na internetových stránkách. V další části o budoucnosti tepelných čerpadel budou představeny možnosti vzdálené správy pro montážní firmy a její využití za účelem poskytnutí dokonalých služeb koncovým zákazníkům.

Obr. 3 • Nová vnitřní systémová jednotka NIBE VVM S320 je kompatibilní se všemi tepelnými čerpadly NIBE systému vzduch- voda. Součástí je nerezový zásobník TV o objemu 180 l, záložní elektrokotel s výkonem 9 kW, pojistné a zabezpečovací zařízení a kompletní regulace s dotykovým displejem pro snadné ovládání

Zdroje:

[1] Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2018/844 ze dne 30. května 2018, kterou se mění směrnice 2010/31/EU o energetické náročnosti budov a směrnice, vol. 844, pp. 75–91, 2018.
[2] THIEBLEMONT, H.; HAGHIGHAT, F.; OOKA, R.; MOREAU, A. Predictive control strategies based on weather forecast in buildings with energy storage system: A review of the state-of-the art. Elseiver. Energy and Buildings, vol. 153, pp. 485–500, 2017.
[3] SALQUE, T., M. D. and R. P., Neural predictive control for single-speed ground source heat pumps connected to a floor heating system for typical French dwelling. Building Serv. Eng. Res. Technol., vol. 35(2), pp. 182–197, 2014.
[4] When weather forecast control the heating. BINE-Projekt­info, vol. 14, 2011.

Pokračování příště