Základní informace
- Předmět: Praktické použití fyziky a chemie
- Typ projektu: Teoretická studie
- Časová dotace: 16 týdnů (2 hodiny týdně + domácí příprava)
- Práce v týmu: 2-3 studenti
Charakteristika projektu
Studenti provedou komplexní teoretickou studii možností akumulace tepelné energie pro konkrétní rodinný dům. Projekt zahrnuje analýzu různých technologií ukládání tepla, provedení tepelně-technických výpočtů a návrh optimálního řešení včetně ekonomického zhodnocení.
Cíle projektu
Hlavní cíl
Navrhnout optimální systém akumulace tepla pro modelový rodinný dům s důrazem na technickou proveditelnost a ekonomickou návratnost.
Dílčí cíle
- Pochopit principy různých způsobů akumulace tepelné energie
- Naučit se provádět tepelně-technické výpočty
- Osvojit si práci s odbornými zdroji a technickými katalogy
- Rozvíjet schopnost kritického myšlení a rozhodování
- Připravit se na psaní odborných prací
Zadání projektu
1. Rešeršní část (30% hodnocení)
1.1 Technologie akumulace tepla
Popište minimálně 3 různé technologie:
- Akumulace citelného tepla (voda, kameny, beton)
- Akumulace latentního tepla (PCM materiály - parafíny, hydráty solí)
- Termochemická akumulace (silikagel, zeolit)
1.2 Srovnávací analýza
Vytvořte přehlednou tabulku porovnávající:
- Tepelnou kapacitu [kJ/kg·K nebo kJ/m³·K]
- Pracovní teplotní rozsah [°C]
- Hustotu energie [kWh/m³]
- Orientační cenu [Kč/kWh kapacity]
- Životnost systému [roky]
- Výhody a nevýhody
1.3 Případové studie
- Najděte a popište minimálně 2 reálné příklady použití v ČR nebo EU
- Analyzujte jejich parametry a zkušenosti z provozu
2. Výpočetní část (40% hodnocení)
2.1 Modelový dům - parametry
- Zastavěná plocha: 100 m²
- Výška místností: 2,6 m
- Tepelná ztráta: 8 kW při -15°C
- Zdroj tepla: tepelné čerpadlo nebo plynový kotel
- Otopná soustava: podlahové vytápění (35/28°C)
2.2 Požadované výpočty
A) Tepelné ztráty a spotřeba
- Vypočítejte roční potřebu tepla na vytápění [GJ/rok]
- Určete maximální denní spotřebu v nejchladnějším období [kWh/den]
- Stanovte průměrnou denní spotřebu v topné sezóně [kWh/den]
B) Dimenzování akumulátoru
Pro každou zvolenou technologii vypočítejte:
- Potřebnou kapacitu pro 24hodinový provoz [kWh]
- Objem akumulátoru [m³]
- Hmotnost akumulačního média [kg]
- Tepelné ztráty akumulátoru (2% denně)
C) Dynamika systému
- Dobu nabíjení při výkonu zdroje 12 kW [h]
- Dobu vybíjení při průměrné spotřebě [h]
- Účinnost cyklu nabití/vybití [%]
3. Návrhová část (20% hodnocení)
3.1 Výběr optimální varianty
- Zdůvodněte výběr technologie na základě multikriteriální analýzy
- Použijte minimálně 5 kritérií (cena, účinnost, prostorové nároky, životnost, ekologie)
3.2 Technické řešení
- Nakreslete schéma zapojení akumulátoru v otopném systému
- Specifikujte hlavní komponenty (čerpadla, ventily, regulace)
- Navrhněte umístění v domě (sklep, technická místnost)
3.3 Ekonomická analýza
- Investiční náklady (akumulátor, instalace, příslušenství)
- Roční úspora při využití nízkého tarifu (D57d)
- Prostá návratnost investice [roky]
- NPV za 15 let provozu při diskontní sazbě 4%
4. Výstupy projektu (10% hodnocení)
4.1 Písemná zpráva (10-15 stran)
Struktura:
- Titulní strana
- Abstrakt (max. 150 slov)
- Úvod a cíle práce
- Teoretická část (rešerše)
- Výpočetní část
- Návrh řešení
- Ekonomické zhodnocení
- Diskuze výsledků
- Závěr
- Seznam použité literatury (min. 10 zdrojů)
- Přílohy (tabulky, grafy, schémata)
4.2 PowerPoint prezentace
- Délka: 15 minut + 5 minut diskuze
- Obsah: 15-20 snímků
Povinné prvky:
- Úvodní snímek s názvem a autory
- Motivace a cíle
- Srovnání technologií (graf/tabulka)
- Klíčové výpočty
- Schéma navrženého řešení
- Ekonomická návratnost (graf)
- Závěry a doporučení
4.3 Executive summary
- Rozsah: 1 strana A4
- Shrnutí pro "manažera" - stručně, jasně, s čísly
- Obsahuje: problém, řešení, přínosy, náklady, doporučení
Hodnotící kritéria
Rozdělení bodů (celkem 100 bodů)
Rešeršní část (30 bodů)
- Kvalita a relevance zdrojů: 10 bodů
- Úplnost zpracování technologií: 10 bodů
- Případové studie: 10 bodů
Výpočetní část (40 bodů)
- Správnost výpočtů: 20 bodů
- Použití správných vzorců a jednotek: 10 bodů
- Interpretace výsledků: 10 bodů
Návrhová část (20 bodů)
- Zdůvodnění výběru: 8 bodů
- Technické zpracování: 7 bodů
- Ekonomická analýza: 5 bodů
Formální zpracování (10 bodů)
- Struktura a úprava zprávy: 4 body
- Kvalita prezentace: 4 body
- Dodržení rozsahu a termínů: 2 body
Známkování
- 90-100 bodů: výborně (1)
- 75-89 bodů: chvalitebně (2)
- 60-74 bodů: dobře (3)
- 45-59 bodů: dostatečně (4)
- 0-44 bodů: nedostatečně (5)
Časový harmonogram
| Týden |
Činnost |
Výstup |
| 1-2 |
Vytvoření týmů, studium zadání |
Registrace týmů |
| 3-4 |
Úvodní rešerše, výběr technologií |
Seznam literatury |
| 5-6 |
Detailní rešerše technologií |
Draft rešeršní části |
| 7-8 |
Tepelně-technické výpočty |
Výpočetní protokol |
| 9-10 |
Dimenzování akumulátorů |
Srovnávací tabulky |
| 11-12 |
Návrh řešení, ekonomická analýza |
Schémata, grafy |
| 13-14 |
Psaní závěrečné zprávy |
Kompletní zpráva |
| 15 |
Příprava prezentace |
PowerPoint |
| 16 |
Prezentace projektů |
Obhajoba |
Doporučené zdroje
Literatura
- KAREL, M. a kol.: Tepelná čerpadla a akumulace tepla. Praha: ČVUT, 2020
- TZB-info: Sekce Vytápění - Akumulace tepla [online]
- Katalogy výrobců: Regulus, Dražice, Austria Email
- ČSN EN 15316 - Tepelné soustavy v budovách
- CENTNEROVÁ, L.: Tepelná technika budov. Praha: ČVUT, 2015
Online nástroje
- Kalkulačka tepelných ztrát: www.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty
- Ceníky energií: www.eru.cz
- Klimatická data: portal.chmi.cz
Software (volitelně)
- MS Excel pro výpočty a grafy
- AutoCAD/SketchUp pro schémata (nebo ruční kreslení)
Konzultace a podpora
Konzultace
- Online konzultace: MS Teams (po domluvě)
- Email: kilkovsky.s@seznam.cz
Kontrolní body
- Týden 6: Odevzdání rešeršní části (draft)
- Týden 10: Kontrola výpočtů
- Týden 14: Preview prezentace
Poznámky pro realizaci
Tipy pro úspěšné zpracování
- Začněte rešerší co nejdříve
- Výpočty průběžně kontrolujte (jednotky!)
- Používejte reálná data (ceníky, katalogy)
- Citujte všechny zdroje správně
- Nechte si čas na korektury
Častá úskalí
- Podceňování časové náročnosti
- Špatné jednotky ve výpočtech
- Nereálné parametry (příliš optimistické účinnosti)
- Chybějící ekonomické zhodnocení
- Formální nedostatky ve zprávě
Bonusové body (max. 5 bodů navíc)
- Využití pokročilých výpočetních metod
- Simulace v specializovaném software
- Kontakt s reálnou firmou/projektem
- Výjimečná kvalita zpracování