Základní informace
- Předmět: Praktické použití fyziky a chemie
- Typ projektu: Teoretická studie s praktickými prvky
- Časová dotace: 16 týdnů (2 hodiny týdně + domácí příprava)
- Práce v týmu: 2-3 studenti
Charakteristika projektu
Studenti zpracují komplexní studii možností využití odpadního tepla ze školní kuchyně. Projekt zahrnuje energetický audit stávajícího stavu, návrh systému rekuperace tepla a ekonomickou analýzu návratnosti investice. Práce kombinuje teoretické znalosti s analýzou reálných dat z provozu školní jídelny.
Cíle projektu
Hlavní cíl
Navrhnout technicky a ekonomicky optimální systém rekuperace tepla pro školní jídelnu s cílem snížení spotřeby energie a provozních nákladů.
Dílčí cíle
- Osvojit si principy přenosu tepla a práce výměníků
- Naučit se provádět energetický audit
- Pochopit ekonomické aspekty energetických úspor
- Rozvíjet analytické a prezentační dovednosti
- Aplikovat teoretické znalosti na reálný problém
Zadání projektu
1. Analýza současného stavu (25% hodnocení)
1.1 Mapování zdrojů odpadního tepla
Identifikujte a kvantifikujte hlavní zdroje:
Varné zařízení
- Plynové sporáky (počet hořáků, výkon)
- Elektrické plotny
- Konvektomaty
- Fritézy
Myčky nádobí
- Typ a počet myček
- Spotřeba vody a energie
- Teplota odpadní vody
Vzduchotechnika
- Digestoře a odsávání
- Průtok odváděného vzduchu
- Teplota odpadního vzduchu
1.2 Měření a odhady
- Počet připravovaných jídel denně: 500
- Provozní doba: 6:00-14:00
- Spotřeba teplé vody: 20 l/jídlo
- Teplota odpadní vody z myček: 50-60°C
- Teplota odpadního vzduchu: 35-45°C
1.3 Energetická bilance
Vypočítejte:
- Denní spotřebu energie na ohřev vody [kWh]
- Tepelné ztráty odpadním vzduchem [kWh]
- Tepelný obsah odpadní vody [kWh]
- Celkový potenciál odpadního tepla [kWh/den]
2. Technologická rešerše (25% hodnocení)
2.1 Typy výměníků tepla
Popište a porovnejte minimálně 3 typy:
Deskové výměníky
- Princip, účinnost, použití
- Výhody a nevýhody
- Cenová úroveň
Trubkové výměníky
- Konstrukce "trubka v trubce"
- Shell & tube výměníky
- Spirálové výměníky
Rekuperátory vzduchu
- Křížové rekuperátory
- Rotační rekuperátory
- Tepelné trubice
2.2 Systémy rekuperace v gastro provozech
- Rekuperace z odpadní vody (šedá voda)
- Rekuperace z digestoří
- Rekuperace z chladicích zařízení
- Kombinované systémy
2.3 Případové studie
Najděte minimálně 2 realizace v ČR:
- Parametry instalace
- Dosažené úspory
- Investiční náklady
- Zkušenosti z provozu
3. Výpočty a návrh (35% hodnocení)
3.1 Modelová jídelna - parametry
- Počet jídel: 500/den
- Provozní dny: 190/rok
- Spotřeba teplé vody: 10 m³/den
- Teplota studené vody: 10°C
- Požadovaná teplota TUV: 55°C
- Cena zemního plynu: 1,50 Kč/kWh
- Cena elektřiny: 5,00 Kč/kWh
3.2 Návrh systému rekuperace
Varianta A: Rekuperace z odpadní vody
- Deskový výměník voda-voda
- Předehřev studené vody
Výpočty:
- Tepelný výkon výměníku [kW]
- Účinnost rekuperace [%]
- Potřebná teplosměnná plocha [m²]
- Tlakové ztráty [kPa]
Varianta B: Rekuperace z odpadního vzduchu
- Křížový rekuperátor
- Předehřev přiváděného vzduchu
Výpočty:
- Průtok vzduchu [m³/h]
- Přenesený výkon [kW]
- Účinnost výměníku [%]
- Návrhové parametry
Varianta C: Kombinovaný systém
- Kombinace variant A a B
- Synergické efekty
- Celková účinnost
3.3 Dimenzování komponent
Pro vybranou variantu určete:
- Hlavní rozměry výměníku
- Průměry potrubí
- Výkon čerpadel
- Parametry regulace
- Akumulační nádrž (objem, izolace)
4. Ekonomická analýza (15% hodnocení)
4.1 Investiční náklady
Sestavte rozpočet obsahující:
- Výměník tepla: [Kč]
- Potrubí a armatury: [Kč]
- Čerpadla a regulace: [Kč]
- Montáž a uvedení do provozu: [Kč]
- Projektová dokumentace: [Kč]
- Celkem investice: [Kč]
4.2 Provozní úspory
Vypočítejte:
- Roční úspora energie [kWh/rok]
- Finanční úspora [Kč/rok]
- Snížení emisí CO₂ [t/rok]
- Úspora vody (pokud relevantní) [m³/rok]
4.3 Ekonomické vyhodnocení
- Prostá doba návratnosti [roky]
- Diskontovaná doba návratnosti (i = 4%)
- NPV za 10 let provozu
- IRR projektu
- Citlivostní analýza (ceny energií ±30%)
Výstupy projektu
1. Technická zpráva (12-18 stran)
Povinná struktura:
- Titulní strana
- Abstrakt (max. 200 slov)
- Obsah
- Seznam použitých symbolů a zkratek
- Úvod (motivace, cíle)
- Analýza současného stavu
- Popis jídelny
- Energetické toky
- Identifikace potenciálu
- Návrh řešení
- Varianty řešení
- Výpočty
- Výběr optimální varianty
- Ekonomické zhodnocení
- Environmentální přínosy
- Diskuze a doporučení
- Závěr
- Literatura (min. 12 zdrojů)
- Přílohy
- Výpočtové tabulky
- Technické výkresy
- Katalogové listy
2. Prezentace pro vedení školy
- Formát: PowerPoint/Google Slides
- Délka: 15 minut + diskuze
Obsah:
- Současná situace a problémy
- Navrhované řešení (vizualizace)
- Technické parametry
- Ekonomické přínosy (grafy)
- Environmentální aspekty
- Realizační plán
- Závěry a doporučení
3. Informační poster
- Formát: A1 (594 × 841 mm)
Obsah:
- Schéma systému rekuperace
- Klíčová čísla (úspory, návratnost)
- Infografika s přínosy
- QR kód na detailní zprávu
Hodnotící kritéria
Bodové hodnocení (100 bodů)
| Kritérium |
Body |
Popis |
| Analýza současného stavu |
25 |
Úplnost dat, správnost bilance |
| Technická rešerše |
25 |
Kvalita zdrojů, relevance informací |
| Výpočty a návrh |
35 |
Správnost výpočtů, reálnost návrhu |
| Ekonomická analýza |
15 |
Komplexnost, správnost metod |
Bonusové body (max. 10)
- Kontakt s dodavatelem/výrobcem: +3 body
- Konzultace s provozovatelem jídelny: +2 body
- 3D model/vizualizace řešení: +3 body
- Návrh pilotního projektu: +2 body
Časový harmonogram
| Fáze |
Týdny |
Činnost |
Kontrolní bod |
| I. Příprava |
1-2 |
Studium zadání, tvorba týmů |
Registrace |
| II. Analýza |
3-5 |
Sběr dat o jídelně, měření |
Data report |
| III. Rešerše |
6-8 |
Studium technologií |
Rešeršní zpráva |
| IV. Návrh |
9-11 |
Výpočty, dimenzování |
Technický návrh |
| V. Ekonomika |
12-13 |
Ekonomická analýza |
Finanční model |
| VI. Finalizace |
14-15 |
Zpráva, prezentace, poster |
Finální dokumenty |
| VII. Prezentace |
16 |
Obhajoby projektů |
Prezentace |
Doporučené zdroje
Odborná literatura
- JÍCHA, M.: Přenos tepla a látky. Brno: VUT, 2019
- NOVÝ, R. a kol.: Technika prostředí. Praha: ČVUT, 2018
- Směrnice 2012/27/EU o energetické účinnosti
- ČSN 06 0320 - Tepelné soustavy v budovách
Online zdroje
- www.tzb-info.cz - sekce Vytápění a Úspory energie
- www.mpo-efekt.cz - dotační programy
- www.svn.cz - Svaz výrobců nerezového nádobí (gastro)
- www.rehau.cz - systémy rekuperace
Výpočtové nástroje
- Excel/Google Sheets pro výpočty
- www.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty
- CAD software pro schémata (AutoCAD, SketchUp)
Katalogy a ceníky
- Alfa Laval - deskové výměníky
- Secespol - trubkové výměníky
- Atrea, Mandík - rekuperační jednotky
- Grundfos, Wilo - čerpadla
Praktické tipy
Doporučení pro úspěch
- Reálná data: Snažte se získat skutečné údaje z vaší jídelny
- Konzultace: Využijte znalostí kuchařek a údržby
- Systematičnost: Veďte si průběžně dokumentaci
- Kontrola jednotek: Pozor na kW vs. kWh
- Vizualizace: Grafy a schémata výrazně pomohou
Časté chyby
- Nereálně vysoká účinnost rekuperace (max. 70-80%)
- Zanedbání tlakových ztrát
- Chybějící náklady na údržbu
- Podcenění instalačních nákladů
- Špatný převod jednotek
Inspirace
- Projekt "Zelená škola" - úspory energie
- Gastro veletrhy - novinky v technologiích
- Energetické audity podobných zařízení
Konzultace
Konzultace
- Online konzultace: MS Teams (po domluvě)
- Email: kilkovsky.s@seznam.cz
Specialisté (po domluvě)
- Energetický auditor
- Projektant TZB
- Zástupce dodavatele technologií
Poznámka o bezpečnosti
Při případné návštěvě kuchyně dodržujte:
- Hygienické předpisy
- Bezpečnostní pokyny personálu
- Zákaz vstupu během přípravy jídel
- Fotografování pouze se souhlasem