S horkým létem i mrazivou zimou si v centrále firmy TECO poradí pouze jedno zařízení

I tak by se dalo charakterizovat řešení v podobě zemních tepelných čerpadel, která jsou výhradním zdrojem tepla a chladu pro výrobně-administrativní budovu společnosti TECO a. s. v Kolíně, která má za sebou první rok provozu. Ten potvrdil výpočty projektantů, kdy je nová budova v létě chlazena téměř zadarmo a velmi vysoká je zde také účinnost vytápění a ohřevu vody.

S horkým létem i mrazivou zimou si v centrále firmy TECO poradí pouze jedno zařízení

„Povědomí o využití technologie tepelných čerpadel s vrty v oblasti rodinných, bytových, administrativních či veřejných staveb (školy, školky, úřady, sportoviště) je dnes již známé. Díky netradičnímu využití tepelných čerpadel s vrty, které bylo použito u budovy TECO, je však nyní třeba toto povědomí rozšířit i o oblast výrobní či výrobně administrativní. I zde má totiž tato technologie značný přínos a při vhodně navržené otopné a chladicí soustavě vede k velmi efektivnímu a hospodárnému provozu. Investor či architekt plánující projekt průmyslového či výrobního objektu, ve kterém administrativní část zpravidla bývá, by měl proto i tento zdroj brát v úvahu a zamyslet se nad možnostmi kombinace efektivního vytápění s chlazením „zdarma“ v jednom zařízení,“ říká v úvodu našeho rozhovoru Ing. Pavel Dědina, vedoucí oddělení projekce ve firmě GEROtop spol. s r. o., a autor projektu geotermálních vrtů.

Ing. Pavel Dědina


Jak byste zhodnotil první rok provozu nového sídla firmy ­TECO z pohledu vytápění resp. chlazení?

Křest ohněm, i tak by se dal nazvat první rok provozu, od kterého uplynulo aktuálně jen pár týdnů. Zimní období prověřilo vrtné pole zejména v únoru, kdy byl zaznamenán rekordní počet extrémně mrazivých dnů na většině území naší republiky. I tak se nejnižší zaznamenaná teplota na výstupu z vrtného pole pohybovala kolem +9 °C, na vstupu do vrtů kolem
+4 až + 5°C. Při takovýchto teplotách na primárním okruhu je zřejmé, že průměrná roční účinnost systému pro vytápění a přípravu TV bude atakovat, možná i přesahovat hodnotu COP = 5,0. Pro pokrytí špičkového tepelného výkonu budovy (tepelné ztráty) cca 70 kW tak postačuje příkon pouze cca 14 kW elektrického proudu, zbývající energii dodávají vrty.
Letní měsíce vrtné pole také nikterak nešetřilo, ba naopak. Letošní tropické léto bylo doslova zátěžovým testem vrtného pole v režimu pasivního chlazení. Systém geotermálních vrtů se však choval velmi stabilně, a i v těch nejteplejších dnech byla teplota na výstupu z vrtného pole směřující k výměníku chlazení cca 15 – 16 °C, což bylo pro systém chlazení zcela dostačující a potvrdilo naše projekční předpoklady a simulace. Předpokládali jsme, že pro největší letní vedra s potřebou 30 kW chladicího výkonu bude nutné nakoupit 300 W elektrické energie na přímý oběh vody z vrtů chladicími stropy. Při maximálním potřebném výkonu chlazení cca 30 kW, který byl letos potřeba velmi často, však tento systém chlazení potřeboval pouhých cca 250 W pro chod oběhových čerpadel! To odpovídá účinnosti „chladicímu faktoru“ EER = cca 120, což lze v porovnání s klimatizací (splitové jednotky či jiné kompresorové chlazení s mařením tepla do vzduchu) považovat za chlazení „zdarma“.

Jak dlouho trvala projektová příprava zásobování objektu teplem a chladem? Vybírali jste s více variant?

V rámci předprojektové i projektové přípravy, která trvala cca 2 roky, bylo na stole více alternativ zásobování objektu teplem a chladem. Prvotní myšlenka konzervativního zdroje v podobě „běžné“ plynové kotelny pro zásobování teplem a klimatizací na chlazení se změnila na úvahy o energeticky efektivnějším zdroji. Tým projektantů poté hledal co možná nejvhodnější řešení s ohledem na poměr investičních a provozních nákladů, životnosti a komfortu. Zvažovaly se alternativy vzduchových tepelných čerpadel s chlazením a zemní tepelná čerpadla ve variantách energetických pilot, zemního plošného kolektoru a geotermálních vrtů, případně kombinace. S ohledem na systém vytápění téměř výhradně v nízkoteplotním spádu (podlahové vytápění) a chlazení pomocí velkoplošného systému stropního chlazení nakonec vyšla jako nejvhodnější varianta tepelných čerpadel země-voda s geotermálními vrty.
Pro zemní plošný kolektor nebyla k dispozici dostatečně velká plocha a systém by nebyl schopen efektivně pracovat v režimu pasivního chlazení, což bylo pro investora jednou z priorit. Energetické piloty zase díky většímu počtu subtilnějších a kratších pilot – daných místní geologií a konstrukcí objektu, ztrácely svoji ekonomiku s ohledem na podíl energetického pokrytí.
Zvolená varianta vrtů byla vybrána doslova za pět minut dvanáct s tím, že pro chlazení bude využito výhradně pasivní chlazení z vrtů. Tomuto zásadnímu rozhodnutí předcházely simulace vrtného pole projektanty z naší společnosti, které potvrdily maximální předpokládané teploty z vrtů v horizontu cca 13 až 16 °C s tím, že díky značné nerovnováze mezi odběrem a dodávkou energie z/do vrtů ve prospěch odběrů tepla bude teplota v dalších letech pravděpodobně nižší a nižší. Vše samozřejmě bude záležet na konkrétním způsobu užívání objektu a vývoji klima v budoucnu.


Pásová vrtací souprava provádějící vrty na akci TECO v Kolíně


Mohl byste blíže charakterizovat navržený systém vytápění a chlazení?

Jediným zdrojem tepla a chladu pro novostavbu výrobně-administrativního objektu jsou tepelná čerpadla země voda s geotermálními vrty, konkrétně kaskáda 2 tepelných čerpadel 2 x 41 kW a 12 geotermálních vrtů. Jako záložní a špičkový bivalentní zdroj byla navržena série elektrických topných spirál integrovaná do taktovací nádrže vytápění o celkovém výkonu 5 x 6 = 30 kW + integrované spirály o výkonu 9 kW v nádrži TV jako nouzový ohřev.
Geotermální vrty byly navrženy každý s hloubkou 125 m a byly vystrojeny dvouokruhovou sondou GEROtherm dimenze 4 x d32 x 3,0 mm. Vrty byly z hlediska maximálně efektivního přenosu tepla tlakově injektovány ekologicky nezávadnou termosměsí CALIDUTHERM EKO o zaručené tepelné vodivosti min.
2,0 W/mK. Použitá injektáž vrtů vedla nejen k maximalizaci výkonnosti vrtů, ale také k zamezení propojení jednotlivých vodních horizontů v podloží a k zabránění kontaminace podpovrchových vod povrchovými. Vrtné pole bylo dle situace rozděleno do dvou shodných systémů po 6 vrtech, které jsou napojeny vždy ke svému tepelnému čerpadlu. Obě tepelná čerpadla z kaskády tak mají svůj vlastní primární okruh, a provozovatel má tak možnost díky svým řídicím systémům nastavovat a optimalizovat chod celého zařízení. Vrty jsou vně objektu sloučeny pomocí 2 sběrných jímek (každá pro 6 vrtů) vybavených celoplastovou technologií rozdělovače / sběrače, která je pro životnost a trvalou funkčnost vyvažovacích armatur ve venkovním prostředí zcela zásadní. Páteřní rozvody poté spojují jednotlivé sběrné jímky s tepelnými čerpadly. Celý systém primárního okruhu je naplněn nemrznoucí kapalinou, kterou oběhová čerpadla v režimu vytápění/přípravy TV ženou na výparníky tepelných čerpadel. V režimu chlazení se spínají oběhová čerpadla pro chlazení a nemrznoucí směs proudí přes společný deskový výměník nemrznoucí kapalina / chladicí voda. Chlazení je řešeno pouze tímto způsobem – pasivně přímo z vrtů bez běhu kompresorů tepelných čerpadel. Efektivita chlazení je tak na té nejvyšší možné úrovni co do nuceného chlazení.

Jakým způsobem a pomocí jakých zařízení je zajištěno vytápění a chlazení objektu?

Aby byl koncept zdroje tepla/chladu v podobě tepelného čerpadla s vrty maximálně hospodárný, byl zvolen velkoplošný systém vytápění i chlazení. Systém distribuce tepla do objektu je tvořen zejména podlahovým vytápěním a z části konvektory (fancoily), kam tepelná čerpadla dodávají topnou vodu o teplotě 30 – 40 °C – ekvitermní řízení topné vody dle venkovní teploty. V letních měsících je interiér budovy chlazen zónově radiačními chladicími stropy a fancoily pasivně přímo z vrtů, teplotní spád chladicí vody je vždy nad teplotou kondenzace (17 - 18 °C vstup, 21 - 22 °C vratné). Serverovna je pomocí fancoilů chlazena celoročně. V budově není instalováno žádné aktivní, kompresorové chlazení, čímž se investorovi ušetřily nemalé peníze v investičních a hlavně provozních nákladech. Veškeré teplosměnné plochy systému, zejména podstropní fancoily, bylo nutné navrhnout s ohledem na chlazení „vyššími teplotami“. Pasivní chlazení pomocí vrtů však plní nejen funkci zdroje chladu v letním období, slouží také k regeneraci „ohřátí“ vrtného pole na další zimní sezónu, kdy budeme teplo zase odebírat. Zregenerované vrtné pole je v zimních měsících schopno pracovat s vyššími teplotami = větší účinnost TČ, a tak je z tohoto pohledu pasivní chlazení efektivní hned dvakrát.


Na otázku, jak provoz tepelných čerpadel s vrty hodnotí samotný investor a provozovatel, nám odpověděl Ing. Jindřich Kubec, technický ředitel společnosti TECO a. s., který říká:

„Roční zkušenosti z provozu ukázaly, že systém využívající vrty s tepelnými čerpadly pro vytápění a přímé pasivní chlazení představují jednu z nejefektivnějších možností zabezpečení komfortního prostředí v budově s velmi dobrými provozními náklady. Výhodou tohoto systému je nejen minimální energetický nárok na chlazení budovy (pro chlazení budovy běží pouze 3 oběhová čerpadla), ale také zanedbatelné energetické nároky na celoroční chlazení serverovny. Nakonec i odebraná energie serverovny se vrací do systému vytápění a vrtů. Velkým přínosem je i komfortní řešení umožňující v každé místnosti chladit nebo topit nezávisle na zbytku budovy.“

Děkujeme za rozhovor
Ing. Jiří Zahradnický

GEROtop spol. s r. o.
Ing. Pavel Dědina
tel.: 485 120 565, 777 166 837
e-mail: p.dedina@gerotop.cz
www.gerotop.cz

Vyhledávač stavebních pojmů

Nechte si zasílat měsíční newsletter

Na facebooku

NAŠI PARTNEŘI Další partneři