Proč dostaly „zelenou“ geotermální vrty s tepelnými čerpadly? Jak probíhaly přípravné a projektové práce, jak probíhala samotná realizace systému? Odpovědi najdete v tomto článku.
Studie proveditelnosti jako podklad pro rozhodnutí
Investor zastoupený hlavním projektantem stavby zvažoval před projektovým řízením možnost využití alternativního zdroje tepla/chladu v podobě tepelných čerpadel. V té době byla k projektu přizvána společnost GEROtop, která nabídla možnost zpracování studie, která bude prezentovat proveditelnost, výhody/nevýhody a ekonomickou návratnost tohoto systému. Tepelná čerpadla s vrty byla porovnávána s konzervativním řešením v podobě plynové kotelny a výrobníku chladu (chillerem). Koncem roku 2014 byla odevzdána studie, jejíž závěry byly pro využití tepelných čerpadel velmi pozitivní. Tepelná čerpadla s geotermálními vrty by se dle odborných úvah a propočtů měli ekonomicky „splatit“ vůči konzervativnímu řešení již za 8 let provozu a následně každoročně uspořit až polovinu provozních nákladů konzervativního řešení což je částka pohybující se v rozsahu 350 – 400 000 Kč dle ceny za energie v daném roce. Pro geotermální vrty na této akci však nehrál pouze ekonomický aspekt. Celá hala je provedena ve tvaru „velké vzducholodi“ s oblými liniemi bez rušících výstupů skrz fasádu. Po stránce architektonické tak bylo umístění odkouření plynové kotelny a zároveň chladicích jednotek velice složité. Zdroj v podobě tepelných čerpadel s vrty je zde i po této stránce velmi dobrou volbou, neboť jde o jedno zařízení, které je schopno vytápět i chladit a zároveň nijak neruší design architektů.
Graf prosté návratnosti systému tepelných čerpadel vůči plynové kotelně s výrobníky chladu
Průzkum – měření tepelně technických parametrů podloží metodou TRT
Studie doporučila před zahájením projektových prací zhotovit pilotní průzkumný vrt pro tepelné čerpadlo a následně jej měřit metodou TRT (thermal response test). Zkušební vrt s měřením sice znamená určité náklady ještě před samotnou realizací díla, vždy však vede k bezpečnému dimenzování systému a zpravidla vede k ponížení původně uvažované metráže vrtů a tím pádem i ceny díla. Tento vrt je po provedeném měření dokonce zapojen do systému jako jeho plnohodnotná část, náklady jsou tak redukovány pouze na samotné měření a vyhodnocení. Průzkumný vrt byl geodety přesně vytyčen s ohledem na koordinaci stavebních projektantů, statiků a ostatních profesí tak, aby nebyl v kolizi a bylo možné jej do systému zapojit. Vzhledem k plánovanému umístění vrtů pod objektem byla přesná poloha tohoto vrtu velmi důležitá. Výsledky měření ukázaly velice příznivé podmínky pro „čerpání“ energie a byly následně použity v projektové fázi při dimenzování systému.
Systémový prostup KRASO Multisystem s návazností na hydroizolaci stavby
Technické řešení, projektová fáze, realizace
Po provedeném průzkumu následovalo samotné projektování systému, které již ve fázi stavebního povolení řešilo veškeré koordinace mezi stavebním řešením, statikou a samozřejmě projektem vytápění. Vrty pod objektem bylo nutné umístit zejména s ohledem na zesílené a velmi zatížené okrajové části základů haly. V rámci projektu vrtů pro územní rozhodnutí a stavební povolení bylo záměrně počítáno s hlubšími vrty (veškeré vrty zde byly projektovány na 150 m) ačkoli se předpokládalo jejich možné ponížení. V této fázi projektu totiž ještě nebyly známy konečné energetické bilance. Případné navýšení spotřeb energie v navazujícím realizačním projektu by mohlo znamenat navýšení metráže vrtů a tím pádem zdržení celého projektu změnou stavebního povolení. Konečná metráž vrtů tak byla navržena až v realizační dokumentaci stavby, kdy již byl systém vytápění a chlazení přesně navržen a spočítán.
Systém zdroje tepla/chladu je tvořen kaskádou dvou tepelných čerpadel o součtovém výkonu cca 130 kW, které jsou uloženy na sobě a zabírají tak minimální půdorysnou plochu. Tepelná čerpadla jsou umístěna ve strojovně vytápění a VZT, která je situována ve 2. NP při okraji haly. K propojení systému vytápění/chlazení se zdrojem jsou použity dvě akumulační nádrže, každá o objemu 1000 l. Jedna slouží jako anuloid na primárním okruhu vrtů – tedy na studené straně TČ a zároveň slouží jako akumulace chladu pro VZT chladič. Ta druhá je naopak na straně teplé a slouží jako akumulační nádrž pro vytápění, které je zde řešeno nízko teplotním podlahovým okruhem, tělesy a VZT. Systém je rovněž schopen pracovat v režimu pasivního chlazení, kdy pro výrobu chladu postačí pouze příkon oběhového čerpadla na straně vrtů. Tento režim bude využíván zejména v jarních měsících, kdy je již potřeba chladit a vrtné pole je po zimním období vychladlé. Jakmile stoupne teplota z vrtů nad předepsanou mez, spustí se chlazení aktivní – strojní za pomoci tepelných čerpadel. Při tomto režimu je studená část TČ využívána pro vychlazení akumulace chladu. Teplá část technologie v tu chvíli vyrábí „odpadní teplo“, kterým jsou nejprve ohřáty zásobníky teplé vody, poté akumulační nádrž vytápění, a poté samotné vrty, které se tím cíleně regenerují pro zimní období.
Atypický rozdělovač GEROtherm BASIC pro sloučení jednotlivých vrtů pod základovou deskou
Primární okruh pro TČ tvoří jeden pilotní průzkumný vrt o hloubce 150 m a dalších 23 vrtů o hloubce 112 m, které byly nadimenzovány s ohledem na výsledky měření TRT a bilancí tepla/chladu. Veškeré vrty jsou vystrojeny dvouokruhovou geotermální sondou GEROtherm dimenze 4 x d32 x 3,0 mm z materiálu PE 100 RC a důkladně injektovány pro zajištění správného přenosu tepla a ochrany podzemních vod.
Systém vrtů je sdružen do jedné podzemní monolitické sběrné jímky, ve které je umístěn atypický, na míru vyrobený rozdělovač/sběrač GEROtherm BASIC, který byl dodán společně s dílenskou dokumentací. Pro velké množství potrubí (48 ks trubek o průměru d = 40 mm) prostupující tělem monolitické šachty byla již při betonáži vložena do bednění příprava, a sice dvojice systémových Multipažnic KRASO, které přesně navazují na rozteče rozdělovačů. Tento těsnicí prvek má přímou návaznost na hydroizolaci stavby a prostupující potrubí je tak i díky těsnicím vložkám v pažnicích dokonale izolováno od podzemní vody, vlhkosti i radonu. Umístěním sběrné jímky pod základovou desku byl elegantně ušetřen velký prostor, který byl použit pro sociální zázemí sportovní haly.
Provoz objektu, shrnutí
Provoz objektu byl zahájen teprve koncem loňského roku. Provozovatel má za sebou první zimní období, při kterém dle svých slov bylo tepla dostatek a systém pracoval bez větších problémů. Stále se pracuje na optimalizaci chodu zařízení pomocí Mar, pomocí které bude např. možné sledovat teploty na vstupu i výstupu z vrtů. Data z reálného provozu tak budou k dispozici a bude možné je někdy příště touto formou prezentovat.
Článek představuje v poslední době velmi častou a velmi efektivní aplikaci geotermálních vrtů u větších objektů, a sice systém umístění vrtů bezprostředně pod samotnou stavbou, které slouží pro vytápění i chlazení navrženého objektu. Kombinovaným režimem vytápění/chlazení pomocí vrtů docílíme do jisté míry akumulační způsob využití vrtů se střídavým zahříváním a ochlazováním vrtů dle ročního období. Tento způsob využití značně zefektivňuje návrh co do metráže vrtů a tím pádem i ceny. Umístěním vrtů pod objekt zase nijak nenavyšujeme rozměr zastavěné plochy a „nevyužitý“ prostor pod samotnou stavbou získá svoji důležitou funkci a přínos.
Nová hala v Dolních Břežanech se díky tomuto zdroji stává supermoderní stavbou nejen po stránce designu a stavebního řešení, ale také svým efektivním, ekonomickým a v neposlední řadě ekologickým zdrojem tepla/chladu.
Tento článek vznikl za podpory správce majetku Dolních Břežan pana Veselého a spravovatele systému Mar pana Soukupa, kterým patří mé poděkování.
autor: Vedoucí oddělení projekce
Ing. Pavel Dědina; GEROtop spol. s r.o.
Kaskáda dvou tepelných čerpadel umístěných na sobě o součtovém výkonu cca 130 kW
