Univerzita topí laserem a chladí zemními vrty
Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze v roce 2012 zavedla nový systém vytápění a chlazení budov v ulici Ke Karlovu. V následujících letech klesla roční spotřeba vody na desetinu a spotřeba plynu na 46 %. Návratnost systému bude kratší než šest let.
Budovy Matematicko-fyzikální fakulty v ulici Ke Karlovu v Praze 2 jsou zajímavé nejen svou historií a tradicí, ale také množstvím nejrůznější technologie a laboratorních přístrojů, které se v nich nacházejí. Počínaje výkonnými lasery a mikroskopy konče. Většina těchto přístrojů vyžaduje chlazení o velkém výkonu. V minulosti byly přístroje chlazeny splity s kondenzačními jednotkami umístěnými na fasádách obou budov nebo vodou z vodovodního řádu a ohřátá odpadní voda byla odváděna do kanalizace. Se zvyšujícími se cenami vody se stal tento způsob neúnosný a vedení fakulty hledalo způsob, jak chladit levněji a pokud možno využít tepelnou energii obsaženou v odpadní vodě.
Jako logické se jevilo vybudování centrálního chladicího okruhu. Zdrojem chladu a tepla se staly velké zahrady nad Albertovem, které patří MFF UK. Zemní teplo se využívá pro vytápění budov a v případě přebytku se teplo naopak ukládá zpět do země a vrty se tak regenerují. Ochlazená voda vniklá odebráním tepla se pak využívá jako chladicí médium v centrálním chladicím okruhu.
Geotermální čerpadla a dosažené úspory
Instalovaná tepelná čerpadla byla uvedena do provozu v roce 2012 a v současnosti mají za sebou takřka pět let provozu. Už v prvních měsících fungování se začaly porovnávat předpokládané a skutečné spotřeby energií a provozní úspory. V I.Q 2013 bylo dosaženo úspor ve spotřebě plynu pro vytápění 26 % a studené vody 3000 m3. Z výsledků hospodaření Matematicko-fyzikální fakulty UK v Praze lze vysledovat, že po instalaci tepelných čerpadel v roce 2012 poklesly náklady na spotřebu energie ve výši zhruba 5 mil. Kč ročně oproti době před instalací tepelných čerpadel. Fakulta za energie platí méně zhruba o 5 mil. Kč ročně.
Technologie strojovny tepelných čerpadel
Původním zdrojem tepla pro obě budovy byla plynová kotelna o výkonu 1360 kW. Vybudovaný bivalentní zdroj tepla sestává z této plynové kotelny a nových tepelných čerpadel o celkovém výkonu 270 kW. Bod bivalence je 0 °C. Pro tuto teplotu je potřebný tepelný výkon 250 kW.
Byla instalována dvě tepelná čerpadla země/voda, každé o jmenovitém topném výkonu 135 kW a chladicím výkonu 100 kW (pro vstupní teplotu primární vody 10 °C a výstupní teplotu sekundární vody 55 °C). Tepelná čerpadla jsou zapojena paralelně do nabíjecího okruhu akumulační nádoby o objemu 3 m3. Z akumulační nádoby je topná voda čerpána do rozdělovače otopné soustavy objektu.
Technologie tepelných čerpadel pracuje ve 4 režimech: 1. vytápění bez chlazení, 2. vytápění a chlazení, 3. přirozené chlazení a 4. aktivní chlazení
Přesun vrtné techniky na spodní část zahrad pod Albertovem
Zapouštění geotermální vertikální sondy s ochranou Push
Pro regeneraci vrtného pole se využívá odpadní teplo z technologií chlazení, případně teplo vzniklé v režimu aktivního chlazení tepelnými čerpadly. V tomto režimu je pokryta potřeba centrální chladicí soustavy. V chladicím okruhu je použita akumulační nádoba o objemu 2 m3.
Systém byl kompletován se dvěma tepelnými čerpadly Viessmann Vitocal 300 – G ProSerie o výkonu 120 kW, které byly zapojeny tak, aby systém dokázal chladit v pasivním,aktivním i kombinovaném režimu. Celý systém je řízen regulátorem Tronic s vizualizací chodu a možností vzdáleného přístupu.
Problém byl velmi stísněný prostor, což vyžadovalo velmi nadstandardní přístup nejen z pohledu instalace, ale i dispozičního řešení všech potřebných součástí systému. Pro sladění technických a prostorových možností bylo nutné sáhnout i ke kompromisům, například zmenšit objem akumulační nádoby, což je kompenzováno vodním objemem otopné soustavy. Výkon a parametry výstupního média umožňují vytápět jednu budovu až do teploty –5 °C. Při nižších venkovních teplotách přebírá vytápění stávající plynová kotelna.
Kaskáda tepelných čerpadel ve strojovně technologie
Vrtná souprava v zahradách Pod Albertovem MFF UK Karlov
Řídicí systém je pomocí komunikace Ethernet připojen k nadřazenému centrálnímu dispečinku, na kterém je instalován vizualizační a bilanční software operátorského řízení.
Instalací výše popsané technologie tepelných čerpadel země/voda bylo docíleno:
- výrazného snížení spotřeby pitné vody, původně využívané pro chlazení pokusů;
- využití odpadního tepla pro regeneraci zemních vrtů (letní režim);
- využití odpadního tepla pro vytápění budovy (zimní a přechodný režim);
- postupné odstranění stávajících split/multisplit jednotek z fasády budovy.
Přáním fakulty bylo průběžně sledovat a měřit všechny hodnoty, které v daném systému lze. Proto byly provedeny další dva vrty, z nichž jeden byl zapojen do systému a druhý zůstal samostatný. Tyto dva vrty byly na pěti místech osazeny čidly, jež slouží studijním potřebám fakulty.
Počet hlubinných vrtů: 27 (z toho 2 kontrolní).
Hloubka vrtů: 135 m.
Instalovaný tepelný výkon: 270 kW.
Instalovaný chladicí výkon: 200 kW.
Řídicí systém: TRONIC 2000®.
Zkušenosti z provozu dokazují, že pro takto technicky náročnou aplikaci je bezpodmínečně nutná nejen spolupráce všech zúčastněných subjektů před realizací, během ní i poté, ale i důvěra ohledně sdíleného know-how. Investor i dodavatelské firmy si vzájemně zpřístupnily údaje o fungování systému formou aktuálních provozních dat na internetu, čímž je možné průběžně vyhodnocovat projekt včetně chování vrtných polí a energetických bilancí.
Ing. Marek Svačinka jednatel, GEROtop spol. s r.o.
Společnost GEROtop nabízí kompletní služby a produkty v oblasti primárních okruhů systému země X voda pro všechny druhy tepelných čerpadel na trhu. Ke kvalitnímu TČ patří i kvalitní příslušenství. Předejdete tak pozdějšímu zklamání a poklesu výkonu až o 100 %.
