Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Obnovený Libušín vytápí tepelná čerpadla

Rekonstrukce vyhořelé národní památky, útulny Libušín na Pustevnách, vstoupila do posledního roku realizace. Článek je zaměřen na rekonstrukci soustavy vytápění, která je založena na tepelných čerpadlech země-voda značky Vaillant.

Každý, kdo miluje hory, romantiku a krásu dřevěných staveb, musel být velmi smutný poté, co v březnu roku 2014 vyhořela legendární horská turistická chata - útulna Libušín na Pustevnách v Beskydech. Název Pustevny má počátek v polovině 18. století, kdy byla nedaleko první dřevěné radhošťské kaple zřízena poustevna. Odvozený název Pustevny se následně vžil. Práce na architektonickém návrhu Libušína ve stylu lidové secese zahájil Dušan Jurkovič na zakázku Pohorské jednoty Radhošť v roce 1897 a dne 6. srpna 1899 byl Libušín slavnostně otevřen společně i se sousední chatou Maměnka. Krása Libušína nespočívala jen v unikátní architektuře, umění tesařů a truhlářů, ale i v barevné a obrazové výzdobě, na které se nepřímo podílel i Mikoláš Aleš. Podle jeho kreseb boha Radegasta, portáše Stavinohy a dvou zbojníků, interiéry vymaloval akademický malíř Karel Štapfer. Název Libušín byl zvolen k poctě české kněžny Libuše. K unikátům interiéru patřily tři secesní lustry, příborník, skleník, hodiny a také 100 vyřezávaných židlí. Libušín byl v roce 1995 vyhlášen národní památkou. Více o historii na https://cs.wikipedia.org/wiki/Pustevny, https://www.vmp.cz/cs/oprava-libusina/ aj.

Obr. Část interiéru Libušína před požárem
Obr. Část interiéru Libušína před požárem

Dřevostavba a vytápění tuhými palivy, zejména dřevem, mají hodně společného a v chladnějším a vlhčím horském prostředí i příjemného. Bohužel oheň nerozlišuje mezi dřevem určeným ke spálení v kamnech a dřevem v konstrukci budovy a když nejsou dodrženy ověřené zásady, jak zacházet s kamny, jak pečovat o komín, tak může dojít k nehodě. Požár dne 3. března 2014 z velké části zničil tuto unikátní stavbu a jako takový se stal i vážným varováním pro majitele a provozovatele dřevostaveb, a také revizní techniky spalinových cest, aby svou práci prováděli odpovědně.

Základní údaje

Investor:Valašské muzeum v přírodě v Rožnově pod Radhoštěm
Generální projektant:Ateliér Masák & Partner s.r.o.
Autor návrhu:Ateliér Masák&Partner, Ing. arch. Jakub Masák, Ing. arch. Jaroslav Svěrek
Hlavní inženýr projektu:Ateliér Masák&Partner, Václav Jankovský, DiS.
Zpracovatel dílčí části projektové dokumentace:METROPROJEKT Praha a.s., Ing. Jakub Huml
Hlavní zhotovitel:Archatt s.r.o.
Zhotovitel topenářské části:HOT energy s.r.o.
Termín dokončení:říjen 2019
Obr. Pro obnovený Libušín zajistí teplo dvě tepelná čerpadla země-voda typu Vaillant geoTHERM VWS (Foto: Hodboď, březen 2019, v době stavby)
Obr. Pro obnovený Libušín zajistí teplo dvě tepelná čerpadla země-voda typu Vaillant geoTHERM VWS (Foto: Hodboď, březen 2019, v době stavby)

Základní parametry

Tepelné ztráty Libušína po rekonstrukci byly vypočítány podle ČSN EN 12831 s uvážením teplot požadovaných v jednotlivých místnostech. Části stavebních konstrukcí objektu, které se zachovaly a ani ty, které nahrazují nové, z hlediska tepelně-technických vlastností nevyhovují ČSN 730540 v platném znění z 10/2011 s výjimkou nové stěny varny a zateplených stropů a střech. V případě Libušína, chráněné památky, limity nemusí být dodrženy.

Zdroj tepla:

pro vytápění (tepelná ztráta, zdroj tepla el. přímotopy):QUTP = 11,1 kW
pro ohřev větracího vzduchu: QVZT = 24,7 kW
pro přípravu teplé vody (TV): QTV = 15 kW
Z toho určen výkon tepelných čerpadel:QUTTČ = 50,1 kW

Roční potřeba tepla:

pro vytápění (zdroj tepla tep. čerpadla): EUTTČ = 105 MWh/rok = 378 GJ/rok
pro vytápění (zdroj tepla el. přímotopy): EUTP = 5,3 MWh/rok = 19 GJ/rok
pro ohřev větracího vzduchu: EVZT = 28 MWh/rok = 101 GJ/rok
pro TV (dle TNI 730302): ETV = 31 MWh/rok = 112 GJ/rok
CELKEM E = 610 GJ/rok
z toho celkem z tepelných čerpadel E = 591 GJ/rok

Tepelná čerpadla

Jako hlavní zdroj tepla je použita dvojice tepelných čerpadel (TČ) typu země-voda Vaillant geoTHERM VWS o výkonu 42,8 kW při B0/W35. TČ jsou umístěna v technické místnosti v 1. podzemním podlaží.

Nízkopotenciálním zdrojem tepla pro TČ je nemrznoucí kapalina cirkulující v soustavě 12 zemních vrtů o hloubce po 150 metrech. Doplňkovým zdrojem tepla je elektrický kotel o výkonu 45 kW, jehož použití připadá v úvahu jen při extrémních mrazech a na konci otopného období, neboť zemní vrty jsou stabilním primárním zdrojem tepla nezávislým na venkovním klimatu.

Dále na otázky odpovídá Ing. Tomáš Fránek, ředitel firmy HOT-ENEGY s.r.o., která byla vybrána k realizaci topenářské části rekonstrukce, jejíž celý název je „Obnova objektu národní kulturní památky areál Pustevny, objekt Libušína s restauračním provozem a bytem správce“.

Josef Hodboď, TZB-info:
Jaké argumenty podle Vás hovořily pro volbu tepelných čerpadel země-voda, byť tento typ TČ již byl zadán v projektu?

Tomáš Fránek:
Volba tepelných čerpadel země-voda vycházela jednak z nedostatečné kapacity stávající elektrické sítě a také z potřeby získat pro Libušín ekologický a energeticky efektivní tepelný zdroj. Jediný typ tepelného zdroje, který splňuje tato kritéria, je tepelné čerpadlo. A díky klimatickým poměrům na Pustevnách byla projektantem zvolena tepelná čerpadla země-voda s odběrem tepla z geotermálních vrtů. Tato volba se už v letošní zimě 2018/2019 ukázala jako správná. V prosinci napadla sněhová vrstva místy až 2 metry vysoká a takové sněhové podmínky by vyřadily z činnosti každé vzduchové tepelné čerpadlo.

A navíc, i přes největší technický pokrok, by měla vzduchová TČ trvale sníženou energetickou efektivitu vzhledem k nízkým teplotám vzduchu v horském prostředí Pusteven. Příznivým faktem je i to, jak všichni výrobci tepelných čerpadel uvádějí, že životnost vzduchových čerpadel je zhruba o 25% kratší než zemních.

Josef Hodboď, TZB-info:
Rozhodnutí pro tepelná čerpadla země-voda není možné udělat bez znalosti podmínek zemského podloží. Znali jste je?

Tomáš Fránek:
Obvykle se u tepelných čerpadel vyšších výkonů provádí zkušební vrt, jehož úkolem je stanovit tepelnou vodivost horninového prostředí v dané lokalitě a současně se tímto způsobem ověří místní geologické a hydrogeologické podmínky. Tuto část dodávek zajišťujeme pro investora vždy s našimi ověřenými partnery - specialisty v oboru.

Před zahájením stavby byl zpracován geologický posudek, takže odpověď na otázku je ano, znali jsme podloží. Jenže, o zdejší lokalitě je známo, že morfologie podloží je složitá, připomínající krasové oblasti. Jsou zde pukliny, které velmi výrazně komplikují vrtání tím, že jimi uniká voda, používaná při vrtání a sloužící i k chlazení vrtné korunky. Takže jsme se zde setkali s místy, kdy se v průběhu vrtání ztratil výplach a současně byl vrtný nástroj v místě velmi tvrdé horniny s vysokým podílem křemene. To znamenalo velmi pomalý postup vrtných prací, pro představu asi 5 cm za hodinu a současně enormně velkou spotřebu drahých vrtných korunek. Zkušebním vrtem a následným měřením teplotní odezvy pak byl stanoven celkový rozsah vrtných prací. Celková délka vrtů dosáhla 1800 metrů, a počítá se s měrným výkonem okolo 27,8 W/m vrtu.

Obr. Vrtaři si museli poradit nejen se složitými geologickými podmínkami, ale i se svažitostí terénu. V pozadí, obklopen lešením, obnovovaný objekt Libušín. (Foto: Fránek, léto 2018)
Obr. Vrtaři si museli poradit nejen se složitými geologickými podmínkami, ale i se svažitostí terénu. V pozadí, obklopen lešením, obnovovaný objekt Libušín. (Foto: Fránek, léto 2018)
Obr. Nejvzdálenější šachta Š1, na kterou jsou napojeny 4 vrty (zelená potrubí) a společné páteřní potrubí (modré) směřující k šachtě Š2. (Foto: Fránek, léto 2018)
Obr. Nejvzdálenější šachta Š1, na kterou jsou napojeny 4 vrty (zelená potrubí) a společné páteřní potrubí (modré) směřující k šachtě Š2. (Foto: Fránek, léto 2018)

Josef Hodboď, TZB-info:
Jak jste postupovali při volbě výstroje vrtů a propojovacích potrubí?

Tomáš Fránek:
Při řešení této otázky jsme nekompromisní a zásadně volíme osvědčené řešení s velkou zárukou. V daném případě jsme použili pro každý vrt zemní sondu PE-RC STRONG 4x d32 x 3,0 mm se zesílenou hlavou GEOTWIN a zvýšenou odolností proti poškození.

U vrtu se musí počítat se zárukou provozu na desítky let. Záruka na uvedené sondy je 10 let a jejich předpokládaná životnost je až 100 let.

Vrty jsou vzhledem k výškovým rozdílům v terénu rozděleny na dvě větve, sdruženy do sběrných šachtic a páteřním vedením pak jdou do strojovny.


Obr. Šedou barvou je zvýrazněn půdorys objektu Libušín, červené linky jsou spojovací potrubí mezi jednotlivými vrty a šachtami a oranžovou barvou je označeno páteřní potrubí od nejvzdálenější šachty Š1 k bližší šachtě Š2 a dále do technické místnosti v objektu. Při návrhu potrubní sítě bylo nutné respektovat vertikální rozdíly okolního terénu, tedy i zhlaví vrtů. (autor - HOT-ENERGY s.r.o., GREEN GAS a.s. a ARTEG s.r.o.)
Obr. Šedou barvou je zvýrazněn půdorys objektu Libušín, červené linky jsou spojovací potrubí mezi jednotlivými vrty a šachtami a oranžovou barvou je označeno páteřní potrubí od nejvzdálenější šachty Š1 k bližší šachtě Š2 a dále do technické místnosti v objektu. Při návrhu potrubní sítě bylo nutné respektovat vertikální rozdíly okolního terénu, tedy i zhlaví vrtů. (autor - HOT-ENERGY s.r.o., GREEN GAS a.s. a ARTEG s.r.o.)

Zdroj tepla, otopná soustava, vzduchotechnika

Z akumulační nádoby AN natápěné tepelnými čerpadly je otopná voda přiváděna do rozdělovače s pěti okruhy, čtyři pro otopnou soustavu a jeden pro vzduchotechniku. Za AN, ale ještě před rozdělovačem, je šestý okruh vedoucí na trubkový výměník zajišťující přípravu teplé vody v nepřímo-ohřívaném zásobníku. Na patě každého ze čtyř okruhů pro vytápění (byt, šatny, jídelna, krčma) je osazeno oběhové čerpadlo s elektronickou regulací otáček a trojcestný směšovací ventil pro regulaci teploty otopné vody. Na patě pátého okruhu pro VZT jednotku je čerpadlo s elektronickou regulací otáček. V tomto okruhu trojcestný ventil není, protože teplota otopné vody pro vzduchotechnickou jednotku bude vždy nejvyšší, která se bude udržovat v AN).

Okruhy pro vytápění

Okruhy pro vytápění mají nízkoteplotní výpočtový teplotní spád 55/45 ºC, který je v každém okruhu individuálně regulován pomocí trojcestného směšovacího ventilu na požadovanou teplotu podle ekvitermní křivky. Čidlo venkovní teploty je umístěno na severní fasádě mimo oblast ovlivněnou okny nebo jinými zdroji tepla a je mimo přímý sluneční osvit. Rozvodné potrubí je z mědi.

Okruh Jídelna

Po dokončení bude obsahovat ocelová trubková žebrovaná tělesa ISAN napojená na rozvod přes uzavírací kohout a regulační šroubení a svěrná šroubení pro měděné trubky. Na OT budou osazeny pouze ruční uzavírací armatury; regulace jednotlivých místností (sekcí) je pomocí regulačních a vyvažovacích ventilů s elektrickými pohony osazenými na přívodním potrubí do každé sekce (umístění ventilů a el. pohonů je sdruženě v místě obsluhy, tj. výčep).

Okruh Šatny

Po dokončení bude obsahovat litinová článková tělesa v historizujícím provedení Bohemia fy Viadrus, která budou na potrubní rozvod napojena přes termostatický radiátorový ventil a regulační šroubení a svěrná šroubení pro měděné trubky. Regulace teploty v jednotlivých místnostech je pomocí termostatických ventilů s hlavicemi.

Okruh Krčma

V tomto okruhu budou ocelová trubková žebrovaná tělesa Isan (krčma), resp. litinová článková tělesa typ Kalor fy Viadrus (WC, sklad), respektive historizující litinová článková tělesa typ Bohemia. Na OT jsou osazeny pouze ruční uzavírací armatury; regulace jednotlivých místností (sekcí) je pomocí regulačních a vyvažovacích ventilů s el. pohony osazených na přívodním potrubí do každé sekce (umístění ventilů a el. pohonů je sdruženě v místě obsluhy (výčep)).

Okruh Byt

Byt správce bude obsahovat litinová článková tělesa typ Bohemia fy Viadrus. Regulace teploty v jednotlivých místnostech je pomocí termostatických ventilů s hlavicemi.

Příprava teplé vody (TV)

Teplá voda je připravována centrálně pomocí nepřímo-ohřívaného zásobníku o objemu 390 l s rozšířenou přestupní plochou trubkového výměníku, protože zdroj tepla je nízkoteplotní. Výhodou je schopnost instalovaných tepelných čerpadel pracovat s výstupní teplotou až 62 °C. Zásobník je umístěn v technické místnosti. Cirkulace bude nucená pomocí cirkulačního čerpadla.

Obr. 3D schéma uspořádání technické místnosti. V pozadí dvě tepelná čerpadla Vaillant typu geoTHERM VWS stojící na podlaze. Vlevo od nich válcový akumulační vyrovnávací zásobník pro okruhy vytápění. Vpravo zády ke stěně elektrokotel a pod ním expanzní nádoba primárního okruhu tepelných čerpadel se nemrznoucí kapalinou. Blíže od nich stojí  válcový zásobník pro přípravu teplé vody, jehož trubkový výměník je napojený přímo na výstupy z akumulačního vyrovnávacího zásobníku. Před ním je ještě expanzní nádoba otopné soustavy. Zcela vlevo rozdělovač s pěti okruhy, z toho čtyři se směšovacím ventilem pro vytápění a jeden bez směšovacího ventilu pro VZT. (autor METROPROJEKT Praha a.s., Ing. Jakub Huml)
Obr. 3D schéma uspořádání technické místnosti. V pozadí dvě tepelná čerpadla Vaillant typu geoTHERM VWS stojící na podlaze. Vlevo od nich válcový akumulační vyrovnávací zásobník pro okruhy vytápění. Vpravo zády ke stěně elektrokotel a pod ním expanzní nádoba primárního okruhu tepelných čerpadel se nemrznoucí kapalinou. Blíže od nich stojí válcový zásobník pro přípravu teplé vody, jehož trubkový výměník je napojený přímo na výstupy z akumulačního vyrovnávacího zásobníku. Před ním je ještě expanzní nádoba otopné soustavy. Zcela vlevo rozdělovač s pěti okruhy, z toho čtyři se směšovacím ventilem pro vytápění a jeden bez směšovacího ventilu pro VZT. (autor METROPROJEKT Praha a.s., Ing. Jakub Huml)

Josef Hodboď, TZB-info:
Měli jste nějaké problémy s umístěním zařízení v technické místnosti?

Tomáš Fránek:
Velkou pomoc pro realizační firmu přináší současná úroveň projektů ve 3D. Pokud projektant vše správně zaměří, ušetří spoustu času a minimalizuje riziko chyb. V tomto směru jsme se při instalaci mohli plně řídit projektem i přes velmi stísněný prostor. Výběr tepelných čerpadel a všech dalších prvků byl proveden i s ohledem na možnosti manipulace s nimi v daném prostoru. Díky dosavadní výborné spolupráci se zhotovitelem Archatt s.r.o. jsme prakticky neměli žádný problém.

Josef Hodboď, TZB-info:
Koncem března 2019, přibližně půl roku před plánovaným otevřením Libušína pro veřejnost, jsou v okolí jsou ještě zbytky sněhu, objekt není zcela dokončen, ale tepelná čerpadla jsou již v provozu. To bylo plánováno?

Tomáš Fránek:
Ano, nepřímo to vyplývá z požadavku investora, Valašského muzea v přírodě v Rožnově pod Radhoštěm. Konkrétně termínu dokončení stavby. A přímo pak z požadavku zhotovitele.

Pro plynulý průběh prací v interiéru objektu nesmí vnitřní teplota klesnout pod +5 ºC. Po dohodě se zhotovitelem jsme zabezpečili temperování objektu tepelnými čerpadly již během letošní zimy. Řada dokončovacích prací je vzhledem k jejich uměleckému a rukodělnému charakteru velmi náročná na čas, nelze je automatizovat, ani urychlit. Provizorně jsme umístili v rekonstruovaných prostorách běžná desková teplovodní otopná tělesa na konzolách, propojili je flexibilními hadicemi a teplo pro ně vyrábí již instalovaná tepelná čerpadla. Tento způsob je navíc i finančně výhodnější a bezpečný, oproti použití jiných, přímotopných stavebních zdrojů tepla.

Pro nás je tento částečný provoz v podstatě i výhoda, neboť si ověřujeme činnost tepelných čerpadel, regulace, částečně i prvků soustavy. Po dokončení prací v interiéru, bude jako jedna z posledních etap stavby dokončena topná soustava. Funkčnost zdroje tepla tak je ověřena s ročním předstihem.

Obr. Každé TČ má vlastní primární okruh s čerpadlem napojený na společný páteřní rozvod. (Foto: Hodboď, březen 2019, v době stavby)
Obr. Každé TČ má vlastní primární okruh s čerpadlem napojený na společný páteřní rozvod. (Foto: Hodboď, březen 2019, v době stavby)

Josef Hodboď, TZB-info:
Jak je zapojena regulace tepelných čerpadel?

Tomáš Fránek:
Pokud se ptáte na vnitřní řídící systém tepelných čerpadel Vaillant, pak se bavíme o jednom z nejlépe zpracovaných systémů, který je s pověstnou německou precizností zaměřen na minimalizaci provozních nákladů, současně s ohledem na plynulost provozu kompresoru a dlouhou životnost všech prvků v tepelných čerpadlech Vaillant. Proto také výrobce Vaillant poskytuje nejdelší záruční doby na tepelná čerpadla, jaké znám.

Ptáte-li se na řídicí systém budovy, tak ten zahrnuje rozvod tepla topnou soustavou pomocí nadřazeného řídicího systému MaR v závislosti na požadavcích jednotlivých otopných okruhů.

Josef Hodboď, TZB-info:
Příčinou požáru Libušína bylo vytápění pevnými palivy, respektive chyba na spalinové cestě. Bude vytápění Libušína závislé jen na tepelných čerpadlech?

Tomáš Fránek:
Budoucí návštěvníci se mohu těšit v obou jídelnách na repliky původních krásných kachlových kamen, která budou dotvářet příjemnou atmosféru každé místnosti a současně i dotápět vnitřní prostory.

Celková koncepce zdroje tepla je vnímána jako ekologický a maximálně úsporný systém s minimálními nároky na údržbu. A náš přístup ke každé zakázce se řídí firemním mottem: “Nejlepší servisní technik je ten, kterého jste nikdy nepoznali”.

Josef Hodboď, TZB-info:
Děkujeme za poskytnuté informace.

Dne 18.05.2019 upřesněno znění článku týkající se záruky na zemní sondu