Zásobovanie teplom tepelným čerpadlom zem – voda

Keď sa spojí odvaha investora s dobrým návrhom, môže vzniknúť ojedinelé riešenie.

Keď chcel investor servisu MPM Auto v bratislavskej Devínskej Novej Vsi rozbehnúť podnikanie vo svojom vlastnom novom objekte, mal na stole návrh, ktorý počítal s elektrokotlom ako zdrojom tepla. Dal však na radu odborníkov a súčasný servis tak využíva tepelné čerpadlo zem – voda.

Objekt MPM auto servisu

Tepelné čerpadlo zem – voda využíva nízkopotenciálnu energiu zo zeme. Pod zemou je počas celého roka relatívne konštantná teplota a práve vďaka tomu dosahuje tento typ tepelného čerpadla dobré a stabilné výkonové koeficienty. Zároveň má dlhú životnosť a vyžaduje si len minimálnu údržbu. Využíva sa primárne na teplovodné vykurovanie a prípravu teplej vody.

Jeho najväčšou výhodou je predovšetkým lacná prevádzka a oproti iným zdrojom vykurovania sa vďaka nemu ušetria nemalé finančné prostriedky. V porovnaní s vykurovaním plynom alebo elektrinou sú náklady zvyčajne tretinové. A práve na toto stavil investor, ktorý chcel vybudovať objekt s nízkymi prevádzkovými nákladmi postavenými na dlhodobo udržateľnom a efektívnom riešení. Nezľakol sa ani vysokých vstupných investícií do zemných vrtov, ktoré bývajú najčastejšou prekážkou pri uvažovaní o tomto type tepelného čerpadla.

Tepelné čerpadlo zem – voda WPF 20 od spoločnosti Stiebel Eltron. Pomocou neho sa vykuruje, chladí a zohrieva TV

Pôvodný návrh a nová koncepcia

Investor už podnikal v tomto segmente, preto keď končil v prenajatých priestoroch a plánoval si vybudovať svoje vlastné, mal predstavu o nákladoch sprevádzajúcich tento biznis. Pôvodný návrh, čo dostal, počítal s elektrokotlom s výkonom 40 kW, s 300-litrovým zásobníkom TV a 4 ks klimatizačných jednotiek. Predpokladala sa spotreba elektrickej energie 50 MWh/rok. Táto technológia bola určená do novej budovy profesionálneho autoservisu, ktorý obsahuje dielňu (manuálny servis, klampiarske práce), lakovňu, sklad, kancelárie a zázemie pre personál na celkovej zastavanej ploche 550 m2. V budúcnosti sa bude ešte rozširovať o plochu 170 m2.

Pri novom návrhu sa prehodnotili prevádzkové náklady a dosiahlo sa riešenie, pri ktorom sa z pôvodného projektu ponechali vetracie jednotky s teplovodným výmenníkom v dielňach a vykurovacie telesá a podlahové konvektory v administratívnej časti (je tu len denná prevádzka). Klimatizácie sa nahradili fancoilmi. Z dôvodu vyššieho komfortu zamestnancov sa pri danom type prevádzky zmenila veľkosť zásobníka TV na 600 litrov. Jediná klimatizácia zostala v miestnosti so serverom, ktorá chladí aj počas vykurovacej sezóny. Podstatou návrhu však bola principiálna zmena primárneho zdroja tepla.

Obeh zabezpečujú tri čerpadlá, ide o primárny okruh (berie zo zeme energiu), okruh TV a obeh vykurovacej a chladiacej vody

Zem ako primárny zdroj tepla

Voľba padla na tepelné čerpadlo z radu WPF od spoločnosti Stiebel Eltron, ktorá poskytla aj odborné poradenstvo a naďalej sa prostredníctvom vyškoleného technika stará o správu zariadenia v objekte.

Modelový rad tepelných čerpadiel WPF bol vyvinutý špeciálne na zásobovanie väčších obytných súborov, ako aj podnikateľských a priemyselných stavieb teplom a hodí sa do objektov s tepelnou potrebou až do 400 kW.

Obsahuje šesť tepelných čerpadiel od 20 do 66 kW a je charakteristický veľmi vysokou účinnosťou a teplotou vykurovacej vody do +60 °C. V tomto objekte sa použil model WPF 20 s teplotným spádom vykurovacej vody 5 K, vykurovacím výkonom pri B0/W35 (EN 14511) 21,50 kW a výkonovým číslom COP pri B0/W35 (EN 14511) 4,66. Pomocou tepelného čerpadla sa vykuruje, chladí a zohrieva TV.

Pozemok a kvalita pôdy umožnili realizovať variant tepelného čerpadla zem – voda s vertikálnymi vrtmi, ktorý je veľmi účinný aj pri extrémne nízkych teplotách (bivalentný bod je pri –19 °C), má nižšiu spotrebu elektrickej energie v porovnaní s ostatnými typmi tepelných čerpadiel a je o niečo efektívnejší ako variant so zemným kolektorom. Mimo zastavenej plochy sa tak v zemi nachádzajú štyri vrty s hĺbkou približne 100 m – tie sa podarilo vyhĺbiť vďaka dobrému podložiu iba za dva dni.

Prenos tepla/chladu medzi zemou a tepelným čerpadlom zabezpečuje nemrznúca zmes, ktorá putuje do výmenníka tepelného čerpadla. Odtiaľ už potom cirkuluje vykurovacia/chladiaca voda. Obeh zabezpečujú tri čerpadlá, ide o primárny okruh (berie zo zeme energiu), okruh TV a obeh vykurovacej a chladiacej vody.

Pri dobrých podmienkach stačí pri primárnom okruhu len chod obehového čerpadla, chlad sa nevyrába (nepúšťa sa kompresor), ale napriek tomu sú teplotné podmienky zabezpečené.

Centrálny vetrací systém LWZ 370 plus (Stiebel Eltron) so spätným získavaním tepla bol koncipovaný do veľkých rodinných domov, vysoký objemový tok vzduchu však umožňuje nasadenie aj pri menších komerčných objektoch

Súčasná prevádzka

Hlavnými časťami prevádzky sú prirodzene dielňa s lakovňou, ktoré majú vďaka typu činností v nich vykonávaných osobitné postavenie a režim. V hale s pôdorysnou plochou 40 ×15 m a priemernou výškou 6,5 m sa nachádza veľký objem vzduchu, navyše miestnosť sa často otvára. Preto sú tu v rámci samostatného okruhu štyri vetracie jednotky s teplovodným výmenníkom, v ktorých cirkuluje vzduch. Zároveň je v týchto priestoroch jedna rekuperačná jednotka s by-passom na vnútornú výmenu vzduchu.

Vetracia jednotka administratívnej časti sa nachádza v technickej miestnosti. Aj táto je vybavená by-passom, ktorý sa v letných dňoch automaticky stará o ochladzovanie vzduchu, ak je teplota vonku nižšia ako dnu. V miestnosti sú aj zásobník na TV s objemom 600 l a akumulačná nádrž s objemom 1 000 l na uskladnenie tepla a chladu. Vykurovacia voda putuje dvomi okruhmi – do administratívnej časti (vykurovacie telesá/spodné konvektory + fancoily) a do pracovnej haly.

Vyrobené teplo/chlad sa distribuujú cez akumulačnú nádrž presne tam, kde je to v danej chvíli potrebné. O to sa stará inteligentná regulácia (riadiaca jednotka) STIEBEL ELTRON, ktorá okrem množstva funkcií počíta aj celkovú spotrebovanú elektrickú energiu. Niektoré nastavenia sa dajú robiť aj v hale a prijímacej kancelárii (napríklad prepnutie režimu chladenia a vykurovania). Hlavné parametre „sezóny“ – nastavenie vykurovania a chladenia podľa vonkajšej teploty – sa však realizujú práve v riadiacej jednotke. Samozrejme, zariadenie sa dá pripojiť aj na PC, čo umožňuje diaľkovú kontrolu a riadenie.

Skúsenosti a optimalizácia

Objekt autoservisu bol uvedený do prevádzky približne v polovici septembra minulého roka a v tomto čase má za sebou takmer sedem mesiacov skúseností. Odmeraná spotreba elektrickej energie je 11,46 MWh, čo už jasne predznamenáva, že očakávané úspory sú reálne. Investor predpokladá v tomto roku úsporu asi 30 až 35 MWh z pôvodne plánovaných 50 MWh. Neočakáva veľkú výrobu chladu v letnej sezóne, keďže sa ho už podarilo dostatok naakumulovať. Ak by sa pozitívne vyhliadky potvrdili, počiatočná vysoká investícia za zemné vrty (asi 17 000 eur) by sa mohla vrátiť v pomerne sľubnom čase. Zároveň však treba povedať, že posledná zima bola viac než netypická, takže skutočné skúsenosti so zimnou prevádzkou ešte len prídu. Zatiaľ sa ako jediná slabina ukazuje optimalizácia chodu v prechodných obdobiach, aj na to má však vplyv atypickosť budovy, resp. rôznorodosť požiadaviek v jednotlivých úsekoch.