Využití odpadního tepla
Autor ve svém příspěvku popisuje projekt vytápění a chlazení administrativní budovy vývojového a konstrukčního centra firmy Velteko, který v závislosti na potřebách tepla využívá tepelných zisků od výrobních strojů a technických prvků vybavení interiérů.
Obr. 1 Administrativní budova vývojového a konstrukčního centra firmy VELTEKO Vlašim
V letech 2009 a 2010 jsem zpracovával zajímavý projekt na vytápění a chlazení administrativní budovy vývojového a konstrukčního centra firmy VELTEKO Vlašim. Jedná se o přístavbu ke stávající výrobní hale. Již v architektonickém a stavebním zadání byl kladen důraz na nízkou energetickou náročnost budovy jak ve vytápění, tak i v chlazení.
Tepelná bilance objektu
Stavební návrh objektu odpovídá parametrům nízkoenergetické budovy, kde jsou společně s architektem řešeny detaily, které minimalizují solární tepelné zisky (omítka se světlým nátěrem, tepelně izolovaná střecha pokrytá zeminou, okna opatřená venkovními žaluziemi, se světlým povrchem a sklonem 45°, tj. celkový součinitelem propustnosti slunečního záření T = 0,14).
Administrativní budova bude centrálně větraná s použitím rekuperace s účinností min. 82 %.
Tepelné zisky od osvětlení byly sníženy použitím „studených“ osvětlovacích těles (svítidla s led diodami) a to na hodnoty tepelných zisků 8 až 13 W/m2.
V administrativní budově bude pracovat přibližně padesát osob, včetně osob se sníženou tělesnou aktivitou.
Posledním důležitým zdrojem tepla je instalovaná výpočetní technika. Jedná se o serverovnu s příkonem cca 3 kW, s 22 standardními PC sestavami (každá o příkonu 190 W) a s 26 notebooky (každý o příkonu 30 W).
Z těchto informací byla stanovena tepelná ztráta (15,8 kW prostupem tepla a 19,6 kW hygienickým větráním bez uvažované rekuperace) a tepelná zátěž, která činí 48,8 kW (21,1 kW solární, 27,7 kW od osob, osvětlení a od vybavení). Z výše uvedeného vyplývá, že při plném obsazení a využívání administrativní budovy bude nutno odvádět tepelné zisky i v zimním období. Toto zjištění bylo základem pro následující řešení zapojení otopné a chladicí soustavy.
Zdroj tepla
Pro vytápění a chlazení objektu jsou navržena tři tepelná čerpadla s tím, že třetí může být podle zkušeností z provozu doplněno až později.
Základem přípravy tepla (chladu) je reverzibilní tepelné čerpadlo Chameleon 34 vzduch/voda. Tepelné čerpadlo je v odděleném provedení, což znamená, že venkovní část tepelného čerpadla je tvořena venkovním výparníkem, který je spojen s vnitřní jednotkou.
Dalším zdrojem tepla (chladu) je tepelné čerpadlo ZR 61 voda/voda. Tepelné čerpadlo je v kompaktním provedení a bude instalováno v technické místnosti. Teplo odebírá z nádrže chladu a ukládá do zásobníku pro vytápění nebo ohřívá teplou vodu.
| Chameleon 34 | |
| Výkon pro vytápění A7/W35 – 42 kW | Chladicí výkon A30/W10 – 31 kW |
| ZR 61 | |
| Výkon pro vytápění W10/W50 – 15 kW | Chladicí výkon W10/W50 – 11 kW |
Jako záložní zdroj pro vytápění budou použity 3 elektrické topné vložky v akumulačním zásobníku tepla, každá o jmenovitém tepelném výkonu 6 kW. Teplo vyrobené tepelnými čerpadly se bude ukládat do akumulační nádrže tepla NAD o objemu 500 litrů. Chladná voda připravená tepelnými čerpadly se bude ukládat do akumulační nádrže chladu NAD o objemu 500 litrů.
Příprava TV je řešena tepelným čerpadlem ZR 61 s deskovým výměníkem a dvěma stávajícími akumulačními nádržemi TV, každá o objemu 600 l. Výměník, příslušná oběhová čerpadla, armatury a nádrže jsou umístěny ve stávající montážní hale.
Soustavy otopná a chladicí jsou propojeny. Z tohoto hlediska je nutné, aby teplonosná směs měla bod tuhnutí −5 °C, maximálně −8 °C.
Otopná a chladicí soustava – spotřebiče
Obr. 2 Schéma otopné a chladicí soustavy
Spotřebiče otopné a chladicí soustavy jsou:
- Fan – Coil konvektory umístěné v jednotlivých místnostech objektu. Pro rozvod tepla a chladu je navržena 4trubková protiproudá soustava s nuceným oběhem teplonosné látky. Navržený teplotní spád vytápění je 50/40 °C, chlazení 7/12 °C.
- Vzduchotechnické rekuperační jednotky s výměníky vytápění a chlazení. Pro vzduchotechnické jednotky je rezervovaný výkon tepla 12 kW při teplotním spádu 50/40 °C a chladu 5 kW při teplotním spádu 7/12 °C. Řízení potřeb tepla či chladu je realizováno nadřazenou regulací.
- Pro případ využití přebytků tepla vzniklých odvodem tepelných zisků z administrativní budovy je instalována v montážní hale teplovzdušná jednotka SAHARA, která bude řízena nadřazenou regulací.
Princip regulace
Cílem regulace je zajišťovat požadovanou teplotu vzduchu v místnostech administrativní budovy, a to při nejnižších energetických potřebách. Teploty v jednotlivých místnostech jsou snímány a na základě potřeb je v letním režimu v činnosti chlazení a v zimním režimu vytápění. V případě výhodnosti se aktivně používá i vzduchotechnika. Řízení zajišťuje nadřazená regulace. Ta dává požadavek regulačním prvkům na potřebnou teplotu otopné nebo chladicí směsi.
Zimní provoz: I v zimním období vznikají v administrativní budově tepelné zisky (např. serverovna). Tepelné čerpadlo (TČ2) zároveň odebírá teplo z akumulační nádrže chladu (ZCH) a ukládá ho do akumulační nádrže tepla (ZT). Obě nádrže mají objem 500 l. Tepelné čerpadlo (TČ2) ohřívá přes deskový výměník teplou vodu ve dvou stávajících zásobnících (ZTV) s elektrickými topnými vložkami. Teplota v akumulační nádrži (ZT) je zároveň i požadovanou teplotou pro vytápění či potřeby VZT jednotek. Z akumulační nádrže (ZT) je teplo odebíráno pro další potřeby. Tepelné čerpadlo (TČ1) je reverzibilní a podle potřeb buď chladí nebo vytápí. Všechny tepelné přebytky jsou z nádrže (ZT) odváděny teplovzdušnou jednotkou (SA) do sousední montážní haly, která je tak temperována.
Letní provoz: Tepelné zisky jsou z jednotlivých místností odváděny do akumulační nádrže (ZCH). Požadovanou teplotu v nádrži (ZCH) přednostně udržuje tepelné čerpadlo voda/voda (TČ2). V případě, že není požadován dohřev teplé vody nebo není požadavek na vytápění montážní haly (přechodné období), tepelné zisky odvádí z nádrže (ZCH) reverzibilní tepelné čerpadlo (TČ1), které je ztrátové odevzdá do venkovního prostředí.
Závěr
Celá soustava je řízena volně programovatelnou nadřazenou regulací, osazenou na vhodných místech měřicí technikou (kalorimetry, elektroměr, atd.) tak, aby bylo možno vyhodnotit ekonomičnost soustavy a případně úpravit řízení.
První etapa výstavby byla započata v roce 2011. V současné době je administrativní budova dokončena a plně funkční.
The Author describes heating and cooling in administrative building of development and structural centre of the firm Velteko that utilizes heat gains from production machinery and technical elements equipping the interior in the dependency to the heat need, in his contribution.