Upravit stránku

Další článek ze série o zemních tepelných čerpadlech se tentokrát zaměřuje na velmi zajímavý a významný projekt, který je aktuálně ve fázi realizace. Autor článku, společnost GEROtop spol. s r.o., která je zároveň autorem projektu vrtů a byla u projektu již od fáze prvotních studií zde prezentuje zkušenosti a poznatky s přípravou, průzkumem a samotným návrhem zařízení, které s ohledem na jeho rozsah nemá v našich zeměpisných šířkách obdoby. Společnost ČSOB, která nyní sídlí v jen pár desítek metrů vzdáleném současném sídle z roku 2006 se rozhodla ke svému záměru novostavby přistoupit ještě více „zeleněji“. Stávající sídlo od architekta Josefa Pleskota je držitelem mnoha ocenění z řad ekologů i architektů (zlatý stupeň LEED, stavba roku 2007, Best of Realty 2007 aj.). Překonat stávající „nejzelenější“ administrativní budovou ve střední Evropě tak bylo pro investora velkou výzvou a zároveň závazkem. Výhodou investora byly jeho zkušenosti s projektováním, stavbou a zejména provozováním stávajícího sídla.

Tento článek vznikl za podpory a souhlasu investora stavby, který autorům poskytl grafické přílohy tohoto článku.

  • Rozbalit celý článek
    Novostavba budovy ČSOB, která se nyní staví v pražských Radlicích, bude vytápěna pouze tepelnými čerpadly s výkonem 1300 kW. Článek prezentuje zkušenosti s návrhem zařízení, které je svým rozsahem v našich zeměpisných šířkách opravdu mimořádné.

    Společnost ČSOB, která nyní sídlí v jen pár desítek metrů vzdáleném současném sídle z  roku 2006, se rozhodla ke záměru novostavby přistoupit ještě více „zeleněji“. Stávající sídlo od architekta Josefa Pleskota je držitelem mnoha ocenění z  řad ekologů i  architektů (zlatý stupeň LEED, stavba roku 2007, Best of Realty 2007 aj.). Překonat tuto „nejzelenější“ administrativní budovou ve střední Evropě bylo proto velkou výzvou.

    Požadavek byl větší komfort pro 1400 zaměstnanců

    Začátkem roku 2013, kdy byly již známy uvažované obrysy plánované stavby, se začal řešit koncept vytá- pění a  chlazení. Již v  zadání architektonické studie se zdrojem energie v podobě zemních tepelných čerpadel uvažovalo, ale jen jako možná varianta. Nabízelo se zde i napojení na stávající infrastrukturu – energetická koncepce totožná se současným sídlem, tedy kombinace plynové kotelny s výrobníky chladu na střeše objektu. Investor však chtěl navrhnout objekt, potažmo i jeho energetický zdroj moderně s  ohledem na nízké provozní náklady s  výhledem do budoucna a zároveň pro komfort svých zaměstnanců. I samotní zaměstnanci sedící ve stávajícím sídle měli možnost vyjádřit se například k tepelné pohodě na pracovišti, osvětlení, větrání atd., což bylo jedním z hodnotících kritérií pro volbu systému vytápění/chlazení, potažmo zdroje, a svědčí to o pečlivé a důsledné přípravě. Z pohledu provozu stávajícího objektu, kdy v některých kancelářích docházelo k diskomfortu vlivem rozložení teplot, vyšla jako nejlepší myšlenka vhodnosti nasazení velkoplošných sálavých systémů tepla/chladu s velkou tepelnou akumulací, které jsou schopny rapidně snížit výkonové špičky zejména v  letních měsících, tzv. aktivace betonového Novostavba sídla ČSOB v pražských Radlicích je umístěna přes ulici od stávajícího sídla dokončeného v roce 2006 podle projektu architekta Pleskota. www.ESB-magazin.cz PROJEKTY 20 jádra BKT. Pro tyto velkoplošné systémy s velkou teplosměnnou plochou není potřeba vysokých teplot na vytá- pění, a naopak nízkých teplot na chlazení a vytvářejí příjemné prostředí bez nepříjemných lokálních ochlazení/přehřátí místností. Jako zdroj energie pro daný systém se tak varianta tepelných čerpadel země-voda přímo nabízela. Tento zdroj dokáže s nízkoteplotním systémem vytápění/chlazení dosahovat vysokého sezónního zhodnocení elektrické energie a značně tak přispí- vá ke snížení energetické náročnosti celé budovy. Zároveň jde o  zařízení schopné jak vytápět, tak chladit, pří- padně vytápět i chladit současně.

    Kvalitní příprava, studie a průzkumy jsou nezbytné

    Bylo třeba co nejrychleji vyřešit, zda je tato myšlenka vůbec reálná z hlediska místních hydrogeologických poměrů, tepelně - technických vlastností podloží, vrtatelnosti apod. Jako prvním doporučeným krokem tak bylo zhotovit dva pilotní průzkumné vrty, které potvrdí „vrtatelnost“ dané lokality a odhalí reálné hydrogeologické poměry. Tyto vrty bylo poté z hlediska rozsahu daného záměru a bezpečné- mu dimenzování nutné měřit metodou TRT (thermal response test) pro zjištění tepelně-technických parametrů daného horninového prostředí. Průzkum ukázal, že tepelně-technické vlastnosti horninového prostředí na lokalitě vykazují velmi dobré hodnoty, vhodné pro využití geotermálních vrtů pro tepelná čerpadla. Na průzkumné vrty poté navazovala série jednání, na nichž se upřesňovaly očekávané okrajové podmínky pro předběžný návrh zdroje tepla a chladu, uvažované nákupní ceny energií, koncepty prostorového a stavebního řešení apod. Na základě těchto podkladů byly poté řešeny studie proveditelnosti, které zvažovaly různé možnosti řešení a jejich ekonomiku.

    Ověření simulace na UCEEB

    Po definitivním rozhodnutí investora pro variantu geotermálních vrtů následovaly další podrobnější simulace a výpočty, do kterých byly v  oblasti simulace chování budovy zapojeni i experti z praž- ského ČVUT, tým doc. Matušky na UCEEB vypracoval modely chová- ní tepelných čerpadel a BKT. Byla provedena optimalizace předpokládaného provozu a  ověření potřeby náhradních zdrojů tepla a chladu stejně jako možnosti využití volného chlazení přímo z vrtů. Samostatnou studií byly ověřeny parametry tepelné pohody v kancelářích při akumulačním způsobu vytápění a  chlazení. Společnost GEROtop se zaměřila na simulace chování vrtného pole. Veškeré zá- věry a  debaty ohledně možného přenášeného výkonu a  možných dodaných energií pomocí vrtného pole poté vedly až k finálnímu zadání pro tvorbu projektové dokumentace a zahájení legislativního řízení. Zde kromě projektové dokumentace vrtů bylo nutné provést velmi podrobný hydrogeologický posudek, který přesvědčil odbor životního prostředí o nevý- znamném dopadu daného zařízení z hlediska změn hydrogeologických poměrů, chráněných území a  střetu zájmů okolních jímacích objektů (studen) apod. Vrtné pole dostalo i  díky kvalitním podkladům a  provedeným průzkumům od úřadů zelenou a  celý systém byl připraven zkoordinovat se s finálními výstupy všech dotčených profesí v  realizační dokumentaci stavby.

    Vrtné pole jako monovalentní zdroj vytápění

    S ohledem na bilance energií objektu, hydrogeologické podmínky, resp. výsledky měření TRT a další Vizualizace – nároží budovy Budova ČSOB • zimní provoz – vytápění pomocí tepelných čerpadel při využití odpadního tepla z provozu objektu a nízko potencionální energie z geotermálních vrtů • letní provoz – chlazení pomocí tepelných čerpadel při využití geotermálních vrtů a chladicích věží k odvodu odpadního tepla • přechodné období – nejefektivnější provoz budovy, využívání geotermálních vrtů k volnému chlazení (free cooling) objektu pouze za cenu oběhových prací a využívání nočního provětrávání objektu k akumulaci chladu do konstrukcí. Provoz kompresorových jednotek v tomto období je pouze pro přečerpávání energií v rámci objektu. www.ESB-magazin.cz PROJEKTY 21 faktory bylo nutné vrtné pole koncipovat pro akumulační způsob využívání s  hlídáním/monitorováním provozních teplot i  energií v  systému. Vrtné pole bude provozováno jako jakýsi velký podzemní akumulátor, který bude sezónně nabíjen teplem (maření odpadního tepla při chlazení, pasivní chlazení) a poté vybíjen odběrem tepla při vytápění pomocí tepelných čerpadel. Zařízení je navrženo jako monovalentní zdroj vytápění a bude schopno přená- šet i výkonové špičky v topné sezóně. Proto nebylo nutné doplňovat systém o plynovou kotelnu ani o  její přípravu pro budoucí osazení. Veškerá důvěra na zajištění tepelné pohody padla na bedra technologii tepelných čerpadel.

    Hybridní chladicí věže pro tropické letní dny

    Požadovaný chladicí výkon v  letním období téměř dvakrát převýšil požadovaný výkon na vytápění, což je u  moderních administrativních budov běžné. Dimenzovat geotermální vrty na přenášení špičkových výkonů pro chlazení nebylo s  ohledem na prostor reálné a  hlavně by nebylo ekonomické. Proto byly geotermální vrty pro tropická letní období doplněny o hybridní chladicí věže, odvádějící odpadní teplo na kondenzátorové straně kompresorových jednotek. Jejich provoz je uvažován zejména v  době teplotních špiček a  jako záložní zdroj pro odvod tepla. Drtivá většina energie chlazení však bude pokryta pomocí vrtů. Systém předpokládá dvě teplotní úrovně pro vytápění i  chlazení, nízkoteplotní vytápění pro BKT a vyšší teploty pro otopná tělesa a vzduchotechnické jednotky, podobně vysokoteplotní chlazení pro BKT a běžné chlazení pro vzduchotechniku a  doplňkové chlazení. Tento koncept spolu s  přečerpáváním tepla a  chladu mezi akumulační- mi zásobníky v  budově i  polem vrtů umožňuje maximálně efektivní výrobu tepla a chladu s minimální spotřebou elektrické energie.

    vrty pro tepelná čerpadla
    Veškeré vrty jsou situovány pod základovou desku objektu a rozděleny do osmi samostatně řízených polí a budou schopny přenášet výkon kompresorových jednotek až 1300 kW na straně vytápění, při chlazení budou vrty přenášet odpadní teplo o špičkovém výkonu až 1600 kW!

    Geologický profil v místě stavby ČSOB

    Samotné projekční práce navazovali na průzkumné vrty které otestovali fyzickou realizovatelnost vrtů v místě. Dále poskytly přesnou informaci o geologickém uspořádání vrstev v podloží. Na těchto vrtech byl následně proveden TRT test (thermal response test), který zpřesnil hodnoty výtěžnosti vrtů a rychlost reakce vrtů na zatížení teplem, nebo chladem.

    Vrt 1.

    Kvarter

    0–7,0 m okrově hnědá jílovopísčitá hlína s úlomky podložních břidlic a jílovců

    7,0–9,0 m  světle hnědý tuhý jíl

    Ordovik

    9,0–15,0 m šedohnědé eluvium podložních jílovců

    9,0–150,0 m šedé jílovce

    Voda naražená 6–8 m, další přítoky 51–70,0 m
    Poruchy nezastiženy

    Vrt 2.

    Kvarter

    0–7,0 m okrově hnědá jílovopísčitá hlína s úlomky podložních břidlic a jílovců

    7,0–12,0 m světle hnědý tuhý jíl

    Ordovik

    12,0–139,0 m šedé jílovce

    Voda naražená 6–7 m, další přítoky 55–70,0 m Poruchy byly zastiženy. Rozvolněné horniny 20 m, 119–139 m

    Monitoring a optimalizace systému

    Návrh systému primárního okruhu tepelných čerpadel, potažmo návrh samotných tepelných čerpadel jakožto zdroje tepla a  chladu vychází vždy z určitých předpokladů (počet osob, tepelná ztráta, tepelné zisky, uvažovaný provoz apod.). Tyto předpoklady se ovšem od reálného stavu vždy více či méně liší, a tím mohou systém vyvést z  rovnováhy. Proto je nutné u systémů tohoto rozsahu zajistit, aby fungovaly co možná nejefektivněji a nejhospodárněji a jejich ekonomická návratnost byla co nejkratší. Proto projektová dokumentace předepsala zřídit monitoring systému, který bude měřit a následně ukládat data (energie, teploty) v určitém časovém intervalu. Zjištěná data z předchozí- ho roku poté povedou k optimalizaci provozu technologie v roce následují- cím, zjednodušeně řečeno: je možné do vrtů ukládat více tepla při chlazení, protože se teploty neblíží hraničním teplotám případně naopak. Vzhledem k  bezpečnému návrhu a informovanosti o teplotách podloží pod objektem SHQ bylo v rámci celého vrtného pole vybráno celkem 16 referenčních vrtů. Tyto referenční vrty budou sloužit pro měření teplot podloží ve 4 výškových horizontech. Referenční vrty budou vybaveny teplotními čidly po výšce vrtu v předepsaných hloubkách. Kabely od čidel budou napojeny vždy do datové sběrnice příslušného rozdělovače/sběrače. Teploty se opět budou zaznamenávat do systému monitorovacího zařízení MaR.

    Největší projekt využívající geotermální energii

    Projekt zdroje a chladu využívající geotermální energii u nového sídla společnosti ČSOB je svým rozsahem jistě největší v rámci České republiky a jedním z největších v  rámci celé střední Evropy. Projekt vrtů na akci ČSOB SHQ zároveň ukázal, že pro administrativní objekty s  vysokými požadavky na chlazení mají tepelná čerpadla v kombinaci s vrty smysl a je mož- né s nimi počítat jako s monovalentním zdrojem energie.

    Ing. Pavel Dědina
    GEROtop spol. s r.o. hlavní projektant
     

    Tento článek vznikl za podpory a souhlasu investora stavby, který autorům poskytl grafické přílohy tohoto článku. Společnost GEROtop spol. s r.o., která je zároveň autorem projektu vrtů a byla u projektu již od fáze prvotních studií, zde prezentuje zkušenosti a poznatky s přípravou, průzkumem a samotným návrhem zařízení, které s ohledem na jeho rozsah nemá v našich zeměpisných šířkách obdoby.