Upravit stránku

Univerzita Karlova v Praze, konkrétně Matematicko-fyzikální fakulta v ulici Ke Karlovu zavedla v roce 2012 zcela nový způsob chlazení a vytápění svých budov. V následujících letech zaznamenala pokles roční spotřeby vody na desetinu a pokles spotřeby plynu na 46%. Odhadovaná návratnost investice do celého systému tepelných čerpadel bude tedy kratší než šest let. 

Výkonné lasery nebo elektronové mikroskopy vyžadují účinné chlazení. Odpadní teplo až do konce roku 2012 končilo v kanalizaci.

  • Rozbalit celý článek

    Výsledkem průzkumu bylo konstatování, že pozemek je schopný uspokojit jak předpokládané potřeby pro vytápění, tak má dostatečný potenciál pro chlazení technologií MFF. Získaná data následně zpracovalo projektové oddělení GEROtop, které provedlo výpočty, simulace a optimalizovaný návrh vrtných polí. Byla potřeba realizovat 27 vrtů o hloubce 135 m rozdělených dispozičně do dvou vrtných polí.

    Jako technologie pro jímání zemního tepla byl zvolen systém GEROtherm. Použitím systému ochrany Push na dna vrtů bylo možné využít prodloužené záruky až na deset let. Ve vrtech cirkuluje teplonosná ekologická směs, kterou lze v případě úniku snadno přirozeně odbourat. Pro vědecké účely jsou čtyři vrty osazeny soustavou čidel a monitorovány v řídicím systému TRONIC 2000®. Teploty se v pravidelných intervalech automaticky zaznamenávají pro budoucí možnost analýzy chování horninového masivu ve vztahu k odebírání tepla a případnému zpětnému ukládání odpadního tepla.

    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 pří­ padě 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. U v prvních měsících fungování se začaly porovnávat předpokládané a skutečné spotřeby energií a provozní úspory. V I.Q 20 13 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 zemní vrty


    Každý takto velký a složitý projekt založený na hlubinných vrtech vyžaduje systémový přístup. Přestože byl znám geologický profil v místě zamýšlených vrtů, je nutné u velkých vrtných polí realizovat tzv. Geothermal Response Test – GRT, tj. polní zkoušku tepelné vodivosti podloží. Samotný test na zkušebních vrtech odhalil vyšší průměrnou teplotu podloží, než která se očekávala.

    Roční náklady na energie Matematicko-fyzikální fakulty UK v Praze uvedené ve výročních zprávách
    RokRoční náklady na energie
    Spotřeba energie po instalaci tepelných čerpadel
    201523,051 mil. Kč
    201422,592 mil. Kč
    201327,705 mil. Kč
    Spotřeba energie před instalací tepelných čerpadel
    201232,558 mil. Kč
    201129,447 mil. Kč
    201028,642 mil. Kč
    200928,886 mil. Kč
    Matfyz do roku 21012 měl průměrnou roční spotřebu vody 22 000 m3. Po zavedení tepelných čerpadel spotřeba klesala až na 2252 m3 v roce 2016. Spotřeba plynu v roce 2016 činila 791 MWh, což je 46 % průměrné roční spotřeby do roku 2012.

     

    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. 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.

    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. 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.

1
2