Tepelné čerpadlo v administrativní budově

7. srpna 2014

Partneři sekce:

Středně velká německá firma se rozhodla stavět své sídlo ve vlastní režii, podle vlastních představ a na míru vlastním požadavkům, avšak zároveň s využitím know-how zaměřeného na budoucnost a energetické úspory.

Walter Beckemeier a Klaus Lipinski se k takovému dobrodružství odhodlali. V severoněmeckém městečku Moers dali pro svou firmu Plakon postavit třípatrovou budovu. Architektonický návrh vytvořil Theodor Meiners z architektonického studia Falk podle požadavků na funkčnost, ale hlavně na energetickou úspornost. Při realizaci stavby bylo výhodou, že v průmyslové zóně městečka Moers byly tříposchoďové stavby povoleny – tak vznikla kompaktní budova s poměrně malou plochou na jednotlivých poschodích.

Určující byla budoucnost

Stavebníci Walter Beckemeier a Klaus Lipinski se s plným vědomím rozhodli pro budovu, která bude vyhovující i v budoucnosti, a aktivně spolupracovali na tvorbě jejího projektu. Dosáhli toho, že všechny vnitřní stěny budovy na jednotlivých poschodích je možné posouvat, takže v budoucnosti bude možno prostory flexibilně využívat. Na všech třech poschodích se nacházejí místnosti s týmž využitím, což umožňuje, že se budou moci pronajímat i jednotlivě. V současnosti však celou budovu využívá firma Plakon. Má asi třicet zaměstnanců, kteří se zabývají navrhováním kotlů a jejich příslušenství, například pro elektrárny. Kdyby se počet zaměstnanců zvýšil, mohla by se zvětšit i budova. Je totiž navržena tak, že nadstavět další poschodí by neměl být žádný problém. Při navrhování energetického systému budovy volba padla na vytápěcí systém s integrovanou funkcí chlazení. Protože mnohé počítače, monitory a tiskárny v administrativních prostorách na všech třech poschodích stále produkují energii ve formě tepla – každé pracovní místo asi 1 000 wattů denně –, je dodatečné vytápění nutné jen v chladných zimních dnech. Naopak, velmi důležité je chlazení místností, a to nejen v létě, ale i v přechodných obdobích.

Světlé místnosti a pracoviště s vhodným osvětlením přispívají ke spokojenosti zaměstnanců a příjemné pracovní atmosféře.

Chlazení

Tuto činnost zabezpečuje solankové tepelné čerpadlo zem/voda WPF 40. Od jara do konce léta přebírá funkci chlazení tepelné čerpadlo zem/voda. Prostřednictvím chladicích kazet umístěných ve stropech místností odvádí tepelné čerpadlo nežádoucí teplo, ochlazuje budovu, a tak účinně plní několik funkcí. Zařízení odvádí teplo odebrané z místností zpět ke zdroji tepla. Po zimě vychladlá zem se tak může rychleji ohřát.

Solankové tepelné čerpadlo zem/voda WPF 40 zabezpečuje vytápění i „aktivní“ či „pasivní“ chlazení prostřednictvím zemní sondy. Má vytápěcí výkon 40 kW a provoz s nízkou hlučností. Výkonové číslo: 4,67 (B0/W35). Čerpadlo řídí inteligentní řídicí jednotka, která přesně nastaví funkci vytápění/chlazení.

Automatické řízení

Řízení tepelného čerpadla přebírá kontrolu nad celým zařízením a jeho funkcemi (vytápění/chlazení). Přesáhne-li vnější a vnitřní teplota nastavený limit, řídicí systém tepelného čerpadla zapne režim pasivního chlazení. Tepelné čerpadlo je přitom vypnuto (pasivně) a teplo se vyměňuje jen pomocí oběhového čerpadla. Využívá se jen nízká teplota země, přičemž oběhové čerpadlo napojené na zdroj tepla pracuje nezávisle na chladicím, respektive vytápěcím okruhu. Přímá výměna tepla mezi chladicím systémem a tepelným zdrojem se uskutečňuje pomocí hydraulického zařízení. Různá média tepelného čerpadla jsou od sebe oddělená deskovým výměníkem tepla. Při zvýšené potřebě chlazení se systém automaticky přepne do režimu aktivního chlazení. Zapne se tepelné čerpadlo, hydraulické napojení tepelného zdroje a chladicího systému na tepelné čerpadlo se přepne přes přepínací ventily. Tepelné čerpadlo odebere chladicímu systému energii a vrátí ji zemním sondám. Chladicí okruh tepelného čerpadla se přitom nepřepne do reverzního chodu. Tímto aktivním chlazením se vzduch v budově účinně ochladí, tepelný zdroj se regeneruje a dosáhne se vysokého chladicího výkonu. Aktivní chlazení skončí, když teplota v místnostech dosáhne požadované hodnoty. Především u pasivního chlazení jsou náklady na spuštění systému podstatně nižší než náklady na klasickou klimatizaci.

Výkonný stacionární zásobník SBP, který tvoří příslušenství k tepelnému čerpadlu, má hmotnost 79 kg. Díky účinné izolaci vykazuje jen nízké tepelné ztráty. Pohotovostní spotřeba energie: 2 kW/24 h. Solanková varianta nabízí možnost napojení fotovoltaického zařízení. Objem je 700 litrů.

Spolupráce při optimální energetické koncepci: Walter Beckmeier z firmy Plakon (vlevo) a Theodor Meiners z duisburského architektonického studia Falk

Energeticky účinný systém vytápění a chlazení

Jaké byly priority stavebníka při návrhu budovy?

Krátká provozní spojení, vysoká funkčnost, možnosti přestavby a dostavby a pochopitelně i racionální energetická koncepce.

Co to znamená z hlediska stavebního materiálu?

Vycházeli jsme z toho, že potřeba vytápění bude nižší, protože na jednotlivých pracovištích předpokládáme poměrně vysokou produkci tepla z elektronických zařízení. Abychom ušetřili energii, zvýšili jsme izolaci stavebních prvků: podlaha má dvojnásobnou izolaci, stejně tak strop nejvyššího poschodí, který zároveň tvoří plochou střechu. Na vnějších stěnách budovy je 16 cm silná izolační vrstva. Optimální klimatizaci zabezpečují zdi z vápenopískových tvárnic, které mají vynikající akumulační vlastnosti a schopnost pohlcovat hluk. Při návrhu fasády jsme se rozhodli pro tepelněizolační systém ze styroporu. Plastová okna s vysokou pevností mají taktéž výborné tepelněizolační a akustické vlastnosti.

Výběr stavebních materiálů je zárukou ušetření nákladů na vytápění. Uvažovali jste i v tomto případě o tepelném čerpadle?

Ano. Rozhodujícím argumentem v jeho prospěch bylo, že tepelné čerpadlo od firmy Stiebel Eltron se nevyužívá jen k vytápění. Přesvědčila nás konečně možnost, že toto tepelné čerpadlo můžeme efektivně a s nízkými náklady využít i k chlazení. Umožňuje totiž do systému chlazení začlenit schopnost chlazení, kterou mají zemní sondy. A pro firmu Plakon je funkce chlazení významná po celý rok. Spolu se společností Neuwirth z Moersu, která se zabývá sanitárními zařízeními, vytápěcími systémy a klimatizací, jsme navrhli komplexní systém vytápění a klimatizace.

Centrální tepelné čerpadlo WPF. Firma Plakon investovala do nového tepelného čerpadla asi 170 000 eur. V této sumě jsou zahrnuty veškeré náklady na vrty zdroje tepelné energie, kompletní systém tepelného čerpadla, distribuce tepla v budově, chladicí systém zabudovaný ve stropě, jakož i všechny náklady na montáž.

Přehled faktů

Trvání instalace: 10 měsíců
Užitková plocha na 3 poschodích 786 m²
Zvýšené využití stavebních tepelněizolačních materiálů – 30 % nad hodnoty stanovené v EnEV 2007
Variabilní vnitřní příčky
1 tepelné čerpadlo WPF 40
3 zásobníky SPB 700 E
6 zemních sond v hloubce 95 m
Šíření tepla radiátory
Pasivní a nízkonákladové chlazení tepelným čerpadlem
Chladicí kazety zabudované ve stropě odvádějí z místností nežádoucí teplo.

Dipl. Ing. Alex Neuwirth, SHK – projekční a instalační společnost Neuwirth, Moers

Efektivní fungování s přidanou hodnotou při chlazení

Jaká řešení vytápění a chlazení jste zvažovali?
Rozhodli jsme se pro reverzibilní solankové tepelné čerpadlo zem/voda WPF 40. Díky svému vytápěcímu výkonu 40 kW se může využívat celoročně. Kvůli prodloužení jeho účinnosti a překlenutí období výpadku dodávky energie jsme zařízení napojili na tři zásobníky teplé vody typu SPB 700 E o objemu 3 × 700 litrů. Při uvažování o distribuci tepla jsme se rozhodli pro radiátory, protože jsou vzhledem k nákladům u snadno přestavitelných vnitřních příček nejúčinnější. Nainstalovali jsme je do všech místností tříposchoďové budovy a vystačí si s vytápěcí teplotou média jen +45 °C. Při řízení teploty ve vnitřních prostorech se automaticky zapíná tepelné čerpadlo v režimu vytápění nebo chlazení.

Jaké vrty bylo nutné provést na pozemku?
Energii z přírodních zdrojů potřebnou k vytápění a chlazení budovy získává tepelné čerpadlo WPF prostřednictvím šesti zemních sond v hloubce 95 m. Vyvrtala je naše dceřiná společnost Geowell. Společnost Stiebel Eltron předem vypočítala jejich rozložení. Výkon zemních sond při vytápění dosahuje 31 kW, při chlazení 48 kW. V létě se využívá chlad z hlubin země ke chlazení, v zimě se odebrané zemské teplo uplatní při vytápění.

Jak funguje klimatizace kancelářských prostor?
Klimatizace je jednak pasivní, jednak aktivní. Při základním chladicím výkonu na +23 °C, což je průměrná teplota v místnostech, může solankové tepelné čerpadlo zem/voda pasivně chladit prostřednictvím zemních sond. Až když teplota v místnostech přesáhne tuto hodnotu, regulátor automaticky zapne režim aktivního chlazení. Díky inteligentním regulačním přístrojům tepelného čerpadla má tento systém vysokou účinnost. Rozeznají, zda je potřeba vytápět, nebo chladit, a optimálně nastavují chladicí i vytápěcí režim podle povětrnostních podmínek a časového harmonogramu. Tento způsob umožňuje kromě energeticky optimalizovaného provozu i diferencované rozdělování tepla do jednotlivých místností.

Základní údaje

Administrativní budova: tříposchoďová budova, Galsmesweg 57, 47445 Moers
Architekt/Projektant: Theodor Meiners, Architekturbüro Heinz-Jürgen Falk, Kirchstraße 99, 47198 Duisburg
Instalované zařízení: solankové tepelné čerpadlo zem/voda WPF
Rok výstavby: 2008
Celková plocha: 786 m²

TEXT + FOTO: Stiebel Eltron

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.