Návrh kombinovaného vykurovania a chladenia pre polyfunkčný objekt

Diplomová práca, ktorá získala čestné uznanie SSTP, ukazuje vhodné riešenie. 

Aj pri súčasných moderných objektoch stále pretrvávajú značné energetické potreby a nároky, a to aj napriek všetkým úsporným opatreniam a technológiám. Najväčšia spotreba energie sa pritom vzťahuje na zabezpečenie požiadaviek na udržanie potrebnej teploty v priestore počas celého roka. Ide najmä o vykurovanie v zimnom období, vykurovanie a chladenie v prechodných obdobiach, prípadne celoročné chladenie (napríklad pri technológiách).

Vzhľadom na vysokú energetickú náročnosť vykurovacích a chladiacich technológií je tak základnou požiadavkou na projektanta vypracovať návrh optimálnych zariadení a znížiť prevádzkové náklady na pokrytie tepelných strát a ziskov.

Podľa cieľov Európskej únie treba znížiť podiel emisií CO₂ do roku 2020 až o 20 %, pričom veľký potenciál sa v tomto smere skrýva práve vo vykurovaní a príprave teplej vody v obytných budovách.
Na naplnenie stanovených cieľov sa však žiada nielen prehodnotiť legislatívu zo strany zákonodarcov (napríklad nariadenie o energetických úsporách, zákon o obnoviteľných zdrojoch tepla), ale aj podporiť túto myšlienku v praxi.

Ak hovoríme o vykurovaní, veľmi dobrým konkrétnym riešením pri znižovaní prevádzkových nákladov a zlepšovaní energetickej účinnosti vykurovacieho systému je použitie bivalentného systému. Tepelné čerpadlá vzduch/voda patria k obnoviteľným zdrojom energie, preto sú ideálnym riešením vtedy, keď treba zabezpečiť celoročnú tepelnú pohodu (stav, v ktorom človek nepociťuje ani chlad, ani nadmerné teplo) vo vnútornom priestore. Kombinácia konvenčného zdroja tepla (odovzdávacej stanice tepla) a tepelného čerpadla vzduch/voda je obzvlášť vhodná pri veľkých objektoch nad 10 000 m2, ako sú napríklad polyfunkčné objekty. A práve návrhom systému vykurovania a chladenia vo vybranom polyfunkčnom objekte a vypracovaním jeho ekonomického a energetického zhodnotenia sa zaoberala diplomová práca, z ktorej vychádza aj tento článok.

Charakteristika objektu

Polyfunkčný objekt sa nachádza v Bratislave. Stavba má jedno podzemné podlažie, štyri nadzemné podlažia a podkrovie. V podzemnom podlaží sa nachádza kotolňa, technická miestnosť, práčovňa a sklady. Na prvom nadzemnom podlaží sa nachádza recepcia, reštaurácia, kaviareň a parkovacie miesta. Druhé až piate podlažie sú určené na bývanie, pričom na jednom podlaží je situovaných 11 apartmánov. Objekt má sedlovú strechu s vikiermi.

Energetická bilancia zásobovaného objektu

Energetická bilancia polyfunkčného objektu sa skladá z výpočtu tepelných strát, tepelných ziskov, výpočtu prípravy teplej vody a potreby tepla na predohrev vzduchu, ktoré potrebuje vzduchotechnické zariadenie.

Obr. 1 Odovzdávacia stanica horúcej vody Alfa Laval Maxi S–prim

Výpočet projektovaného tepelného príkonu

Výpočet tepelných strát pre polyfunkčný objekt sa vykonal podľa platnej normy STN EN 12 831. Celkový projektovaný tepelný príkon pre celú budovu je 111,90 kW.

Výpočet tepelnej záťaže klimatizovaných priestorov

Výpočet tepelných ziskov pre polyfunkčný objekt sa vykonal podľa normy STN 73 0548. Celkové projektované tepelné zisky pre celú budovu sú 89,70 kW.

Výpočet prípravy teplej vody

Výpočet prípravy teplej vody sa realizoval podľa nemeckej normy DIN 4708 Zentrale Brauchwassererwärmungsanlagen. Návrh zásobníka sa vykonal pre ubytovaciu časť polyfunkčného objektu. V prevádzkach reštaurácie a kaviarne budú zabezpečovať lokálny ohrev vody prietokové ohrievače. Potreba teplej vody je 1 876 l, preto sa navrhli dva zásobníkové ohrievače s trvalým výkonom ΦTV = 127,60 kW pri výstupnej teplote 60 °C a objeme vody 2 000 l/h.

Výpočet potreby tepla pre VZT

Podľa intenzity výmeny vzduchu sa vypočítal objemový prietok pre miestnosti, v ktorých sa uvažuje o výmene vzduchu VZT zariadením. Na základe objemového prietoku sa vyjadrila potreba tepla na predohrev vzduchu. Potreba tepla na predohrev vzduchu vo vzduchotechnickom zariadení je ΦVZT = 20,50 kW.

Návrh zdroja tepla

Návrh zdroja tepla sa realizoval podľa STN EN 12 828. Za hlavný zdroj tepla sa navrhla tlakovo nezávislá kompaktná odovzdávacia stanica tepla Alfa-Laval Maxi S-prim (ďalej len OST) v samostatnom priestore objektu v miestnosti číslo 01.11 Kotolňa. OST bude zásobovaná teplom existujúcou prípojkou 2 × DN 50 (horúcovod 115/80 °C), ktorá je privedená do priestoru výmenníkovej stanice. OST bude okrem vykurovania slúžiť aj na ohrev teplej vody a VZT.

Návrh systému vykurovania

Systém vykurovania polyfunkčného objektu sa skladá z teplovodného podlahového vykurovania a konvekčného vykurovania. Teplovodné podlahové vykurovanie je navrhnuté v prevádzkových a ubytovacích častiach objektu a konvekčné vykurovanie je navrhnuté v spoločných priestoroch a v kúpeľniach apartmánov ako doplnkové vykurovanie pri nedostatočnom výkone podlahového vykurovania. V prechodných ročných obdobiach možno vykurovať s ventilátorovými jednotkami (fan-coilmi).

Návrh teplovodného podlahového vykurovania

Návrh teplovodného podlahového vykurovania sa uskutočnil podľa STN EN 1264. Pri výpočte sa vychádzalo z predpokladu, že priemerná povrchová teplota neprekročí hygienicky prípustné hodnoty a že výkon potrubia podlahového vykurovania bude kryť tepelné straty. Systém podlahového vykurovania je od firmy REHAU (rozdeľovač HKV, systémová doska Varionova a rúrky Rautherm S 17 × 2,0 mm). Rozdeľovače sú umiestnené v skrinkách UP zasekaných do steny, odtiaľ vedú jednotlivé okruhy vykurovacej zóny. Rúrky sú pripevnené k systémovej doske Varionova.

Návrh konvekčného vykurovania

Konvekčné vykurovanie sa navrhlo v spoločných priestoroch a ako doplnkové vykurovanie v kúpeľniach na pokrytie tepelných strát. Vykurovacie telesá sú od firmy Korado. V spoločných priestoroch objektu boli navrhnuté oceľové doskové vykurovacie telesá typ Korado RADIK KLASIK a v kúpeľniach rebríkové rúrkové vykurovacie telesá typ KORALUX LINEAR COMFORT.

Návrh zdroja chladu

Zdroj chladu navrhla firma KVT, spol. s r. o., na základe vypočítanej tepelnej záťaže objektu. Ako zdroj chladu bola navrhnutá jednotka AQUACIAT2 EVOLUTION LDH 400V R410A s kondenzátorom chladeným vzduchom. Chladič bude umiestnený vo vonkajšom priestore. Dodáva sa s hydromodulom.

Opis funkčnosti chladiča

Chladiaci okruh je založený na princípe zmeny skupenstva chladiva. Chladiace zariadenie funguje nasledovne: kompresor nasáva vyparené chladivo (resp. prehriate pary z výparníka) a stláča ho na kondenzačný tlak. V kondenzátore dochádza k schladeniu pár chladiva a následne k ich skvapalneniu. Skvapalnené chladivo potom prechádza cez expanzný ventil, ktorý udržuje tlakový rozdiel medzi kondenzačnou a vyparovanou stranou, a nastriekava sa do výparníka. Vo výparníku dochádza k vyparovaniu chladiva, t. j. k zmene skupenstva. Na vyparovanie je potrebné teplo, ktoré sa odoberá z chladiacej látky. Tento cyklus prebieha tak dlho, až sa chladená látka ochladí na požadovanú teplotu. Na obr. 2 je znázornený chladiaci okruh.

Obr. 2 Schéma chladiaceho okruhu

Návrh systému chladenia

V polyfunkčnom objekte je navrhnuté chladenie ventilátorovými jednotkami (fan-coilmi). V prevádzkových častiach objektu – v miestnostiach č. 1.01 Recepcia, 1.07 Reštaurácia a 1.10 Kaviareň – sú navrhnuté kazetové jednotky Ciat Coadis Line 600, v ubytovacej časti sa počíta s kanálovými jednotkami Ciat Comfort Line.

Návrh ventilátorových jednotiek

Ventilátorové jednotky (fan-coily) boli navrhnuté na základe vypočítanej tepelnej záťaže pre jednotlivé miestnosti podľa citeľného výkonu jednotiek.

Záver

Záverečná práca bola zameraná na vypracovanie realizačného projektu kombinovaného vykurovania a chladenia pre polyfunkčný objekt. Cieľom bolo navrhnúť systém vykurovania a chladenia a zhodnotiť jeho ekonomické a energetické vplyvy. Projekt obsahuje návrh zdroja tepla a chladu, návrh systému vykurovania aj chladenia, ekonomickú a energetickú bilanciu, výkresy pôdorysov, schémy zariadení a ich zapojenia a poster. Projekt bol vypracovaný na základe platných noriem a možno ho zrealizovať a použiť v praxi.

Text: Ing. Tomáš Haluza
Obrázky: autor
Autor pôsobí ako projektant vykurovania a chladenia vo FAVEA Slovakia, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.