Rekonštrukcia Základnej školy v Lietavskej Lúčke

V septembri minulého roka prezentovali partneri zúčastnení na pilotnom projekte vyhlásenom Ministerstvom výstavby a regionálneho rozvoja SR prvé výsledky meraní spotreby energie na Základnej škole v Lietavskej Lúčke po prvej vykurovacej sezóne. V porovnaní s rokom 2006 (pred začatím renovačných prác) sa v roku 2010 podarilo dosiahnuť pokles v spotrebe energie na vykurovanie objektu a prípravu teplej vody (plyn a elektrická energia) až o 75 %.

 Vo februári 2007 sa prvý raz prezentovalo verejné oznámenie spolupráce BASF Slovensko, spol. s r. o., Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja SR a Slovenskej technickej univerzity v Bratislave na pilotnom projekte rekonštrukcie základnej školy na nízkoenergetický štandard.

Pri renovácii školskej budovy ležalo ťažisko v prvom rade na troch opatreniach – tepelnej izolácii obvodového plášťa, izolácii strechy a podlahy. Výsledkom bola nielen úspora energie a nákladov, ale aj kvalita charakterizovaná optimálnym prostredím s pocitom pohody, ktoré podporuje schopnosť sústrediť sa a učiť sa. Optimálnu súhru opatrení zabezpečili aj ďalšie nevyhnutné riešenia od partnerov – solárne kolektory, tepelné čerpadlo s geotermálnymi sondami či vetracie zariadenie s rekuperáciou tepla (pozn. redakcie: o potrebe riešiť systémy vetrania na školách píšeme aj v samostatnom článku toho čísla na str. 46). Príjemné prostredie dotvorili aj optimálne osvetlenie a moderné vonkajšie hliníkové žalúzie, ktoré účinne znižujú tepelnú záťaž solárnym žiarením v učebniach.

Názov stavby: Rekonštrukcia Základnej školy v Lietavskej Lúčke Miesto stavby: Lietavská Lúčka Začiatok rekonštrukcie: február 2007 Ukončenie rekonštrukcie: august 2009 Partneri projektu: MVaRR SR, STU, BASF Slovensko, spol. s r. o., Viessmann, s. r. o., HKL-TB, s. r. o. Návrh systému zásobovania teplom a kontrolovaného vetrania: HKL-TB Zateplenie a izolácie: BASF, BASF Polyuretány Slovensko, s. r. o. Použité produkty: Multitherm Neo, extrudovaný polystyrén Styrodur C, Elastopor H a Elastocoat Zdroje tepla a využitie obnoviteľných zdrojov energie: Viessmann Použité produkty: tepelné čerpadlo VITOCAL 300 BW, 30 ks plochých solárnych kolektorov VITOSOL 100-F (typ SV1), kaskáda troch nástenných kondenzačných kotlov VITODENS 300 (typ WB3A)

Koncept a zásady riešenia
V rámci pilotného projektu bolo treba vyriešiť rekonštrukciu základnej školy formou netradičného zásobovania teplom. Dôraz sa pritom kládol na progresívnosť riešenia, úsporu energie, využitie obnoviteľných zdrojov a vysokú efektívnosť využitia neobnoviteľných zdrojov energie. Za hlavné zásady riešenia sa zvolili:

• nadštandardné tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií,
• diverzifikácia zdrojov energie (slnečná, geotermálna a elektrická energia, zemný plyn),
• minimalizácia energetických strát vetraním,
• individuálna regulácia jednotlivých priestorov.

Potreba tepelného výkonu sa určila zo súčtu tepelných strát objektu školy (80 kW), telocvične (60 kW) a potreby tepla na prípravu teplej vody (40 kW), čo je spolu 180 kW.

Hlavným zdrojom tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody je z hľadiska pokrytia ročnej potreby tepla tepelné čerpadlo s energetickými pilótami s tepelným výkonom približne 68 kW. Ako doplnkové zdroje slúžia solárne kolektory a kaskáda kondenzačných plynových kotlov s tepelným výkonom 3 × 49 kW.  

Spolu sa zrealizovalo 8 zemných vrtov s celkovou dĺžkou asi 1 000 m, na streche sa inštalovalo 30 ks solárnych kolektorov s absorpčnou plochou 69,6 m² a celkovou plochou približne 75,9 m2. Špičku vykrýva zostava nástenných plynových kotlíkov.

Principiálne pozostáva zariadenie z vysokoteplotnej a nízkoteplotnej časti a dohrievania vykurovacieho média. Vysokoteplotnú časť predstavuje systém solárnych kolektorov s vykurovacími registrami v akumulačnom zásobníku vykurovacej vody a v zásobníkovom ohrievači ohriatej pitnej vody (OPV). Nízkoteplotný systém pozostáva z tepelného čerpadla soľanka – voda, akumulačných zásobníkov primárneho média, zemných vrtov a akumulačného zásobníka vykurovacej vody. Poslednú časť zariadenia tvorí plynové dohrievanie.

Prevádzka zariadenia prebieha v závislosti od podmienok v niekoľkých režimoch. Automatický riadiaci systém vyhodnocuje vstupné údaje a podľa výsledkov upravuje regulačné veličiny a prepína jednotlivé pracovné režimy.

V rámci vetrania objektu sa navrhol vysokoúčinný systém spätného získavania tepla schopný ohriať privádzaný vzduch odpadovým teplom z odvádzaného vzduchu až na teplotu +16 °C bez dohrievania. Zariadenie sa preto navrhlo bez prípojky tepla. Dohrievanie privádzaného vzduchu sa kompenzuje zvýšeným výkonom vykurovacích telies. Potrebný tepelný výkon je 20 kW.
–>–>

Možnosti modernizácií škôl na Slovensku „Na Slovensku je v súčasnosti ešte približne 600 škôl, ktoré prichádzajú do úvahy v súvislosti s modernizáciou na energeticky úspornú úroveň. Tým by sa spotreba plynu na vykurovanie mohla ročne znížiť o približne 23,4 miliónov m3. To by zodpovedalo úspore približne 10 miliónov eur každý rok! Okrem toho sa renováciami v budovách zlepšia aj podmienky na vyučovanie.“ Dr. Joachim Meyer, riaditeľ Business Centra pre strednú Európu spoločnosti BASF SE

Prevádzkové režimy
Prevádzkový režim v prechodnom období
Pri prevádzke v tomto ročnom období sa uplatňujú tieto zdroje tepla:

Slnečné kolektory
Zariadenie bude pracovať v tomto režime (schéma 1) za predpokladu, že primárne médium sa v slnečných kolektoroch zohreje na vyššiu teplotu, než je požadovaná teplota vykurovacej vody, resp. OPV. V tomto režime postačuje výkon slnečných kolektorov na pokrytie celkovej potreby tepla. Primárne médium sa privádza do vykurovacích výmenníkov. Prevádzka tepelného čerpadla a plynového kotla v tomto režime nie je potrebná.

Slnečné kolektory v kombinácii s TČ
Teplá voda zo slnečných kolektorov ohreje zásobník OPV a odovzdá teplo aj zásobníku vykurovacej vody (schéma 2). Teplota primárneho média je po ochladení v akumulačnom zásobníku vykurovacej vody ešte dostatočne vysoká na využitie v tepelnom čerpadle (ako primárne médium). Tepelné čerpadlo zabezpečí dohriatie vykurovacej vody v akumulačnom zásobníku na požadovanú teplotu.

Prevádzkový režim v zimnom (chladnom) období
Pri prevádzke v zimnom období sa uplatňujú tieto zdroje tepla:

Slnečné kolektory v kombinácii s tepelným čerpadlom
Teplo získané v slnečných kolektoroch už nepostačuje na priame vykurovanie, ale ešte stále dosahuje hodnoty, ktoré umožňujú jeho využitie ako primárneho média pre tepelné čerpadlo. Získaná slnečná energia sa akumuluje v solárnych akumulačných zásobníkoch. Tepelné čerpadlo využíva akumulovanú energiu na prípravu vykurovacej vody. Príprava OPV sa zabezpečuje plynovým kotlom (schéma 3).

Slnečné kolektory + TČ + dohrievanie kotlami
V tomto prípade ide o rozšírený predchádzajúci režim. Tento prevádzkový režim sa využíva vtedy, ak je v zimnom období k dispozícii slnečný svit. Výstupná teplota vykurovacej vody z tepelného čerpadla sa reguluje s cieľom dosiahnuť maximálne možné pracovné číslo. Chýbajúci výkon sa doplní prevádzkou plynového kondenzačného kotla, ktorý zabezpečí požadovanú teplotu vykurovacej vody.

Tepelné čerpadlo
Tento prevádzkový režim predstavuje základný režim navrhovaného zariadenia v zimnom období. Teplonosné médium ohrievané v zemných sondách sa ukladá v akumulačnej nádrži. Tepelné čerpadlo využíva akumulovanú energiu na prípravu vykurovacej vody. Príprava OPV sa zabezpečuje plynovým kotlom (schéma 4).

Tepelné čerpadlo + dohrievanie kotlami
Tento režim dopĺňa predchádzajúci o dohrievanie vykurovacej vody plynovým kotlom. Kotol bude slúžiť ako špičkový zdroj tepla. Vzhľadom na to, že kotol je s tepelným čerpadlom zapojený v sérii, možno znížiť výstupnú teplotu vody z tepelného čerpadla, a tým dosiahnuť zvýšenie jeho pracovného čísla.

Systém kontrolovaného vetrania
Systém kontrolovaného vetrania obsahuje VZT jednotku s vysokoúčinným systémom spätného získavania tepla (až 90 %). Zariadenie s premenlivým prietokom vzduchu umožňuje úsporu elektrickej a tepelnej energie, pričom prevádzku riadi časový program. Privádzaný vzduch do jednotlivých priestorov možno individuálne nastaviť  a zároveň možno zabezpečiť aj útlmový režim mimo prevádzkových hodín.

Dosiahnuté úspory energie
Pred rekonštrukciou školy bol v budove výhradným palivom zemný plyn, ktorého ročná potreba predstavovala necelých 29 000 m³. Po rekonštrukcii pribudli ďalšie zdroje energie ako slnečné žiarenie (25 %) a geotermická energia (35 %). Vďaka tomu sa spotreba plynu dramaticky znížila (údaje v tabuľke). Celková energetická úspora dosiahla v roku 2010 v porovnaní s rokom 2006 približne 75 %. Aj keď ide o značnú úsporu, toto číslo bolo ešte poznamenané dolaďovaním regulačného systému objektu. V roku 2011 sa potom dosiahla úspora až 87 %. Rekonštrukcia mala vplyv aj na emisie CO₂, ktoré sa znížili o 96 t/rok. Vykonaná modernizácia je tak príkladom toho, aké úspory energie a nákladov možno docieliť použitím moderných materiálov a systémových riešení.  

(sf)
Článok vznikol z podkladov spoločností BASF Slovensko, spol. s r. o., HKL-TB, s. r. o. a Viessmann, s. r. o.

Foto a obrázky: Dano Veselský, BASF Slovensko, HKL-TB, Viessmann

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.