Družstení závody Dražice-strojírna s.r.o.
Príspevok sa venuje komplexnej obnove bytového domu v meste Gelnica, ktorého súčasťou bol návrh nového zdroja tepla a to tepelných čerpadiel vzduch/voda F2300-20 od firmy NIBE. Tepelné čerpadlá slúžia na výrobu tepla pre vykurovanie a prípravu teplej vody. Pokrývajú 98 % energetického pokrytia potreby tepla, zvyšok dodáva bivalentný zdroj tepla. V danom článku sa budeme venovať tomuto systému z pohľadu návrhu a samotnému porovnaniu medzi pôvodným a navrhnutým stavom.
1. Úvod
Behom komplexnej obnovy bytového domu bolo po dohode s majiteľmi bytov vykonané zateplenie fasády, strechy, výmeny okien a hlavne zdroja tepla. Objekt bol odpojený od sústavy centralizovaného zásobovania teplom (CZT) z dôvodu nespokojnosti obyvateľov s týmto zdrojom a ako náhrada bol navrhnutý systém obnoviteľných zdrojov energie a to tepelných čerpadiel, ktoré mali výrazne ušetriť mesačné náklady obyvateľom bytového domu.
2. Identifikačné údaje objektu
Bytový dom sa nachádza v meste Gelnica, v zastavanej sídliskovej časti. Do užívania bol odovzdaný v roku 1978, čo predstavuje 40 rokov. Bytový dom je samostatne stojaci 9-podlažný objekt pričlenený k susednému bytovému domu jedným rohom na štítovej stene prostredníctvom dilatačnej škáry.
Pôdorys bytového domu má pravidelný obdĺžnikový tvar s rozmermi 25,65 m x 16,20 m. Vybudovaný bol v stavebnej sústave PS 82 PP. Priestorový oporný systém priečnych a pozdĺžnych nosných stien je v základnom module 3600 mm. Obvodový plášť je sendvičový v hrúbke 300 mm, zložený z vnútornej betónovej vrstvy, tepelnoizolačnej vrstvy z polystyrénu a vonkajšej ochrannej betónovej membrány. Strecha je plochá jednoplášťová s dvoma vnútornými dažďovými vpustami.
Obr. 1 Bytový dom pred obnovou (vľavo), po obnove (vpravo)
Parametre bytového domu:
Zastavaná plocha: 415,53 m2
Obostavaný objem: 9 661,68 m3
Merná plocha: 2 358,00 m2
Celkový počet podlaží: 9
Počet obytných podlaží: 8
Konštrukčná výška podlaží: 2,80 m
Celkový počet bytových jednotiek: 32 (8 NP x 4 BJ)
Celkový počet loggií: 32
2.1 Rozsah obnovy bytového domu
Na základe energetického hodnotenia sa v roku 2014 vydalo stavebné povolenie pre komplexnú obnovu bytového domu v tomto rozsahu:
- zateplenie obvodového plášťa (EPS 70 F hr. 140 mm, nad výškou 22,40 m bola použitá minerálna vlna),
- odstránenie systémovej poruchy panelovej sústavy PS 82 PP,
- výmena otvorových konštrukcií (plastové päťkomorové izolačné dvojsklo),
- zateplenie stropu v technickom podlaží (1. NP),
- sanácia loggií s výmenou zábradlí,
- obnova strešného plášťa a navýšenie tepelnej izolácie (EPS Roof 150 S hr. 80 mm a 70 mm),
- výmena výťahu,
- výmena rozvodov zdravotechniky a plynu,
- obnova ostatných povrchov v spoločných priestoroch bytového domu,
- odpojenie sa od CZT a inštalácia vlastného zdroja tepla (tepelné čerpadlá NIBE F2300-20 v počte 4 ks)
- NN prípojka elektrickej energie a odberné elektrické zariadenie.
2.2 Technické parametre pôvodného zdroja tepla CZT
Bytový dom od začiatku užívania v roku 1978 bol napojený na CZT. CZT je súčasťou tepelnej siete vybudovanej na zabezpečenie dodávok tepla a teplej vody obyvateľom určitej lokality. Je to sústava potrubí, prostredníctvom ktorej sa teplonosnou látkou dopravuje tepelná energia od výrobcu k spotrebiteľovi. Je to teda komplex objektov a zariadení pre dopravu tepla z centrálnych zdrojov k odberateľom tepla, nezávislé na ich výkone, charaktere a spôsobe využitia tepla. V rámci komplexnej obnovy bytového domu sa v roku 2015/2016 bytový dom odpojil od CZT a napojil sa na vlastnú novo vybudovanú kotolňu. Pôvodný teplotný spád bol navrhnutý: 80/60 °C.
Obr. 2 Vonkajšie jednotky TČ vzduch/voda umiestnené na streche
2.3 Technické parametre novej strojovne s tepelnými čerpadlami
Novým zdrojom tepla sú 4 ks tepelných čerpadiel vzduch/voda NIBE F 2300-20, ktoré sú umiestnené na streche bytového domu, viď obr. 2. Zdrojom nízkopotenciálneho tepla je v tomto prípade vzduch. Chladivo tepelného čerpadla je R 407C. Vykurovací systém v objekte je teplovodný s núteným obehom vykurovacej vody. Pre vykurovanie bytového domu sa navrhol teplotný spád 55/45°. Potreba energie na vykurovanie a ohrev teplej vody za rok 2014 bol 260 000 kWh, pre oblasť s výpočtovou teplotu -15 °C, je potrebný výkon 59 kW. Tepelný výkon tepelných čerpadiel podľa EN 14511 bude pri -7°C/55 °C 4 x 15,2 kW = 60,8 kW. Ako doplnkový zdroj je do vykurovacej sústavy inštalovaný elektrokotol Protherm Raja o výkone 28 kW, ktorý slúži ako bivalentný zdroj pre dohrev za nízkych teplôt vonkajšieho vzduchu. Bivalentný zdroj je umiestnený spolu s technológiou strojovne v technickej miestnosti na 1. NP. Celý systém je znázornený na schéme zapojenia, obr. 3.
Obr. 3 Schéma zapojenia nového zdroja tepla – tepelných čerpadiel vzduch/voda
Ročná predpokladaná potreba energie tepelným čerpadlom:
- potreba elektrickej energie TČ cca 70 000 kWh/rok
- COPTČ : 3,02; predpokladané sezónne SPFTČ = 2,94
Pre riadenie zdroja tepla a obehových čerpadiel je použitý regulátor NIBE SMO 40. Sústava je riadená ekvitermickým reguláciou. Regulácia riadi zdroj tepla, ovláda obehové čerpadlá, elektrokotol s kaskádovým spínaním a ohrev TV.
Príprava teplej vody je riešená zásobníkovým ohrevom. Zásobníkové ohrievače sú navrhnuté 3 x OKC 500 NTR/HP s elektrickou výhrevnou vložkou s výkonom 9 kW. Regulácia TV bude podľa teploty vody v zásobníku regulovať prietok.
3. Energetická, ekonomická a environmentálna analýza objektu
Z dostupných údajov o spotrebách a cenách za energie sa vyhodnotil stav pred a po inštalácii nového zdroja tepla, viď Tab. 1. Toto porovnanie ukazuje ako veľmi sa zmenila spotreba energie a náklady spojené s odpojením sa od CZT a inštalovaním tepelných čerpadiel. Odhadovaná hrubá návratnosť systému sa odhaduje na necelých 9 rokov.
Tab. 1 Porovnanie energií a nákladov pred a po obnove bytového domu
Tab. 2 Zníženie uhlíkovej stopy inštalovaním tepelných čerpadiel vzduch/voda
V tab. 2 je porovnanie systémov z pohľadu úspor CO2. Uvedené porovnanie z pohľadu užívateľa nebýva zväčša zaujímavé nakoľko nenesie pre neho žiadny osoh, ale z pohľadu a dopadu na životné prostredie je to veľmi zaujímavým ukazovateľ ako vieme zredukovať uhlíkovú stopu vhodným výberom zdroja tepla.
Rozsah obnovy je priamo úmerný rozsahu finančných prostriedkov nevyhnutných na jej realizáciu. Charakteristickým znakom pri komplexnej obnove bytového fondu je spájanie jednotlivých zdrojov financovania a vypracovanie optimálneho modelu financovania. Rozpočtový náklad v tomto prípade bol stanovený vo výške 369 923,00 €. V tab. 3 je jeho podrobnejší popis.
Tab. 3 Rozpočtový náklad komplexnej obnovy bytového domu
4. Hlavné výhody a pozitíva zmeny zdroja tepla
- Výroba tepla pre vykurovanie a prípravu TV z obnoviteľných zdrojov pokrýva 98 % požadovanej potreby tepla počas roka (špičkové výkony sa vykrývajú spoločne s elektrokotlom cca 2 %).
- Nezávislosť od sústavy CZT a neobnoviteľného zdroja energie – zemného plynu.
- Online monitoring spotrieb energie na vykurovaní a prípravy TV.
- Online monitoring prevádzky TČ vzduch/voda a všetkých parametrov súvisiacich z výrobou tepla pre bytový dom.
- Vďaka komplexnej obnove budovy zníženie teplotného spádu z pôvodného 80/60 °C na 55/45 °C so zachovaním pôvodného radiátorového systému.
- Zníženie nákladov domácnosti priemerne o 36,7 € za mesiac.
- Do 9 rokov predpokladaná návratnosť investície.
- Zníženie hodnoty CO2 o 45,5 tony za rok.
5. Fotodokumentácia
Na nasledujúcich obrázkoch je odfotografovaná samotná technológia strojovne tepelných čerpadiel a umiestnenie vonkajších jednotiek NIBE F2300-20 v počte 4 ks. V rámci strojovne je vidieť navrhnuté zásobníky TV – 3 ks OKC 500 NTR/HP a akumulačné zásobníky NAD 1000 v1 v počte 2 ks.
Obr. 4 Pohľad na tepelné čerpadlá vzduch/voda F2300-20
Obr. 5 Strojovňa – pohľad na zásobníky TV, reguláciu SMO 40 a elektro rozvodňu
6. Záver
Na záver môžeme konštatovať že komplexná obnova bytového domu má jasný pozitívny prínos pre majiteľov bytov. Náklady na teplo boli znížené cca o 58 % na základe, čoho vychádza priaznivá návratnosť systému. Správne použitá technológia a kvalitné materiály sú zárukou návratnosti vynaložených finančných prostriedkov na komplexnú obnovu bytového domu.
Ing. Lukáš Živner, PhD., DZ Dražice-strojírna s. r. o., Divízia NIBE ENERGY SYSTEMS
Dražice 69, 294 71 Benátky nad Jizerou, e-mail: lukas.zivner@nibe.sk
Literatúra:
[1] STN EN 15316 4-2 Vykurovacie sústavy v budovách. Metóda výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Časť 4-2: Priestorové systémy výroby tepla, systémy tepelného čerpadla. 2008.
[2] STN EN 14825 Klimatizačné jednotky, jednotky na chladenie kvapalín a tepelné čerpadlá s elektricky poháňanými kompresormi na vykurovanie a chladenie. Skúšanie a hodnotenie pri podmienkach čiastočnej záťaže a výpočet sezónnej účinnosti, 2014.
[3] STN EN 15450 Vykurovacie systémy v budovách. Navrhovanie vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami, 2007.
[4] Skalíková I., Prevádzkové podmienky tepelných čerpadiel pri KOBD. 27. medzinárodná konferencia „Vykurovanie 2019 – Smart technológie a inovácie pri zásobovaní teplom“, 2019.
[5] Podklady firmy NIBE – zdroj www.nibe.sk
[6] Podklady firmy EPITREND – zdroj www.epitrend.sk
