Vzájemná kombinace tepelných čerpadel a solární soustavy v městysi Lukavec

Úvod

Kombinace několika zdrojů energie se stala běžnou součástí ­návrhu moderních otopných soustav. Důvodů je hned několik. Jde ­zejména o požadavek investorů staveb na diverzifikaci zdrojů energie tak, aby uživatelé objektů nemuseli být závislí pouze na jednom ­zdroji energie a jednom dodavateli, dále to může být požadavek na ­instalaci zdrojů, jejichž efektivita se mění s jednotlivými ročními obdobími nebo režimy provozu a je nutné tedy operativně zvažovat výhodnost využití nebo sepnutí jednotlivých zdrojů při různých ­podmínkách.

V současnosti, kdy je velký důraz kladen na maximální využití obnovitelných zdrojů energie, je jejich vzájemná kombinace velmi výhodným způsobem jak dosáhnout optimálního provozu systému vytápění a přípravy teplé vody v objektech, tak i dosažení ­požadovaných úspor energie, potažmo i finančních ­nákladů na ­provoz celého systému.

Základní a mateřská škola – městys Lukavec

V rámci rekonstrukce a požadavku na snížení energetické spotřeby a ekologické zátěže objektu základní a mateřské školy v městysi Lukavec byl stávající, energeticky nevyhovující zdroj pro vytápění a přípravu teplé vody doplněn o energeticky úspornější a ekologicky šetrnější systém, kombinace tepelných čerpadel země – voda a ­solární soustavy. Jako stávající zdroj energie v objektu sloužily dva kotle na lehký topný olej (LTO) s celkovým výkonem 450 kW.

Původní objekt, v současné době využíván jako první stupeň ­základní školy, byl zrekonstruován a zateplen, nově postavená část druhého stupně školy již byla stavěna jako energeticky úsporná. Otopná soustava v objektu, původně dimenzovaná na vysokoteplotní zdroj energie, byla ponechána stávající. Zateplením objektu a tedy snížením tepelných ztrát, vyhověla původní desková otopná tělesa a celá soustava nově doplněným nízkoteplotním zdrojům. Původní kotle na LTO byly v soustavě ponechány jako bivalentní zdroj energie.

V objektu byla nově instalována dvě tepelná čerpadla Alpha Innotec SWP 670 typu země – voda, každé o výkonu 67,6 kW při podmínkách B0/W35 s topným faktorem 4,2. Primární okruh tepelných čerpadel tvoří 24 zemních hlubinných vrtů v délkách 90 m a 100 m (celková délka 2,3 km). Jednotlivé vrty jsou rovnoměrně rozmístěny po vnitřním obvodu běžecké dráhy přilehlého školního hřiště.

Dalším instalovaným zdrojem energie je solární soustava. Pro energetické potřeby objektu bylo navrženo a instalováno 45 m² plochých slunečních kolektorů (20 ks kolektorů KPS11) na jihojihozápadní fasádu školy pod sklonem 70°. Akumulace energie z tepelných čerpadel a solární soustavy je řešena v typové kombinované akumulační nádrži o celkovém objemu 1500 l, s dvěma integrovanými trubkovými výměníky pro připojení solární soustavy, jedním nerezovým trubkovým výměníkem pro průtokovou přípravu teplé vody a stratifikačním válcem pro zlepšení teplotního rozvrstvení v nádrži.

Tepelná čerpadla, navržena jako hlavní zdroj pro vytápění a přípravu teplé vody v objektu, jsou zapojena přímo do akumulační nádrže, ze které jsou následně napojeny jednotlivé otopné okruhy v objektu. V nádrži je současně realizován předehřev teplé vody průtokovým způsobem. Dohřev TV je řešen ve stávajícím elektrickém zásobníku o celkovém objemu 1000 l.

Solární soustava je do systému zapojena přes dva integrované trubkové výměníky v horní a spodní části akumulační nádrže. Pokud je v akumulaci dosaženo požadovaných teplot, je přebytek solární energie využíván pro regeneraci primárního okruhu tepelných čerpadel. Jelikož velikost integrovaných výměníků v nádrži neodpovídá maximálnímu ­výkonu solárního systému, je vratná kapalina do kolektorů vedena přes ­externí deskový výměník, kde dochází k dochlazení na teploty ­blízké teplotě dolní části akumulační nádrže.

Dochlazovací výměník je ­navržen pouze pro využití zbytkového tepla, které se nestačí ­předat ve výměnících akumulační nádrže, má cca ¼ velikost než by tomu bylo v případě klasického zapojení solární soustavy pouze přes ­externí výměník tepla.