Energetická studie proveditelnosti

Transkript

1 Energetická studie proveditelnosti Tábor Jana Ámose Komenského Českobratrská církev evangelická Rekreační středisko Běleč nad Orlicí 121 Obr. 1 Letecký snímek na areál tábora Obr. 2 Mapa areálu s vyznačenými objekty: hlavní budovou a budova s hygienickými sociálními zařízeními pro chaty a kemp

2 ÚVOD S rostoucími cenami energie z konvenčních zdrojů, zhoršujícím se životním prostředím a ubývajícími zdroji fosilních paliv se začínají čím dál více prosazovat technologie využívající obnovitelné zdroje energie a energeticky úsporná opatření. Vyspělé země bez výrazných zásob fosilních paliv, a s environmentální politikou si uvědomují nutnost přechodu k tak zvané sluneční strategii, což není nic jiného než využívání obrovského energetického potenciálu sluneční energie v různých podobách. Každý dům by měl být stavěn nebo rekonstruován zejména s ohledem na jeho energetickou náročnost. Cena stavby a realizace objektu je výrazně nižší ve srovnání s provozními náklady budovy v průběhu jejího života. Z tohoto hlediska by se mělo přistupovat ke každé realizaci podobného projektu. POPIS STÁVAJÍCÍHO STAVU LOKALITA Areál rekreačního střediska Tábor Jana Ámose Komenského se rozkládá 10 km na východ od Hradce Králové v oblasti mírného pásma z hlediska potřeb na vytápění s výpočtovou teplotou -12 C. Z hlediska slunečního záření je lokalita spíše nadprůměrná v porovnání s dalšími lokalitami ČR, v této oblasti dopadá přibližně 1100 kwh/m 2 /rok globálního slunečního záření na vodorovnou rovinu. Tábor se nachází v blízkosti meandrů řeky Orlice a několika vodních ploch, které mohou v přechodných obdobích způsobovat mlhy a inverze. BUDOVY Celý areál má relativně rozlehlou a decentralizovanou strukturu, skládá se z několika samostatných objektů, chatové oblasti a samostatných sociálních zařízení. Všechny budovy jsou z hlediska stavebního v udržovaném stavu, ale bez zásadních investic v posledních letech. Charakter použitých materiálů a stavebních přístupů z doby výstavby, předurčuje celkový charakter areálu jak po stránce estetické a užitné, tak po stránce technického zařízení budov. Z energetického hlediska jsou jednotlivé objekty vytápěny a zásobovány teplou užitkovou vodou samostatně. Hlavním zdrojem energie celého areálu je el. energie a jako doplněk je v hlavní budově částečně využíván zemní plyn zejména pro ohřev TV. Pro vytápění většiny prostor jsou použity přímotopy nebo el. akumulační kamna bez centrálního řízení a kontroly.

3 PROVOZNÍ CHARAKTER AREÁLU Hlavní budova Nejdůležitějším objektem celého areálu je hlavní budova s užitnou plochou cca 2x500 m 2 ve dvou podlažích, která disponuje kuchyní pro celý areál, ubytovací kapacitou 50 lůžek, společenskou místností a letní jídelnou. V hlavní budově je také byt správce se samostatným teplovodním ústředním topením a elektrokotlem. Hlavní budova je z 80 % vytápěna elektrickými přímotopy a jen část kuchyně a společenské místnosti je vytápěna ústředním topením a plynovým kondenzačním kotlem. Ohřev TV je řešen převážně plynovým ohřívačem o objemu 400 litrů a výkonu 32 kw bez cirkulace TV, dále jsou v hlavní budově tři elektrické zásobníky TV o objemu litrů, které jsou využívány jen částečně. Obr. 3 Jihozápadní fasáda hlavní budovy s téměř plochou střechou Sedmikův pavilon Další budovou areálu je samostatný objekt, kde je ubytován personál a kde se nachází společenská místnost, tento objekt nepředstavuje zásadní spotřebu v rámci celého areálu. Souchatí Samostatný objekt navazujících samostatných chat bez sociálního zázemí a bez vytápění s kapacitou 50 lůžek. Chaty jsou využívány pouze v letní sezóně a návštěvníci mají k dispozici externí letní hygienické zázemí. Hesova chata Opět samostatný objekt po rekonstrukci pro 8 lůžek v několika místnostech s přímotopy a vlastním zázemím, objekt je možné vytápět kamny na dřevo.

4 Obr. 4 Hesova chata Další objekty Další významnou část areálu představují samostatné chaty s 50 lůžky a akumulačními elektrickými kamny, které nemají vlastní sociální zařízení. Dále je zde ubytovna pro personál, stanová místa a samostatná budova s hygienickými zařízeními. Samostatná budova hygienického zázemí rozdělená na muže a ženy má 2x5 sprch a 2x10 umyvadel a toalet. Teplá užitková voda je ohřívána v elektrických zásobnících o objemu 8x160 l. UŽIVATELSKÝ CHARAKTER AREÁLU Celý areál je využíván celoročně a celková kapacita 150 lůžek je částečně sezónní. Celkově je v areálu ubytováno s plnou penzí lidí za rok, což představuje zejména velké nároky na ohřev TV v letní polovině roku kdy je areál nejvíce využíván. Přibližně polovinu spotřeby TV vykazuje hlavní budova se svými 50 lůžky a velkokapacitní kuchyní, která připravuje plnou penzi pro všechny hosty areálu, druhou polovinu představují samostatná hygienická zařízení až pro 100 hostů, která jsou využívána zejména v letní polovině roku. Obr. 5 Nevytápěné chaty pro letní využití o kapacitě 50 lůžek

5 POSOUZENÍ STÁVAJÍCÍHO STAVU Z energetického hlediska lze posuzovat dvě hlavní energetické potřeby vytápění a ohřev TV. Vytápění realizované převážně přímotopy a elektrickými akumulačními kamny v samostatných chatách není z hlediska environmentálního a ekonomického nejvhodnějším řešením. Revitalizaci topného systému by mělo smysl řešit zejména v hlavní budově, kde by bylo nezbytné instalovat teplovodní otopnou soustavu, centrální zdroj vytápění a nadřazenou zónovou regulaci pro lepší ovládání a řízené vytápění jednotlivých pokojů. Zdrojem tepla by mohl být kondenzační plynový kotel nebo tepelné čerpadlo vzduch/voda. Aby značné investice do ušlechtilého topného systému byly efektivní bylo by nezbytné nejprve investovat do pasivního opatření snižujícího tepelné ztráty objektu zateplení obálky budovy a výměny dosud nevyměněných oken a dveří. Náklady do takovéto revitalizace by však představovali značné investiční prostředky, které vzhledem ke skutečným nákladům na vytápění nepředstavují ekonomické řešení. Proto navrhujeme postupné vylepšování obálky budovy formou lepšího zateplení stěn a půdy a výměnu nevyhovujících výplní. Snížení energetické náročnosti touto pasivní cestou by mělo zajistit ekonomickou udržitelnost. Druhou kapitolou je ohřev TV, který je v celém areálu, vzhledem k charakteru využívání, enormní. Spotřeba TV v hlavní budově, kde se připravuje plných penzí, a kde je ubytovací kapacita 50 lůžek si zaslouží změnu. Dalším opatřením, které by mohlo napomoci ke snižování spotřeby při vytápění, by mohla být účinná regulace a centrální monitoring jednotlivých přímotopů a elektrických topidel v rozlehlém areálu, kde se požadavky mění s vytížením a charakterem ubytovávání na kratší časové úseky. Ohřev teplé užitkové vody je nezanedbatelnou položkou v celkové energetické náročnosti budov, jedná se o energii s relativně nízkou teplotní hladinou, a lze proto na její ohřev použít sluneční kolektory. Termální sluneční kolektory jsou jedním ze základních prvků, kterými by měly být vybaveny všechny budovy se spotřebou teplé užitkové vody. I v meteorologických podmínkách České republiky lze produkovat slunečními kolektory dostatek energie, která zajistí návratnost vložených investic do solárních systémů, jejichž životnost je delší než 30 let. Dále se nabízí vzhledem k charakteru převažujícího elektrického vytápění instalace fotovoltaického solárního systému, který by dodával el. energii do vnitřní el. sítě a napomáhal tak snižovat náklady na el energii. Vzhledem k současné nulové investiční a provozní podpoře státu do těchto technologií a nesoučasnosti poptávky a nabídky je ekonomika těchto investic v současné době nezajímavá i vzhledem ke zvýhodněné ceně za odběr velkého množství elektrické energie od distributora. Vzhledem k vyšší účinnosti fototermálních solárních systémů a významné spotřebě teplé užitkové vody v posuzovaném areálu doporučuji investovat zejména do této technologie, která by na rekreačních střediscích tohoto typu neměla chybět.

6 SOLÁRNÍ SYSTÉM PRO OHŘEV TV V HLAVNÍ BUDOVĚ Obr. 6 Fototermické sluneční kolektory ploché selektivní kolektory a vakuové trubicové kolektory CPC POPIS SYSTÉMU Solární systém bude sloužit k ohřevu teplé užitkové vody. Solární systém se skládá z kolektorového pole, které transformuje sluneční záření na tepelnou energii topného média, nemrznoucí kapaliny, která předá svůj energetický obsah solárním zásobníkům. Předřazené solární zásobníky jsou dohřívány ve stávajícím plynovém ohřívači. Veškerá teplá užitková voda v areálu hlavní budovy by měla být využívána z této soustavy a stávající el. zásobníky teplé užitkové vody by měly být odstraněny. Dále je důležité, aby byla pokud možno v maximální míře využívána tato Sluncem ohřátá teplá užitková voda pro veškeré požadavky na TV v areálu, tedy i jako technologické teplo pro myčky, pračky a další zařízení zejména v kuchyni. Solární systém bude o to efektivnější, o co bude více využíván. KOLEKTORY NA STŘEŠE Kolektorové pole bude instalováno na jihozápadní střechu pod úhlem 35 od vodorovné roviny. Kolektory budou umístěny na samostatné konstrukci ve třech polích po osmi kolektorech. Nosná konstrukce je tvořena hliníkovými profily a spojovacími prvky z nerezavějící oceli, což zajišťuje dlouhý a bez údržbový provoz. Upevnění je konstruováno v souladu se střešním pláštěm, tak aby byla plně zajištěna jeho funkce. Konstrukce je upevněna originálními konstrukčními prvky k nosným vazníkům tvořícím konstrukci střechy. Pro systém budou použity ploché selektivní kolektory.

7 Obr. 7 Kompozice slunečních kolektorů na plechové střeše hlavní budovy PRIMÁRNÍ A SEKUNDÁRNÍ OKRUH SOLÁRNÍHO SYSTÉMU Vzhledem k celoročnímu provozu bude primární okruh solárního systému pracovat s nemrznoucí kapalinou Solaren s bodem tuhnutí při -30 o C. Kolektorové pole bude s výměníky tepla propojeno potrubím Cu 28/1 (Cu22/1). Měděné potrubí je tepelně izolováno vysokoteplotní izolací ARMAFLEX s UV ochranou, Primární potrubí bude vybaveno vybaveno odvzdušňovacími ventily a armaturami pro plněná a vypouštění primárního okruhu. Primární okruh je vybaven expanzní nádobou pro eliminaci velkých teplotních rozdílů teplonosné kapaliny. NAVRHOVANÝ KOLEKTOR TS500 Parametry TS500: rozměr: 2009 x 1259 x 74 mm (výška x šířka x tloušťka) účinná plocha absorbéru: 2,26 m 2 hmotnost: 44,6 kg náplň: 1,72 l stagnační teplota (1000W/m 2,30 C): 196 C min. roční energetický zisk (RAL UZ 73): 525 kwh/m 2 /rok Obr. 8 Plochý termický kolektor TS 500 ŘÍZENÍ A REGULACE Solární systém bude řízen diferenciálním digitálním regulátorem se dvěma výstupy, které budou řídit oběhové čerpadlo primárního okruhu na základě porovnávání výstupní teploty z kolektorů a teploty v solárních zásobnících s proměnným průtokem podle slunečního záření. Druhý výstup bude řídit cirkulační čerpadlo pro promíchávání zásobníků v případě, že jsou solární zásobníky nahřáty na vyšší teplotu než je teploto v dohřívacím plynovém zásobníku.

8 ENERGETICKÝ A EKONOMICKÝ PŘÍNOS Je velmi obtížné bez přesných údajů o reálné spotřebě TV a charakteru spotřeby v průběhu roku určit skutečný energetický přínos solárního systému. Dle dodaných vstupních dat a charakteru spotřeby byla nadimenzována a optimalizována velikost solárního systému viz výkresová dokumentace a položkový rozpočet. Pro uvažovanou spotřebu litrů TV/den v areálu hlavní budovy pak vycházejí následující parametry: n t ep t es G T,m η k H T,den H T,měs Q k,u Q p,tv Q p,c Q ss,u kwh/ dny Měs. C C W/m 2 - m 2 /den kwh/m 2 kwh kwh kwh kwh ,5 2, ,43 0,90 27, , ,51 1,62 45, ,2 6, ,59 2,81 87, ,8 12, ,65 3,75 112, ,6 16, ,68 4,8 148, ,3 20, ,71 5,32 159, ,2 22, ,72 5,19 160, ,6 22, ,72 4,54 140, ,9 19, ,69 3,56 106, ,4 13, ,62 2,03 62, ,2 7, ,51 1,02 30, ,2 3, ,41 0,66 20, Sum Měrný Stupeň Celkový solární solární 504 kwh/m 2 /rok pokrytí 58% zisk: zisk: spotřeby: kwh/rok Tab. 1 Energetická bilance navrhovaného solárního systému ZÁVĚR Uvažujeme-li s předpokládanými náklady na investici pak vychází vzhledem k energetickým přínosům solárního systému cena solárního tepla za uvažovaných 20 let provozu solárního systému: 1,33 Kč/kWh. Neuvažované provozní náklady spojené s údržbou pokryje pravděpodobný nárůst cen energií a pravděpodobná delší životnost sl. kolektorů než je 20 let. Obr. 9 Pokrytí předpokládané spotřeby TV v průběhu roku