České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní Ústav techniky prostředí

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní Ústav techniky prostředí Technická 4, Praha 6, tel Milos.Lain@fs.cvut.cz POSOUZENÍ NÁVRHU A PROVOZU TEPLENÝCH ČERPADEL PRO ZÁKLADNÍ ŠKOLU T.G. MASARYKA PRAHA 7 Objednal: Městská část Praha 7 Úřad městské části Praha 7 nábř. Kpt. Jaroše Praha 7 Vypracoval: Ing. Miloš Lain, Ph.D. Rozsah: Stran 7 přílohy 4 strany Datum: Prosinec 2016

2 1. Úvod Posudek zabývá posouzením návrhu a provozu tepelných čerpadel v Základní škole T.G. Masaryka Praha 7. V rámci posudku proběhla dvě místní šetření ( a ), byla prostudována projektová dokumentace a problematika konzultována s výrobcem tepelných čerpadel a provozovatelem systému měření a regulace. 2. Projekt Projekt rekonstrukce a rozšíření tepelných zdrojů objektu ZŠ Ortenovo náměstí, Ortenovo náměstí 1275/34, PRAHA 7- Holešovice byl zpracován firmou Stabro v roce V části vytápění je uvedeno: Na základě výpočtů od předpokládaného dodavatele vlastních tepelných čerpadel STIEBEL ELTRON je pro tento objekt navrženo osazení příslušného počtu tepelných čerpadel vzduchvoda.tepelná čerpadla jsou osazena na střechu objektu a budou odebírat teplo z okolního vzduchu. Odebírané teplo se přivede do samostatné místnosti v suterénu objektu (technologická místnost tepelných čerpadel). Zde se bude teplo předávat dále přes výměník tepla do stávajícího teplovodního systému objektu a přes další výměník tepla bude přednostním způsobem předehřívat TUV. Tepelná čerpadla jsou využívána pro vytápění objektu a pro předehřev TUV. Předpokládá se jejich provoz do venkovní teploty vzduchu cca +0 OC. Pod tuto hodnotu se pro vytápění objektu využije stávající zdroj tepla - parní přípojka z rozvodu teplárenské společnosti. Předpokládá se v malé oblasti kolem venkovní teploty cca +0 C kvůli omezené výstupní teplotě topné vody od tepelných čerpadel současný provoz tepelných čerpadel s přimícháváním topné vody od výměníkové stanice. Výměníková stanice dále zůstává jako vysokoteplotní zdroj tepla pro potřeby vzduchotechnických okruhů a pro případný dohřev TUV.Hydraulické zapojení v předávací stanici je navrženo tak, aby minimálně zasahovalo do stávajícího zapojení a aby v podstatě neměnilo stávající hydraulické poměry v teplovodní síti. Je konzultováno se specialisty na hydraulické vyvažování. Stávající výměníková stanice (především zapojení jednotlivých topných okruhů) je ponecháno beze změny s uvedením doporučení na její modernizaci. V suterénu objektu se navrhuje místnost technologie tepelných čerpadel. Je navržena v sousedství stávající místnosti výměníkové stanice. Její řešení respektuje budoucí eventuální využití ostatních prostor pro jiné účely (např. bazén). V místnosti technologie tepelných čerpadel se umístí zařízení nutné pro provoz tepelných čerpadel (výměníky tepla pro předávání tepla ze samostatného okruhu teplonosného média 2

3 tepelných čerpadel, expanzní nádoby, akumulační nádoby, sestava pro doplňování média do okruhu tepelných čerpadel, apod.). Předpokládá se před uvedením do provozu hydraulické vyvážení celého zapojení. Regulaci nového zdroje tepla - tepelných čerpadel - s jeho připojováním a odpojováním od stávajícího zdroje tepla výměníkové stanice - automaticky zajistí profese MaR (viz samostatný projekt). Vytápění jednotlivých místností se nezmění - do otopných těles bude dodávána ekvitermně regulovaná topná voda a doregulace tepelné pohody v místnosti se zajistí ovládacím prvkem na otopném tělese (termostatická hlavice, ruční hlavice). Navržené schéma je uvedeno v příloze 1 a specifikace v následující tabulce. Navržené schéma zapojení i dimenzování jednotlivých prvků nevykazuje zásadní problémy. 3

4 3. Stávající stav Realizace rekonstrukce a rozšíření tepelných zdrojů objektu ZŠ Ortenovo náměstí proběhla pravděpodobně v souladu s projektem. Na střeše budovy je osazeno 16 tepelných čerpadel Stiebel Eltron WPL 33které kromě poničené tepelné izolace připojení nevykazují žádné zjevné vady. Většina rozvodů a zařízení ve strojovně je v souladu s projektovou dokumentací, a to akumulační nádoby, oběhová čerpadla, regulační armatury a některé výměníky. Stávající stav zařízení se od projektovaného odchyluje ve dvou základních bodech. Na místo navrženého a pravděpodobně i původně namontovaného výměníku pro předehřev teplé vody Reflex RHC 150/50 s výkonem 140 kw o rozměrech 269x529x81 a připojení 4x 6/4 je osazen výrazně menší deskový výměník připojený pružným potrubím jehož parametry se nepodařilo bez deformace izolace zjistit, ale z rozměrů jak vnějších tak připojovacích je pravděpodobné, že se jedná o výměník výrazně menšího výkonu. Druhým základním nedostatkem je to, že regulační ventil (pozice 9), který má zajistit přepínání zdroje tepla mezi tepelným čerpadlem a horkovodním výměníkem není osazen el. pohonem a automatické přepínání je tím naprosto nefunkční. Nevíme, kdy došlo k těmto změnám, ale charakter připojení ukazuje, že pravděpodobně výměny výměníku byla provedena dodatečně. Z dostupných podkladů provozovatele vyplývá, že v roce 2014 byl servopohon nefunkční a jako takový byl odstraněn. 4

5 4. Provoz a měření Dle informací provozovatele systému měření a regulace vyplývá, že nefunkční servopohon byl řešen, spolu s dalšími opatřeními na zlepšení provozu systému při převzetí systému v dubnu 2015, ale nedošlo k realizaci opravy ani dalších opatření. V strojovně jsou v souladu s projektem osazeny kalorimetrické měřiče tepla s manuálním odečtem. Pro roky 2012 až 2013 byly nalezeny ruční záznamy stavu meřidla měsíční hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce Měsíc Stav Náměr červen GJ červenec GJ srpen GJ září GJ říjen GJ listopad GJ prosinec GJ leden GJ únor GJ březen GJ duben GJ květen GJ červen GJ červenec GJ září GJ říjen GJ Další data pro období 2014 až 2016 byla zpracována provozovatelem a jsou uvedena v příloze 2. Během místního šetření byl stav měřidla 2440,4 GJ. Z naměřených měsíčních spotřeb energie vyplývá, že v letech 2012 a 2014 bylo tepelnými čerpadly dodáváno poměrně značné množství tepla, což by odpovídalo očekávanému provozu kdy v přechodovém období (říjen) dodá tepelné čerpadlo většinu tepla pro budovu. V roce 2014 a začátkem roku 2015 už nebylo tepelných čerpadel vůbec využíváno. Dále v měsících červnu, září a říjnu 2015 je dodávka tepla ze systému tepelných čerpadel vyšší, k tomu došlo dle informací provozovatele měření a regulace, díky manuálnímu ovládání a přepínání. Od listopadu 2015 potom zajištují tepelná čerpadla jen minimální dodávku energie, která odpovídá předehřevu teplé vody. Pro vytápění, pravděpodobně díky nefunkčnímu servopohonu, nejsou tepelná čerpadla vůbec používána. 5

6 Stav tepelných čerpadel byl dle informace výrobce dobrý a při kontrolách v roce 2014 nebyly zjištěny žádné nedostatky ve vlastním provozu tepelných čerpadel, čerpadla byla v dobrém stavu s minimem provozních hodin. Výrobce přislíbil provedení místního šetření a ověření stávajícího stavu a doporučuje pravidelný servis a testování. Otopná soustava Dle dostupných informací je dalším problémem nedostatečné zregulování a vyvážení otopné soustavy. Pro maximální využitelnost tepelných čerpadle je třeba, aby otopná soustava pracovala s co nejnižší teplotou topné vody. Při správně zregulované a vyvážené otopné soustavě je v přechodovém období dostatečná výrazně nižší teplota vody nežli projektovaná a i v zimních měsících, díky obvyklému předimenzování otopných ploch lze často zajistit vytápění i s výrazně nižší teplotou topné vody než byla původně uvažována. Je-li však soustava nevyvážená mají některá otopná tělesa výrazně nižší průtoky vody a tím i výkon než jiná. Pro zajištění tepelné pohody je díky těmto tělesům (místnostem) třeba udržovat vyšší teploty topné vody, což není vhodné pro použití teplených čerpadel. Další problémy nastávají při rekonstrukcích a doplnění (dle informací nová větev pro vytápění auly). Když není zohledněn požadavek na nízkoteplotní vytápění dané zdrojem tepla tepelným čerpadlem, a nové otopné plochy jsou přesně navrženy pro vysokoteplotní vytápění nedokáží potom zajistit vytápění při nižší teplotě topné vody než na jakou byla navržena, na rozdíl od často předimenzovaných původních otopných ploch. Další změnou, ke které došlo po instalaci tepelných čerpadel byl přechod z parního na horkovodní zásobování teplem. Tato změna by neměla mít vliv na použití tepelných čerpadel, ale nelze vyloučit manipulace s komponentami během rekonstrukce. 6

7 5. Závěr Tato zpráva prokázala, že hlavní příčinou minimálního provozu tepelných čerpadel a tím i minimálních úspor tepla a provozních nákladů je nefunkční regulace díky absenci akčního členu servopohonu u přepínacího ventilu. Projekt a realizace instalace tepelných čerpadel nevykazuje zásadní pochybení. Pro optimální provozování je však klíčová správná funkce regulace a otopné soustavy, zaregulování systému a optimalizace regulačních algoritmů. Doporučuji proto: Osazení nového servopohonu případně servopohonů. Zaregulování a vyvážení otopné soustavy Natavení takových regulačních algoritmů, které maximalizují využitelnost tepelných čerpadel. Použité podklady: Dokumentace z roku 2009: REKONSTRUKCE A ROZŠÍŘENÍ TEPELNÝCH ZDROJŮ OBJEKTU ZŠ ORTENOVO NÁMĚSTÍ Ortenovo náměstí 1275/34, PRAHA 7- Holešovice Přílohy: Příloha 1. Schéma Příloha 2. Spotřeby energie - měření Příloha 3. Fotodokumentace 7

8 Příloha 1. schéma 8

9 Příloha 2. Spotřeby energie - měření r MT vstup VS vodoměr TV MT vstup TČ el.měr Vs Měsíc stav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednotka 8 0 GJ 3616 m3 GJ kwh GJ m3 GJ kwh GJ m3 GJ kwh GJ m3 GJ 6892 kwh GJ m3 GJ kwh r MT vstup VS vodoměr TV MT vstup TČ el.měr Vs Měsíc stav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednotka GJ m3 0 GJ kwh GJ m3 0 GJ kwh GJ m3 0 GJ kwh GJ m3 0 GJ kwh GJ m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh m GJ kwh r MT vstup VS vodoměr TV MT vstup TČ el.měr Vs Měsíc stav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednostav náměr jednotka GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ m GJ kwh GJ 0 kwh GJ 0 kwh GJ 0 kwh GJ 0 kwh GJ 0 kwh 9

10 Příloha 3. Fotodokumentace Teplená čerpadla na střeše objektu 10

11 Příloha 2. Fotodokumentace Strojovna 11

12