organizowany przez Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła w 2012 r. Konkurs POLEKO 3x20 organizowany przez Polskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła w 2012 r.

Kielce, al. Solidarności 36 Park Biurowy Astra Park Kielce, al. Solidarności 36

Astra Park Dane budynków: Powierzchnia wynajmowana 16 200 m2 Siedziba spółek giełdowych : Echo Investment S.A., Cersanit S.A., Barlinek S.A. Rok oddania do użytku: 2007 r.

Instalacja grzewczo – klimatyzacyjna typu Water Loop Heat Pumps (WLHP) w biurowcach Astra Park w Kielcach

Założenia projektowe: Maksymalnie niskie koszty inwestycyjne Zapewnienie komfortu termicznego i niezależnej regulacji w poszczególnych pomieszczenia. Niskie koszty eksploatacyjne – budynek budowany na własne potrzeby. Możliwość optymalnego zarządzania i sterowania mikro-źródłami energii (poszczególne pokoje biurowe) z poziomu systemu BMS.

Teza projektowa: Większość budynków biurowych w trakcie eksploatacji generuje własną energię, której nadmiar w konwencjonalnych systemach grzewczych jest bezpowrotnie emitowany poza budynek do Środowiska

W systemie WLHP stosującym pompy ciepła typu woda / powietrze - energia własna budynku jest przechwycona i wykorzystana w zamkniętym obiegu wodnym. Obieg ten służy jako magazyn energii cieplnej. Im większa instalacja tym więcej może zakumulować energii odpadowej.

Wszystkie pomieszczenia są chłodzone - lato

Wszystkie pomieszczenia są ogrzewane - mroźna zima

Jednoczesne ogrzewanie i chłodzenie – pory przejściowe

Poziom równowagi cieplnej uzyskuje się przy temperaturze wody w obiegu zamkniętym w przedziale około 18 – 36 0C. Poniżej granicznej temperatury (w zimie) energia cieplna jest dostarczana ze źródła ciepła do obiegu wodnego, tak aby utrzymać ją na zadanym poziomie. Powyżej temperatury granicznej (w lecie) nadmiar ciepła jest usuwany z wody za pomocą chłodni wentylatorowych, tak aby nie przekroczyć 36 0C. Przedział temperaturowy pomiędzy 18 – 36 0C dla wody w obiegu zamkniętym gwarantuje pełną funkcjonalność każdej pompy ciepła w obiegu, co oznacza że każda pompa w zależności od potrzeb może dostarczyć ciepłe lub zimne powietrze do pomieszczenia.

Źródło ciepła w biurowcach Astra Park   Każdy z trzech budynków wyposażony jest w kondensacyjną kotłownię gazową, każda o mocy 264 kW. Zasilają one instalacje c.o., przygotowania c.w.u., c.t. na potrzeby wentylacji oraz c.t. na potrzeby podgrzewania obiegu pomp ciepła. Zwraca uwagę mała moc źródła ciepła (kotłowni) w stosunku do kubatury ogrzewanej. Jest ona na poziomie około 50 % obliczeniowych strat ciepła przez przegrody. Uzasadnieniem jest dodanie do bilansu mocy grzewczej ciepła wytwarzanego przez sprężarki wszystkich pomp ciepła. Ciepło to jest przekazywane do pętli wodnej i odpowiednio wykorzystywane.

Źródło chłodu   Głównym źródłem chłodu w omawianej instalacji są wieże chłodnicze zraszane, typu zamkniętego. Obliczeniowe moce wież chłodniczych: dla budynku I i III - 860kW dla budynku II - 970kW. Wieże zlokalizowane są na dachach budynków w przestrzeni wydzielonej ekranami akustycznymi. Wieże dobrane zostały na sumę mocy chłodniczych i elektrycznych pomp ciepła. W zamkniętym obiegu hydraulicznym wybrano bezpieczny wariant odseparowania instalacji poprzez wymiennik płytowy. Wieże chłodnicze pracują przy wykorzystaniu 30 %-ego roztworu wody z glikolem dla ochrony przed zamarzaniem w zimie.

Źródło chłodu dla central wentylacyjnych   Dodatkowym źródłem chłodu na potrzeby chłodzenia powietrza w centralach klimatyzacyjnych w lecie są agregaty chłodnicze typu woda/glikol. Parowniki tych urządzeń schładzają roztwór glikolu kierowany do chłodnic central klimatyzacyjnych. Skraplacze agregatów omywane są tą samą wodą instalacyjną co pompy ciepła, a odebrane ciepło kierowane jest na wieże chłodnicze, tak jak z piętrowych instalacji pomp ciepła. Agregaty chłodnicze mają również funkcję odwracalnego obiegu termodynamicznego (pompa ciepła) i mogą służyć do wstępnego podgrzewania świeżego powietrza w zimie.

System dostarczania świeżego powietrza do biurowców Każdy budynek wyposażono w centralę klimatyzacyjną nawiewno-wywiewną o wydajności około 30 000 m3/h pracującą na potrzeby powierzchni biurowych. Dodatkowo środkowy budynek posiada niezależną centralę o zmiennym przepływie powietrza i wydajności 12 000 m3/h, obsługującą kompleks sal konferencyjnych i współpracującą z regulatorami przepływu typu VAV.

Jednym z kluczowych i nowatorskich rozwiązań instalacyjnych z punktu widzenia oszczędności energetycznych, zastosowanych w omawianym kompleksie biurowym było powiązanie instalacji WLHP z instalacją podgrzewania świeżego powietrza w centralach klimatyzacyjnych. Jak można było zobaczyć na schemacie, woda technologiczna dla pomp ciepła powracająca z instalacji przed skierowaniem do wymiennika ciepła woda/glikol (i dalej do wieży chłodniczej) jest podbierana i kierowana do nagrzewnic central klimatyzacyjnych.

Jeżeli powracająca z instalacji pomp ciepła woda ma zbyt niską temperaturę (poniżej 23ºC) – układ wtryskowy obiegu kotłowego (50 - 60ºC) poprzez zawór trójdrogowy podgrzewa wodę kierowana do nagrzewnicy do wymaganej temperatury. Taka sytuacja w praktyce zdąża się jedynie przy niskich temperaturach zewnętrznych poniżej 00C lub zaraz po przejściu instalacji ze stanu obniżonego komfortu nocnego na tryb dzienny. Powoduje to, że przygotowanie ponad 100 000 m3/h świeżego powietrza w centralach klimatyzacyjnych kompleksu biurowego praktycznie nie wymaga zewnętrznego wydatku energetycznego, wykorzystując wewnętrzne zyski ciepła oraz ciepło wytworzone podczas pracy sprężarek pomp ciepła.

Wykorzystanie ciepła odpadowego z chłodzenia serwerowni W omawianych budynkach serwerownie poszczególnych budynków są klimatyzowane również pompami ciepła włączonymi do pętli WLHP. Różnica polega na tym, że pompy te są zlokalizowane poza pomieszczeniami serwerowni ze względu na ryzyko zalania serwerów wodą. Włączenie do pętli WLHP urządzeń chłodzących cały rok powoduje możliwość przejęcia dużych ilości ciepła odpadowego i jego wykorzystania. Tym samym pozwala to na redukcję ilości ciepła pobieranego ze źródła (kotłowni).

Zalety systemu WLHP Pełny komfort cieplny Użytkowników porównywalny do fan-coili 4-rurowych; Niezależna regulacja temperatury w każdym wydzielonym pomieszczeniu; Wysoka efektywność pomp ciepła (dla trybu grzania COP = 4.8 – 5.0); Ograniczenie zużycia energii cieplnej = niższe koszty eksploatacyjne; Transport energii odpadowej z miejsc o jej nadmiarze (np. serwerownie, sale konferencyjne) do miejsc z deficytem energii cieplnej; Minimalne ryzyko utraty sprawności całego systemu. System WLHP jako zdecentralizowany wyklucza ryzyko całkowitej utraty funkcjonowania w przypadku awarii; Spełnienie Dyrektywy 2002/91/WE Parlamentu Europejskiego w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (ang. EPBD).

Koszty inwestycyjne systemu w trakcie budowy rok 2007 Porównania kilku wykonanych przez Echo Investment SA podobnych obiektów w różnych systemach instalacyjnych:

Koszty eksploatacyjne Instalacji HVAC Astra Park Kielce

Przykłady budynków zrealizowanych przez Echo Investment S.A. wyposażonych w systemy klimatyzacyjno-grzewcze oparte o pompy ciepła w pętli wodnej (WLHP)

Powierzchnia wynajmowana: 12 000 m2 Biurowiec Oxygen Szczecin ul. Malczewskiego Powierzchnia wynajmowana: 12 000 m2 Rok ukończenia : 2010

Powierzchnia wynajmowana: 80 000 m2 Galeria Echo Kielce ul. Świętokrzyska Powierzchnia wynajmowana: 80 000 m2 Rok ukończenia : 2011

Powierzchnia wynajmowana: 48 000 m2 Pasaż Grunwaldzki Wrocław pl. Ronalda Regana Powierzchnia wynajmowana: 48 000 m2 Rok ukończenia : 2007

Powierzchnia wynajmowana: 42 000 m2 Galeria Galaxy Szczecin al. Wyzwolenia Powierzchnia wynajmowana: 42 000 m2 Rok ukończenia : 2003

Dziękuję za uwagę