+
Přidat firmu
Vyhledávání
Menu

Dům Sluneční náměstí – mikroturbína zajistí elektřinu, teplo a chlad

01.05.2015 Autor: Zbyněk Kašík Časopis: 3/2015,

Dům Sluneční náměstí je polyfunkční objekt dokončený v roce 2004 v blízkosti stanice metra trasy „B“ – Hůrka v Praze 13. Objekt má tři podzemní podlaží určená pro zásobování, technické zázemí a parking pro 278 osobních vozů. Komerční plocha 6 000 m2 je v šesti nadzemních podlažích podnože, v níž jsou částečně i obytné prostory. 176 bytových jednotek je umístěno převážně ve výškové části v sedmém až dvacátém prvním podlaží.

Energetické hospodářství před rekonstrukcí

Otopná soustava objektu byla teplovodní s nuceným oběhem otopné vody, teplotním spádem 80/60 °C a byla rozdělena na dva samostatné okruhy, jeden pro vytápění a přípravu TV, druhý pro ohřev vzduchu ve vzduchotechnických jednotkách pro klimatizaci komerční části objektu. Podle odběrových křivek je maximální tepelný příkon 720 kW. Potřeba elektrické energie objektu je, dle měření, maximálně 65 kW.

Původní strojovna tepelné techniky byla situována v prvním podzemním podlaží, osazena deskovými výměníky s napojením na blízkou okrskovou plynovou kotelnu. Doplňování oběhové vody do obou oddělených soustav bylo realizováno solenoidovými ventily z čerpadlové posilovací stanice vyššího tlakového pásma užitkové vody.

Každá ze soustav byla zároveň vybavena odplyňovací stanicí REFLEX. Příprava otopné vody pro vzduchotechniku byla rovněž řešena samostatným deskovým výměníkem.

Vytápění objektu je rozděleno na dvě vzájemně oddělená tlaková pásma. Nižší tlakové pásmo je do 16. nadzemního podlaží, vyšší tlakové pásmo je od 17. nadzemního podlaží. Každé tlakové pásmo má samostatný rozdělovač a sběrač.

V komerční části objektu je vytápění realizováno částečně klasicky, podlahovými konvektory a deskovými otopnými tělesy a částečně centrální klimatizací doplněnou v jednotlivých prostorech s možností oslunění místními fan-coily.

Bytová část objektu je osazena deskovými otopnými tělesy, koupelny otopnými žebříky. Každá bytová jednotka má vlastní rozdělovač otopných okruhů. Rozvody otopné vody pro vzduchotechnické jednotky mají vlastní rozdělovač a sběrač.

Teplá voda byla připravována ve vertikálních trubkových výměnících, samostatně pro každé z tlakových pásem, které jsou totožné jako pro vytápění.

Zdrojem chladu pro klimatizaci byly dva kompresorové chladicí stroje situované ve strojovně chladu v prvním podzemním podlaží. Odvádění tepla zajišťovaly suché chladiče glykolové směsi umístěné na střeše komerční části objektu na úrovni šestého nadzemního podlaží. Maximální potřebu energie chladu se nepodařilo zjistit.

Investor, ve snaze snížit a pokud možno co nejvíce odstranit závislost na vnějších dodavatelích energií a snaze snížit náklady na energie, rozhodl o rekonstrukci celého energetického hospodářství objektu. Ideové schéma realizovaných etap je patrno z obr. 1. Za generálního projektanta i dodavatele akce bylo vybráno ČKD ENERGY, a.s.

Rekonstrukce zdroje tepla a chladu se dotkla celého systému tepelné a chladicí techniky, vyjma stávajících rozdělovačů a následných částí rozvodů tepla a chladu. Rekonstrukce byla rozdělena do několika etap.

Image 1Obr. 1 • Ideové schéma

První etapa rekonstrukce

V první etapě byla, po odpojení stávající výměníkové stanice, změněna příprava teplé vody. Pro přípravu teplé vody se instalovaly dvě blokové stanice pro přípravu teplé vody, pro nižší tlakové pásmo o tepelném výkonu 300 kW, pro vyšší tlakové pásmo o tepelném výkonu 200 kW, každá s akumulační nádrží 800 l z nerezové oceli.

Dále byl instalován elektrokotel o tepelném výkonu 324 kW při teplotním spádu otopné vody 85/65 °C. Elektrokotel byl napojen na všechny stávající rozdělovače a sběrače otopné vody – bylo opuštěno samostatné napojení jednotlivých rozdělovačů a sběračů na vlastní zdroje tepla. Zároveň se připravily rozvody potrubí pro změny v dalších etapách. Doplňování vody i expanzní jištění se ponechalo stávající. Každé z instalovaných zařízení mělo v první etapě vlastní automatickou regulaci a elektrický rozvaděč.

Druhá etapa rekonstrukce

Ve druhé etapě byly instalovány dva třítahové plamencové kotle Ygnis s modulovanými hořáky na zemní plyn, se jmenovitým tepelným výkonem 370 kW (subdodavatel fa STIEBEL ELTRON spol. s r. o.). Plynová kotelna s celkovým tepelným výkonem 740 kW byla umístěna do stávající strojovny chlazení v prvním podzemním podlaží, ve které byl odstraněn jeden ze dvou kompresorových chladicích strojů a nefunkční akumulace chladu. Kouřovody od kotlů jsou vedeny samostatně do společného komína, který je umístěný do prostoru pro vzduchotechniku vedle stávajícího schodiště a je vyveden nad střechu komerční části objektu (zatřídění spalinové cesty AK podle ČSN EN 1443 T200 N1 W1).

Zároveň byl instalován elektrický rozvaděč, který obsahuje rovněž prvky měření a regulace plynové kotelny.

Zemní plyn pro kotelnu je přiveden z plynové redukční stanice, umístěné na zdi stávajícího výdechového pylonu vzduchotechniky, který je situován mimo objekt. Zemní plyn je veden výdechovým pylonem a kanálem vzduchotechniky do kotelny.

Třetí etapa rekonstrukce

Ve třetí etapě byla do prostoru strojovny chlazení, v prvním podzemním podlaží, instalována mikroturbína CAPSTONE C 200 o jmenovitém elektrickém výkonu 200 kW a jmenovitém tepelném výkonu 290 kW. Palivem pro mikroturbínu je zemní plyn. Jedná se tedy o kogenerační zdroj tepla a elektřiny. Spaliny z mikroturbíny jsou vedeny do spalinového výměníku, kde ohřívají otopnou vodu. Pro případ, kdy není potřeba tepelná energie a je preferován odběr elektrické energie z mikroturbíny, je spalinový výměník opatřen obtokem horkých spalin přímo do ovzduší. Obtok zajistí dvě klapky se střídavou funkcí, vložené před spalinový výměník a do obtoku. Spaliny jsou vyvedeny vysokotlakou spalinovou cestou (zatřídění spalinové cesty T400 H1 W1) s tlumičem hluku, která je instalována v přilehlém výdechovém kanálu vzduchotechniky. Obě spalinové cesty dodala jako subdodávku fa Jiří Tománek – EKOMEX. Vzduch pro spalovací proces a chlazení turbíny, výkonové elektroniky a plynového kompresoru, je přiveden z vnějšího prostoru přes stávající výdechový kanál vzduchotechniky. Přívod vzduchu je opatřen tlumičem hluku. Zemní plyn pro mikroturbínu je veden samostatně, z plynové redukční stanice výdechovým kanálem vzduchotechniky.

V rámci třetí etapy byly rovněž instalovány elektrické rozvaděče pro vyvedení elektrického výkonu mikroturbíny a napájení zařízení, dodaných ve všech třech etapách, kromě plynové kotelny. V těchto rozvaděčích jsou umístěny i prvky měření a regulace. Měření a regulace zajišťuje správný chod a návaznosti provozu všech dodaných zařízení a měření výstupních hodnot, včetně množství elektrické energie z mikroturbíny, tepelné energie z plynové kotelny, z elektrokotle a ze spalinového výměníku mikroturbíny.

Systém měření a regulace preferuje při dodávce tepelné energie do objektu dodávku tepla ze spalinového výměníku mikroturbíny spolu s výkonem elektrokotle, který odebírá elektrickou energii, nespotřebovanou v objektu tak, aby chod mikroturbíny byl regulován na maximálně možný výkon. Teprve při zvýšené potřebě tepelného výkonu se spínají do chodu plynové kotle. Investor prozatím nepočítá s dodávkou elektrické energie do veřejné sítě ani s ostrovním provozem objektu (odpojením objektu z veřejné elektrické sítě).

Budoucí etapy rekonstrukce

V další etapě plánuje investor instalaci absorpčního chladicího stroje namísto ponechaného kompresorového. Tepelná energie, potřebná pro provoz absorpční jednotky, bude dodávána otopnou vodou. Chladicí látkou vzduchotechnických jednotek je voda, chladicí látkou absorpční jednotky bude směs voda – glykol. Chladicí směs voda – glykol, po zvýšení teploty v chladicí jednotce, bude čerpána na střechu do stávajících suchých chladičů k vychlazení a opětnému použití v chladicí jednotce.

Absorpční chladicí jednotka potřebuje ke své činnosti jednak chlazení, a dále pak přísun tepelné energie. Tepelnou energii pro proces chlazení a elektrickou energii k pohonu čerpadel chladiva a směsi vody s chladivem bude zajišťovat přednostně mikroturbína.

Investor, kterým je společenství vlastníků jednotek, si zajistil statut „dodavatele elektrické energie“, a tak může elektrickou energii vyrobenou mikroturbínou, dodávat svým členům, tedy vlastníkům jednotlivých bytových jednotek i jednotlivých provozoven komerční části objektu. Elektrická energie, kterou získává, je levnější než dodávaná z veřejné sítě. Do sousedních objektů může dodávat tepelnou energii, která je rovněž výrazně levnější, než tepelná energie dodávaná z okrskové plynové kotelny.

Mikroturbíny, které v Česku dodává ČKD ENERGY a. s., jsou výrobkem společnosti CAPSTONE TURBINE CORPORATION®, Chatsworth, Kalifornie, USA. Jde o řadu mikroturbín C 30, C 65, C 200 a v kontejnerovém provedení C 600, C 800, C 1000. Tepelný výkon jednotky C 30 je 63 kW, u C 65 je 118 kW. Kontejnerové provedení obsahuje mikroturbíny C 200, které jsou zabudovány do ISO kontejneru se společným vyvedením elektrického výkonu a společnou regulací kaskády mikroturbín. Mikroturbíny jsou dodávány pro více druhů paliv: zemní plyn, propan, skládkový plyn, bioplyn, motorová nafta, letecké palivo, petrolej, bionafta.

Image 2Obr. 2  • Kontejnerové provedení mikroturbín

Zajímavou vlastností je možnost ostrovního provozu mikroturbín, tedy provoz bez napojení na elektrickou síť, neboť turbíny mají vlastní regulaci frekvence elektrické energie. Podmínkou ostrovního provozu je napojení akumulátorů, které zajistí rozběh mikroturbíny. Účinnost mikroturbín je při kogeneračním provozu 80 až 82 % a plně odpovídá i budoucím požadavkům na tyto energetické zdroje.

Mikroturbína C 200 v popisovaném objektu se skládá z kompresoru spalovacího vzduchu, spalovací komory, rekuperátoru, turbíny, generátoru a elektrického příslušenství. Spalovací turbína je vzduchem chlazená a využívá patentovaných bezolejových vzduchových ložisek. Oběžné kolo kompresoru vzduchu, rotor turbíny a generátor jsou uloženy na společné hřídeli a tvoří tak jedinou pohyblivou část mikroturbíny (viz obr. 3). Polovodičová silová elektronika s dvojitou konverzí generuje třífázovou elektrickou energii 400 V/50 Hz, jmenovitý výkon 200 kW a max. proud 290 A. Tepelný výkon výměníku při jmenovitém výkonu turbíny je 290 kW.

Image 3Obr. 3 • Mikroturbína C 200

Výhodou mikroturbín je jejich poměrně nízká hlučnost 65 dB(A) (ve vzdálenosti 10 m) a velmi nízké hodnoty škodlivin ve spalinách NO18 mg·m-3, CO 50 mg·m-3, VOC 5 mg·m-3. Pro volbu umístění jsou důležité rozměry 3 800 x 1 700 x 2 400 mm (d x š x v) a celková provozní hmotnost 3026 kg.

Po instalaci absorpčního chladicího agregátu bude provoz mikroturbíny během roku téměř stabilní a předpokládaná doba návratnosti je 5 až 6 let.

Image 4Obr. 4 • Mikroturbína v reálné instalaci (ilustrativní obrázek z jiné akce)

Související časopisy