Akcent na alternativní zdroje energie

Od ledna je v provozu novostavba Centra ekologických aktivit města Olomouce, jehož realizace od vzniku záměru trvala více než 10 let. Objekt leží v 15hektarovém vzdělávacím biocentru a slouží k seznamování veřejnosti s přírodou regionu a novým přístupem k výstavbě. Je navržen jako energeticky úsporná stavba s využitím soudobých alternativních technologií. Pro veřejnost je to příklad ekologické výstavby. Působí jako obydlená terénní vlna, plynule zapojená do terénu, ze severu tvořená zemním valem, přecházejícím na zelenou střechu objektu. Výraz objektu je výsledkem procesu hledání nové formy úsporného domu a jeho počáteční forma byla inspirována tradičním venkovským stavením Hané. Zakřivený tvar půdorysu je odrazem sluneční ekliptiky. Objekt je z poloviny jednopodlažní a z poloviny dvoupodlažní. V návrhu je uplatněno dřevo, sklo, beton a kámen, ale i cihelné zdivo (nepálené i pálené cihly) či železobeton. Dům využívá obnovitelné zdroje energie: sluneční kolektory, kotle na dřevěné peletky a pracuje zde také systém rekuperace vzduchu. Za pasivní zdroj energie lze považovat i na jih obrácenou prosklenou stěnu s izolačním trojsklem. Aktivně se tu využívá rovněž dešťová voda. TEPELNÁ IZOLACE Izolace stěn je provedena extrudovaným polystyrenem. Mezi trámky s kotvením byla vložena minerální vlna. Do bednění pěnový polystyren. Na izolaci střech se podílí pěnový polystyren. Pěnový polystyren a minerální vlna zabezpečují také izolace podlah. Izolace obvodové stěny s dřevěnou nosnou konstrukcí je provedena tuhými deskami z minerální vlny. Min. součinitel tepelné vodivosti: ?D = 0,039 W.m-1.K-1. Izolace je provedena ve 2 vrstvách: první (o tl. 180 mm) je vkládána mezi svislé nosné sloupky a je kotvena k nosné konstrukci proti sesuvům. Druhá vrstva je vložena mezi vodorovné laťování z dřevěných latí. Rozteč laťování odpovídá formátu izolačních desek. Izolace obvodové stěny se železobetonovou nosnou konstrukcí je provedena tuhými deskami z minerální vlny. Min. součinitel tepelné vodivosti: ?D =0,039 W.m-1.K-1. Izolace je provedena ve 2 vrstvách: první (o tl. 180 mm) je vkládána mezi svislé nosné sloupky a je kotvena k nosné konstrukci proti sesuvům. Druhá vrstva je vložena mezi vodorovné laťování z dřevěných latí. Izolace stěn je provedena pomocí desek z pěnového polystyrenu 100F v tl. 180 mm, vložené do bednění. Součinitel tepelné vodivosti je min. ?D =0,039 W.m-1.K-1. Izolace podlah P11, P12b, P14 v zázemí a zádveří je provedena deskami pěnového polystyrenu 200 stabil s vyšší odolností proti deformacím. Důvodem je relativně silná vrstva izolantu (200 mm). Součinitel tepelné vodivosti je minimálně ?D =0,035 W.m-1.K-1. Izolace je vynechána v místech základů pro technologické vybavení v kotelně. Další izolace jsou variabilní. VYTÁPĚNÍ A SOLÁRNÍ SYSTÉM STŘEDISKA U stavby byl využit termický systém (aktivní i pasivní) a spalování biomasy ve formě pelet. Objekt je tak zcela zásobován obnovitelnými zdroji energie. Významným rysem je výrazné snížení spotřeby energie pro vytápění, které zařazuje stavbu mezi nízkoenergetické domy. Snížení spotřeby tepelné energie pomáhají zemní výměníky tepla, které v topné sezóně předehřívají čerstvý větrací vzduch. Potřeba tepla pro vytápění je kryta teplovzdušným vytápěcím a větracím systémem bez použit í klasických otopných těles. Moderní solární sytém s nízkým průtokem (tzv. Low-Flow) snižuje spotřebu sekundární energie pro dohřev teplé vody. Další předností jsou nižší provozní a investiční náklady: nižší množství oběhové vody snižuje čerpací práci. Navíc bylo použito potrubí s nižší světlostí. Podmínkou je implementace velkoplošných kolektorů a zásobníku se stratifikací (teplotním rozvrstvením). ABSORPČNÍ PLOCHA Kolektorovou plochu tvoří 5 velkoplošných kolektorů o rozměrech 6 x 3 m a o jednotkové absorpční ploše 17,0 m2. Jsou navrženy pro nízkoprůtočný režim solárního okruhu. Kolektory jsou sestaveny do kompaktní plochy s úhlem sklonu 45 °C a tvoří nový prvek na hospodářské ploše pozemku. Jsou propojeny paralelně a tvoří pouze 1 okruh. Každý kolektor je regulován samostatně, hydraulicky. Proti blesku a pro odvod atmosférické elektřiny jsou kolektory uzemněny. Spojování jednotlivých kolektorů bylo provedeno montovanými šroubovanými spoji. Na vstupu do jednotlivých okruhů jsou balanční ventily s vývody pro seřizovací přístroj. Výška osazení jednotlivých kolektorů nad terénem osciluje mezi 0,5-0,8 m. Přívodní a zpětné potrubí je provedeno z Cu trubek, které jsou uchyceny objímkami na příčníky uložení kolektorů. Izolace je zhotovena z izolačních pouzder s tepelnou odolností do 200 °C. AKUMULACE SOLÁRNÍ ENERGIE Nerovnoměrnost nabídky solární energie během dne i během měsíce je nutné vyrovnávat krátkodobou akumulací. Solární tank je umístěn ve strojovně solárního ohřevu vedle kotelny na peletky. Celkový akumulační objem tanku činí 12,7 m3. Odpovídá potřebám tepla pro ohřev teplé vody (TUV) a přitápění v přechodném období. Při maximálním slunečním svitu je možno překlenout období 2 – 3 dnů v závislosti na odběru. Při průměrném solárním záření 4 – 5 dnů, než dojde k plnému nabití. Plně nabitá nádoba vystačí pro odběr tepla k ohřevu TUV na 4 – 5 dnů bez slunečního svitu. K trvalému zásobování TUV postačí v letním období solární zisk ve výši 1/3 maxima. Solární tank představuje beztlaká nádoba z ocelových plechů, sestavená na místě montáže. Spoje mají tepelnou odolnost do 300 °C. Max. teplota v tanku se předpokládá do 95 °C. Nádoba je izolována v tloušťce 20 – 30 cm minerální vlnou s vnějším obkladem dřevěnými latěmi. VESTAVBY, STRATIFIKACE Pro ukládání solárního tepla do vrstev vody o odpovídající teplotě (stratifikace) jsou v solárním tanku umístěny speciální vestavby. Jedná se o tvarovky s tepelnou odolností 110 °C. Na každém hrdle je osazena klapka z duralového plechu. Všechny vestavby v nádrži jsou uchyceny u dna a nahoře objímkou na vyztužující profily nádrže. Přívodní potrubí přes izolaci je z oceli. Redukce a napojení vestaveb z plastu. Na zpětném potrubí jsou rovněž osazeny klapky, neboť i ochlazená voda musí být uložena do odpovídající vrstvy. Uchycení je stejné pro všechny vestavby. Uprostřed tanku je smaltovaný profil mezi stropem a dnem nádrže, na kterém jsou čidla teploměrů. Doplňování nové vody do tanku je zajištěno automaticky přes solenoidový ventil, řízený čidlem hladiny. Hladina pro automatické doplňování je 160 mm pod přepadovým potrubím, tj. cca 260 mm pod stropem nádrže. Doplňování nastane převážně při studeném stavu, event. vybitém zásobníku. Ohřátím dojde automaticky ke zvýšení hladiny, kupř. při ohřátí na 95 °C (10 o + 85 °C) až na max. hladinu. Hladina by měla kolísat při správném provozování v rozsahu 260 až 100 mm pod stropem nádrže. TECHNOLOGIE OHŘEVU TUV Ohřev teplé užitkové vody vychází z naakumulované solární energie v solárním tanku. Je rozdělen na 2 části: na ubytovací část a kuchyni. Pro bytovou část ohřev probíhá přes deskový výměník. Vzhledem k výrazným špičkám je na výstupu zařazena ještě tlaková vyrovnávací nádoba o obsahu cca 500 l. Zrovnoměrňuje výkon zařízení. Na primární straně se předává teplo z primárního okruhu s nemrznoucí směsí přes deskový výměník do solárního tanku. Součástí primárního okruhu je sběrná nádoba obsahu 270 l pro plnění potrubí a současně zachycení odpouštěného množství pojistnými ventily. Množství získaného tepla kontroluje měřič tepla a data jsou přenášena do PC. Ukládání tepla do solárního tanku se děje na principu stratifikace, tj. ukládání v teplotních vrstvách. Nejteplejší vrstva je nahoře a umožňuje okamžitý odběr tepla již krátce po najetí solárního systému. Dohřev teplé vody (TUV) na teplotu +55 °C v době nižšího slunečního záření zajišťují 2 kotle na spalování pelet ? 49 kW s celkovým výkonem 98 kW. Navržená soustava by měla v primárním okruhu dosahovat při max. slunečním svitu rozdílu teplot mezi vstupem a výstupem z kolektorů 30 – 45 °C. Při průměrném svitu se nemusí snížit rozdíl teplot, neboť čerpadla mají řízené otáčky a mohou měnit plynule průtok. Na výstupu z kolektorů lze v letním období dosahovat teplot 70 – 90 °C. Jelikož se jedná o Match – Flow systém, neposuzuje se střední teplota kolektorů se střední teplotou zásobníku, neboť zde se uplatňuje stratifikační efekt (tzn. rozvrstvení vody v zásobníku podle teplot a výšky). Regulátor má programové vybavení, kterým řídí letní teploty ve vyšších hodnotách než zimní. V zimním období se dosahuje teplot 40 – 55 °C na výstupu z kolektorů. Variabilní je průtok. MĚŘENÍ A REGULACE Provoz solárního systému řídí programovatelný digitální regulátor. Oběhová čerpadla primárního okruhu s proměnným průtokem řídí podle předem zadaných závislostí na rozdílu teplot a max. hodnotách teplot. Vyhodnocena bude také účinnost získávané solární energie. Solární radiaci měří pyranometr a využívá se pro optimalizaci. Současně je vyhodnocována v denních a měsíčních sumách. Samostatnou částí MaR je dobíjení horní části solárního tanku teplem z biomasy. Proces je nastaven tak, aby bylo využito maximum solární energie a minimum tepla z biomasy. Proto je tepelný limit pro dohřívání kotle nasazen na co nejnižší teplotu, avšak tak, aby mohla být teplá voda ohřáta na 55 °C. DISTRIBUCE VZDUCHU Pro přívod vzduchu byly navrženy zemní výměníky tepla. Vzduch je dvojitě filtrován. V přechodném období bude vzduch přiváděn přímo, tj. mimo zemní výměník. Odpadní vzduch bude od jednotek vyveden nad střechu objektu. Vzduch bude přiváděn vždy do chladnější zóny – pod stropem nebo v podlaze. Odváděn bude pod stropem. Vzduch bude směřován především do hlavních místností, tj. s trvalejším pobytem osob. Předehřev větracího a vytápěcího vzduchu probíhá v zemním výměníku a v rekuperačních výměnících v jednotkách. Dohřev vzduchu na teplotu potřebnou pro vytápění probíhá pomocí topné vody v teplovodních ohřívačích jednotek. Regulace teploty je zajištěna pomocí směšovacích uzlů před jednotkami a je zónová. Jednotky jsou vybaveny jednak obtokem rekuperátoru pro letní provoz, jednak možností cirkulačního provozu. V létě bude přiváděný vzduch chlazen v zemním výměníku. Je navržen tak, aby přiváděný vzduch měl za všech provozních stavů teplotu max. 24 °C. Pro přechodné období, kdy není potřebné přiváděný vzduch ohřívat ani chladit, jsou sací otvory vyvedeny do prostoru vstupů, před zádveřím. Větrací vzduch nebude zvlhčován ani odvlhčován – vnitřní prostředí v budově bude shodné jako při běžném infiltračním větrání v drtivé většině budov ZEMNÍ VÝMĚNÍK Slouží v objektu střediska jak k letnímu předchlazení větracího vzduchu, tak k částečnému předehřevu větracího vzduchu v zimě. V létě přispívá ke zlepšení tepelné pohody, v zimě snižuje tepelnou ztrátu větráním a tím vylepšuje celkovou energetickou bilanci budovy. Šachty tvoří polypropylenové prefabrikáty, které působí jako ztracené bednění při betonáži ŽB stěny šachty. Hydroizolace objektu z asfaltových pásů je natavena na manžetu. Potrubí ZV jsou hladké a plnostěnné, z PP nebo PVC, s kroužkovým těsněním. Pro vytvoření násypu zemního valu byl použit štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy. Zemní val byl nasypáván po vrstvách vysokých max. 20 cm, každá vrstva byla před nasypáním další vrstvy hutněna pojížděním válce. Potrubí bylo pokládáno na připravenou zhutněnou rovinu zeminy v příslušném spádu. Pro podsyp a obsyp potrubí je použit jemný písek s příměsí jemnozrnné zeminy. Na vstupu čerstvého vzduchu do nasávací šachty je umístěný hrubý filtr a jemný filtr. Do každé trubky zemního výměníku je vloženo nekorodující lanko, které bude využíváno při čištění zemního výměníku. Předehřev větracího vzduchu v zimním období snižuje tepelnou ztrátu větráním a tím vylepšuje celkovou energetickou bilanci budovy. Pro stanovení potřeby tepla byl použit postup dle EN832. Vliv zemního výměníku na bilanci byl odhadnut spočtením průměrných teplot vzduchu, vystupujícího ze zemního výměníku. /sas/