NÁSTIN MOŽNÉHO ŘEŠENÍ SYSTÉMU CENTRÁLNÍHO CHLAZENÍ OBJEKTU NOVÉ RADNICE MHMP INFORMATIVNÍ MATERIÁL

NÁSTIN MOŽNÉHO ŘEŠENÍ SYSTÉMU CENTRÁLNÍHO CHLAZENÍ OBJEKTU NOVÉ RADNICE MHMP INFORMATIVNÍ MATERIÁL

DATUM VYPRACOVÁNÍ: červenec 2015

NÁVRH ŘEŠENÍ SYSTÉMU CENTRÁLNÍHO CHLAZENÍ OBJEKTU NOVÉ RADNICE MHMP

ZADAVATEL (OBJEDNATEL):

Magistrát hl. města Prahy Odbor služeb, oddělení provozní Sídlo pracoviště: Jungmannova 35/29, 110 00 Praha 1 Bc. Petr Lavička, koordinátor provozu budov

ZPRACOVATEL:

SEVEn Energy s.r.o., Americká 17, 120 00 Praha 2 kontaktní osoba: Ing. Tomáš Voříšek (technický ředitel) www.svn.cz externí spolupráce: Ing. J. Seidel

│

2 24


OBSAH: SOUHRN .....................................................................................................................................4 1 ÚVOD .....................................................................................................................................6 1.1 1.2

ZADÁNÍ ............................................................................................................................................... 6 SOUČASNÝ STAV (VÝCHODISKA) .............................................................................................. 6 1.2.1 STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA OBJEKTU .......................................................................... 6 1.2.2 STÁVAJÍCÍ SYSTÉM CHLAZENÍ ............................................................................................. 7

2 KVANTIFIKACE POTŘEBY CHLADU ...............................................................................10

STÁVAJÍCÍ STAV ............................................................................................................................ 10 2.1.1 CHLADIVOVÉ SYSTÉMY PRO NUCENĚ VĚTRANÉ PROSTORY (SÁLY) ................... 10 2.1.2 CHLADIVOVÉ SYSTÉMY PRO PŘIROZENĚ VĚTRANÉ PROSTORY (KANCELÁŘE)11 2.1.3 CELKOVÁ POTŘEBA CHLADU ............................................................................................. 13 2.2 POTŘEBA CHLADU VE VÝHLEDU ............................................................................................. 13 2.1

3 NÁVRH TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ ......................................................................................15 3.1 3.2 3.3 3.4

VOLBA TEPLONOSNÉHO MÉDIA A JEHO DISTRIBUCE ...................................................... 15 SPECIFIKACE ZDROJE CHLADU ............................................................................................... 16 ODVOD TEPLA ............................................................................................................................... 16 KAPACITNÍ MOŽNOSTI VYUŽITÍ ŘÍČNÍ VODY ........................................................................ 18

4 KVANTIFIKACE INVESTIČNÍCH NÁKLADŮ ....................................................................22 5 ZÁVĚR A DOPORUČENÍ DALŠÍHO POSTUPU ...............................................................24

│

3 24


SOUHRN Budova Nové Radnice HMP na Mariánském náměstí (dále jen „NR“) je v současné době vybavena systémy chlazení pouze pro část prostor. Takzvaný velký sál (místnost č. 129), jenž je využíván pro jednání pražského zastupitelstva a pro různé konferenční akce, podobně jako malý sál (místnost č. 104) využívaný jak jednací místnost Rady HMP jsou osazeny systémem řízeného větrání s úpravou vzduchu vč. možnosti jeho chlazení. Zdroj chladu pro velký sál je stejně jako vzduchotechnické jednotky jsou zdvojené, o jmenovitém chladícím výkonu 2 x 120 kW, a nacházejí se na střeše objektu. Chladící stroj malého sálu je integrován přímo do VZT jednotky nacházející se v meziprostoru na toaletách sloužících jen pro přítomné a jeho chladící výkon je odhadován na 40-50 kW. Asi 70 místností nacházejících se po obvodu objektu a využívaných různými složkami úřadu města případně nájemci jsou pak chlazeny lokálními klimatizačními jednotkami s tzv. přímým výparem chladiva. Chladí pouze vzduch v místnostech bez možnosti jeho výměny a odebírané teplo je odváděno opět na střechu, kde jsou místěny venkovní jednotky (tvořené kompresorem a kondenzátorem ochlazovaným vzduchem za pomoci ventilátoru). Na jednu venkovní jednotku přitom připadá více (i dvacet) lokálních klimatizací a těchto tzv. VRF systémů 1 je nyní na NR celkem 6 (z toho 4 pro kanceláře zejména ve 3. a 4. NP, jeden pro prostory obývané kanceláří primátora a jeden pro prostory pronajaté bance) a jejich souhrnný chladící výkon činí více než 250 kW. Dalších téměř dvacet klimatizačních jednotek opět pracujících opět s přímým výparem chladiva pak zajišťuje chlazení dalších vybraných prostor zejména v posledním 5. NP (převážně prostory využívané tzv. Krizovým štábem a zasedací místnosti v tomto patře) ale i dalších patrech (např. velín kotelny v suterénu apod.). Jejich součtový chladící výkon činí cca 100 kW. Celkový součtový výkon chladících jednotek na NR tak dnes dosahuje cca 650 kW, fakticky však potřeby chladu dle výsledků provedených měření výrazně menší, a to díky zejména malé současnosti a intenzitě provozu během letního období (platí to zejména pro oba sály). Návrh nového systému chlazení, který je předmětem této studie, je založen na významné centralizaci (v rozsahu dohodnutém se Zadavatelem). Ze společného zdroje a pod jednotným řízením by byly chlazeny téměř všechny kanceláře a oba sály. Vlastním chlazením by nadále disponovaly pouze vybrané prostory (např. ty pronajímané bance či využívané Krizovým štábem). Chladícím médiem by byla studená voda (na úrovni +6 nebo +7 °C), která by po objektu byla rozvedena nově vybudovaným potrubním rozvodem. Její výrobu by zajišťovaly dva či tři chladící stroje typu chiller (chladič vody) o celkovém chladícím výkonu okolo 800 kW, které by byly instalovány do 1. podzemního podlaží vedle kotelny). Pokud by projekt byl rozdělen do několika fází, v první by chlad byl dodáván stávajícím VZT jednotkám obou sálů a v druhé pak po dobudování rozvodů do všech dalších vymezených prostor. V nich by byly instalovány fan-coil jednotky, a to na vnitřních stěnách typicky nad dveřmi z chodby (tj. na stejných místech, kde jsou dnes instalovány lokální klimatizační jednotky).

1

) Jedná se o systémy s takzvaným proměnným průtokem chladiva komerčně nazývaným zkráceně právě jako VRF (z angl. „variable refrigerant flow“) případně jako VRV (z angl. „variable refrigerant volume“).

│

4 24


Zdroj chladu by umožňoval zpětné využití odpadního tepla (tj. kondenzátor by mohl odevzdat teplo na vyšší teplotní úrovni a tím ohřívat vodu) a také by mohl být uzpůsoben pro trvalý reverzní chod, tedy jako primární zdroj tepla nebo-li tepelné čerpadlo. Odvod přebytečného tepla (či naopak jeho získávání) by v základním řešení bylo za pomoci vzduchových stolních ventilátorových chladičů na střeše budovy. Bez dalších zásadních stavebních úprav by mělo být možné instalovat na volné ploše (nacházející se na západní straně střechy) chladiče schopné odvádět až 400 kW tepla. Dalších minimálně 250 až 300 kW by mohlo být získáno, pokud by pro tento účel byly využity i prostory „věží“, v kterých jsou dnes instalovány venkovní jednotky čtyř největších VRV systémů (celkem 3 ze 6 věží dnes mají v sobě právě tato zařízení). Protože možnost instalovat další chladiče na volné ploše střechy by již znamenaly větší stavební úpravy a případné spory s památkáři, byla rovněž rozpracována alternativní varianta spočívající ve využití vltavské vody, a to prodloužením přivaděče, který je dnes v městském kolektoru v Platnéřské ulici a slouží pro potřeby Klementina. Jak bylo předběžnou studií vypracovanou společností Ingutis ověřeno, záměr je technicky bez či jen s malými stavebními pracemi uskutečnitelný. Podstatným přínosem by byla možnost provozovat systém s výrazně nižší spotřebou elektřiny (odhadujeme i na 50 % oproti využití venkovního vzduchu k odvodu tepla), stávající smluvní podmínky odběru vody, které Národní knihovna má uzavřeny s Povodím Vltavy, však činí tuto variantu jako méně ekonomicky výhodnou. V kontextu možných úprav podmínek odběru říční vody v budoucnu (snížení poplatku, přídadně zvýšení míry možného oteplení vody) se však toto řešení jeví jako perspektivní a lze jej výhledově doporučit (i s ohledem na technickou proveditelnost). Realizaci systému odvodu tepla vltavskou vodou nicméně musí předcházet dohoda se správcem areálu Klementina o možném napojení se. Nový systém centrálního chlazení v takové podobě, jaké je touto studií navržen, by budoucí využití říční vody umožňoval – a to jak pro potřeby chlazení, tak i vytápění (v přechodové sezóně).

│

5 24


1 ÚVOD 1.1 ZADÁNÍ Předmětem této zprávy je zpracování technicko-ekonomického návrhu možné výstavby nového centrálního systému chlazení objektu Nové radnice hlavního města Prahy na Mariánském náměstí č.p. 2/2. V souladu s akceptovanou nabídkou toto posouzení obsahuje: (i) Technickou zprávu specifikující řešení systému chlazení (ii) Výpis prostor, které budou na centrální systém připojeny a jejich potřeb chladu (iii) Předběžný rozpočet komplexní dodávky

1.2 SOUČASNÝ STAV (VÝCHODISKA) 1.2.1 Stručná charakteristika objektu Objekt je samostatně stojící s částečně plochou a částečně mansardovou střechou. Budova má jedno podzemní a pět nadzemních podlaží. Po obvodové části budovy se nacházejí převážně kancelářské prostory, ve střední části se nachází prosklené atrium se zasedací místností magistrátu v úrovni od 1. NP po střechu objektu. V suterénu objektu je umístěna centrální kotelna pro dodávku tepla na vytápění a přípravu TV do všech předmětných budov. Dále jsou zde umístěny další technologické prostory jako strojovna VZT a trafostanice s rozvodnou VN i NN. Rozdělení místností dle účelu v jednotlivých podlažích je následující: • 1.PP –

centrální plynová kotelna, strojovna, trafostanice 20/0,4 VZT zařízení, sklady, dílny, hygienické zázemí a komunikační prostory

• 1.NP –

2x recepce, vstupní chodba, kanceláře, WC, kuchyňky

• 2.NP –

zasedací hala Magistrátu HMP, kanceláře, WC, komunikační prostory

• 3.NP –

kanceláře, WC, kuchyňky, komunikační prostory

• 4.NP –

kanceláře, WC, kuchyňky, komunikační prostory

• 5.NP –

podkroví, zvýšené místnosti 4.NP, VZT jednotky

• Střecha –

Chladicí VRV a multi-split jednotky, jednotky VZT

Parametry předmětného objektu: •

Počet podlaží:

6 (1 podzemní, 5 nadzemních)

•

Obestavěný prostor budovy:

86 200 m3

•

Celková energeticky vztažná plocha:

18 296 m2

•

Počet osob v objektu:

cca 450

│

6 24

kV,


Konstrukčním systémem budovy je železobetonový skelet s obvodovým pláštěm v podobě cihelného zdiva tl. 600 až 900 mm s vápenocementovou a kameninovou omítkou. Strop nad nejvyšším vytápěným podlažím tvoří železobetonová deska s tepelnou izolací z polystyrenu. Otvorové výplně tvoří dřevěná špaletová okna a kovové nebo dřevěné dveře s jednoduchým prosklením. Zásobování elektrickou energií je v budově realizováno z distribuční sítě na úrovni 22kV a pomocí trafostanice 22/0,4kV v suterénu objektu dodáváno do NN sítě v objektu přes rozvodnu NN umístěnou taktéž v suterénních prostorech (m.č. 012). Z hlavní rozvodny NN jsou dále vedeny kabelové rozvody pro podružné rozvaděče na jednotlivých podlažích. Dodávka elektrické energie je zálohována pomocí dieselagregátu umístěného ve dvorním traktu Nové úřední budovy, s celkovým výkonem 110 kVA/400 V. Při výpadku elektrické energie jsou zásobovány pouze vybrané okruhy v budově Nové radnice a Nové úřední budovy (zejména telef. ústředna, servery a nouzové osvětlení). Zemní plyn je do budovy dodáván pro provoz kotelny v místnosti č. 032, z distribuční sítě od dodavatele Pražská plynárenská, a.s. v kategorii velkoodběru. Otopná soustava v budově je dvoutrubková teplovodní s nuceným oběhem, o teplotním spádu 80/60°C. instalována jsou litinová článková tělesa, částečně v rekonstruovaných prostorech také ocelová desková tělesa. Lze konstatovat, že tělesa jsou osazena termoregulačními ventily s hlavicemi. Termín jejich instalace není přesně znám, předpokladem je stáří více než 10 let. Přibližný počet otopných těles v objektu je cca 400 ks.

1.2.2 Stávající systém chlazení Budova NR má v současnosti několik samostatně pracujících systémů chlazení, které zajišťují požadovanou teplotu vnitřního vzduchu vybraných prostor. Takzvaný velký sál (místnost č. 129), jenž je využíván pro jednání pražského zastupitelstva a pro různé konferenční akce, podobně jako malý sál (místnost č. 104) využívaný jak jednací místnost Rady HMP jsou osazeny systémem řízeného větrání s úpravou vzduchu vč. možnosti jeho chlazení Asi 70 místností reprezentujících 40 % všech kancelářských prostor v objektu pak využívá lokální chlazení, které má podobu nástěnných klimatizačních jednotek zpravidla sdílejících společnou venkovní kondenzační jednotku (tzv. systémy VRV/VRF či multi-split). Lokálními chladícími jednotkami jsou dále vybaveny prostory datového centra Krizového štábu v 5. NP, dále prostory se záložními zdroji v 1. NP u recepce a rovněž velín kotelny. Chlazení prostor s nuceným větráním (sály) O větrání a klimatizaci prostoru sálu zastupitelstva se starají dvě kompaktní klimatizační VZT zařízení od výrobce WOLF. Jsou integrovány do severních věží střechy objektu a tvoří je vždy přívodní a odvodní jednotka s dvoustupňovým ventilátorem (jmenovitý vzduchový výkon 16,2 tis. m3/h, snížený zřejmě poloviční, el. příkon každého ventilátoru v jednotkách kilowat). Přívodní jednotka obou VZT zařízení je kromě filtrace, regenerátoru (ZZT) a teplovodního výměníku osazena rovněž výměníkem pro chlazení vzduchu. Zdrojem chladu jsou dva samostatně stojící chladicí stroje od výrobce Rhoss, každý se jmenovitým chladicím výkonem á 119 kW tvořeným vždy dvěma samostatnými chladící okruhy (tj. 2 x cca 60 kW). Není však jasné, jestli jsou ve dvoustupňovém režimu také užívány, resp. zda-li jejich řídící systém

│

7 24


takový provoz umožňuje. Chladící výkon samotného výměníku v přívodním VZT potrubí je pak o ¼ nižší než instalovaný chladicí výkon stroje a činí u každé jednotky cca 90 kW. Chladící stroje jsou umístěny na volné části střechy budovy na kovovém rámu v blízkosti VZT jednotek, s nimiž jsou propojeny chladivovým potrubím, vedoucím k výměníku, který je integrován do potrubí přívodního vzduchu ve vnějším prostředí (mimo jednotku VZT). Pro zasedací místnost Rady HMP je dále využíván jeden chladící stroj o menším chladícím výkonu (zřejmě 40-50 kW). Chladící zařízení je integrováno přímo do VZT zařízení (kompresor chladivového okruhu s kondenzátorem je součástí výfukového potrubí VZT jednotky). Chlazení prostor s přirozeným větráním (kanceláře) Chlazené a zároveň přirozeně větrané prostory v budově Nové radnice tvoří oproti prostorům s nuceným větráním většinu. Jedná se převážně o následující prostory: -

administrativní prostory (kanceláře)

-

kanceláře primátora,

-

datové centrum Krizového štábu v 5. NP,

-

centrum UPS (zajištění nepřetržitého zdroje elektřiny) v přízemí,

-

prostory pronajaté externím subjektům (banka PPF),

-

malý zasedací sál, sál krizového štábu, velín kotelny ad.

Největší podíl na chlazení administrativních prostorů mají čtyři centrální chladicí systémy s přímým rozvodem chladiva, typ VRV/VRF (zař. č. 1 - 4), o jmenovitém chladicím výkonu v rozmezích 35,5 až 68,9 kW (instalovaný výkon vnitřních jednotek), s vnějšími jednotkami umístěnými ve věžích pod střechou a na ploché části střechy (věže opatřeny nasávacími otvory a výfukovým VZT potrubím). Těmito chladicími systémy je dnes pokryta potřeba chladu cca 40% kancelářských prostorů (dle podlahové plochy). Další dva chladivové VRV/VRF systémy o jmenovitém chladicím výkonu á 28 kW obsluhují prostory kanceláře Primátora a prostory pronajímané bance PPF. Ostatní chlazené prostory datového centra krizového štábu, jsou pak chladem zásobovány systémy SPLIT a MULTISPLIT s jednotkami rozmístěnými vždy v nejbližším dostupném prostoru na střeše, případně ve světlíku a jmenovitými chladicími výkony pohybujícími se v rozmezí 3 až 15 kW. Vnitřní jednotky systému distribuce chladu jsou v podstropním, nebo nástěnném provedení. Na objektu jsou jednotky výkonu 2,8 (2,5) kW v severně orientovaných kancelářích a 3,5 kW v jižně orientovaných kancelářích. Následující tabulka představuje přehledný výčet všech instalovaných chladicích zařízení s přiřazením příslušných chlazených prostorů a typu použitého chladiva.

│

8 24


Tab. 1: Přehled chladicích zařízení instalovaných v objektu Nové radnice

Výrobce

Model

Rhoss - chlad. stroj pro VZT WOLF - věž východ/sever Rhoss - chlad. stroj pro VZT WOLF - věž roh západ/sever

Chladivo Chlazené prostory

Chladící výkon (kW)

R407c

Velký sál

119

R407c

Velký sál

119

Mitsub.-věž západ (Zař. č. 1)

PUHY P315YEM-A

R407c

Místn. č. 142-4, 241-4, 347-8, 435, 36 437-8

Mitsub.-věž jih/západ (Zař. č. 2)

PUHY P400YEM-A

R407c

Místn. č. 225-240, vč. 232A

45

Mitsub,-věž jih (Zař. č. 3)

PUHY P400+200

R407c

Místn. č. 120-2, 124-7, 218-224, 319-327, 418-9

67

PUHY P500

R407c

Místn. č. 207-217, 301, 402

58

PUHY-250YMF-C PUHY-250YMF-C

R407c R407c

Primátor: míst. č. 201-5, 246, 250 Banka: míst. č. 16-19

28 28

Mitsub.-věž jih/východ (Zař. č. 4) Mitsubishi Mitsubishi Mitsubishi

2xPUHZ RP 125 VHA R410a

Míst. č. 411, 412

25

Mitsubishi

PUHZ-RP140YHAZ

R410a

Míst. č. 4 - Krizový štáb

15

Mitsubishi

PUH- P6YGAA

R407c

Datové centrum (UPS suterén)

14

Mitsubishi

PU-P71ZHA

R410a

Míst. č. 410, serverovna

8

Mitsubishi

PU-3YJ1

R22

Míst. č. 123

3

Mitsubishi

PU-3YJ1

R22

Míst. č. 123

3

Carrier Puron

38GL028G9

R410a

Míst. č. 410, serverovna

3

Mitsubishi

MS 09 LVE1

R22

Míst. č. 410, zvýš. Kancelář

3

Mitsubishi

MU-GA 25 VB

R410a

Server 3. patro

3

Mitsubishi

PU-3Y J1

R22

Míst. č. 410

3

Mitsubishi

PU-3Y J1

R22

Míst. č. 410

3

Hitachi

RAC 2183 G

R22

Míst. č. 429 - školící místnost

5

Hitachi

RAC 2183 G

R22

Míst. č. 430 - u dveří

5

Hitachi

RAC 2183 G

R22

Míst. č. 430 - vzadu

5

Mitsubishi

PU-3Y J1

R22

Míst. č. 419

3

Tadiran

TNL 11

R22

Míst. č. 440 - Ježek

3

Daikin

RKS 25 BVMB

R410a

Míst. č. 66 - přízemí

3

Mitsubishi

MUZ-GC 25VA

R410a

Míst. č. 4 - Krizový štáb

3

R22

Velín, kotelna

-

Rada HMP *

Rocca Neznámý *

-

Celkem

40-50 ~ 650

* Pozn.: Chladicí zařízení pro zasedací sál rady HMP je integrováno do VZT zařízení č. 5 a jeho odhadovaný chladicí výkon je 40-50 kW.

Jak je patrné z uvedené tabulky, řada jednotek stále ještě pracuje s chladivem R22, toto chladivo již není prakticky dostupné, tato zařízení nelze servisovat se současným otevřením chladivového okruhu a jednotky je vhodné vyměnit. Jednotky byly na objekt instalovány dle aktuálních potřeb bez celkové koncepce klimatizace objektu.

│

9 24


2 KVANTIFIKACE POTŘEBY CHLADU 2.1 STÁVAJÍCÍ STAV 2.1.1 Chladivové systémy pro nuceně větrané prostory (sály) Pro stanovení stávající potřeby chladu byly z řídicího systému ve velíně získány záznamy provozu obou chladicích strojů a vzduchotechniky (označovány jako VZT27 – zdroj chladu a VZT28 – zdroj chladu) Velkého sálu za období červen až říjen 2014, tedy čase, kdy lze čekat požadavek na chlazení přiváděného vzduchu. Hodnoty byly obdrženy v hodinových intervalech s uvedením, zda byl daný stroj v provozu či nikoliv. Z těchto dat byly sestaveny měsíční sumy hodin provozu pro oba chladící stroje a uvádí je tabulka níže. Vyplývá z ní, že počet hodin provozu byl relativně malý a za celé období dosahoval u jednoho zdroje chladu necelých 100 hodin a u druhého asi 200 hodin. Po naprostou většinu času byl přitom provoz VZT jednotek na 1. stupeň, čemuž odpovídá přívod vzduchu do sálu v množství cca 8 tis. m3 na každou jednotku. Z analýzy provozních dat a z informací pracovníků obsluhy současně vyplynulo další důležité zjištění, a to že chladící jednotky po převážnou většinu času cyklují a jejich spínání prakticky celou letní sezonu z pozic on/off probíhá v intervalech trvajících zpravidla jednotky minut (velmi často pouze 1 minuta). Výjimečně byl provoz plynulý po čas pracovní doby avšak pouze u jedné z jednotek. Tento stav nastal pouze v rozsahu jednotek dní za celé období s potřebou chladu. Příčinou je, že systém chlazení dnes svůj výkon nepřizpůsobuje skutečným potřebám chladu a v praxi dochází velmi rychle k vychlazování přívodního vzduchu pod požadované hodnoty a je obsluhou či automaticky vypínán (porovnáme-li vzduchový výkon VZT jednotek s chladícími výkony zdroje chladu potažmo výměníku, systém je schopen při zapnutí za velmi krátký čas ochlazovat vzduch přiváděný do sálu o 15-20 °C). To však má současně za následek, že počet provozních hodin chladících strojů je kratší, než by jinak byl, protože po odstavení mohou chladící stroje být opětovně uvedeny do provozu po uplynutí určitého času. Nicméně bez ohledu na nejistotu, zda při polovičním vzduchovém výkonu VZT jednotky je i v provozu jen jeden chladící okruh stroje a zda by počet hodin provozu chladících strojů byl vyšší, když by umožňovaly lepší regulaci výkonu, lze potřeby chladu Velkého sálu za rok odborným odhadem vyčíslit na několik desítek megawatthodin. Primárním důvodem k tomu je malé využití sálu zejména v letních měsících, což samozřejmě přímo ovlivňuje míru využití chladících strojů. Ještě výrazně nižší lze pak očekávat potřeby chladu pro chlazení Malého sálu (místnost č. 104), u kterého závisí energetické potřeby jen na počtu jednání RHMP. Těch je v létě zpravidla jen několik. Z tohoto důvodu lze potřeby chladu zde odhadovat max. na jednotky megawatthodin. Celková (s)potřeba chladu v obou nuceně větraných a chlazených sálech se tak – při takto málém využívání v letních měsících – bude pohybovat na úrovni několika desítek megawatthodin ročně (odborným odhadem vyčíslujeme na ne více než 50 MWh/rok).

│

10 24


Tab. 2: Skutečné provozní hodiny chladicích strojů pro VZT jednotky Velkého sálu v roce 2014 a vypočtené množství dodaného chladu a využití instalovaného výkonu

Hodiny

Zdroj chladu pro VZT27

Zdroj chladu pro VZT28

Červen

22,2

45,5

Červenec

46,4

99,9

Srpen

3,9

9,5

Září

18,0

39,5

Říjen

3,5

9,8

Σ hodin

94,0

204,2

Vypočtená potřeba chladu [MWh]

20 až 30

Využití instalovaného výkonu* [hod/rok]

100 až 150

*) Platí při jmenovitém výkonu obou chladících strojů dohromady 240 kW

28,0 26,0 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0

10,0

06:44:52 06:57:52 07:10:52 07:23:52 07:36:52 07:49:52 08:02:52 08:15:52 08:28:52 08:41:52 08:54:52 09:07:52 09:20:52 09:33:52 09:46:52 09:59:52 10:12:52 10:25:52 10:38:52 10:51:52 11:04:52 11:17:52 11:30:52 11:43:52 11:56:52 12:09:52 12:22:52 12:35:52 12:48:52 13:01:52 13:14:52 13:27:52 13:40:52 13:53:52 14:06:52 14:19:52 14:32:52 14:45:52 14:58:52 15:11:52 15:24:52 15:37:52 15:50:52 16:03:52 16:16:52 16:29:52 16:42:52 16:55:52 17:08:52 17:21:52 17:34:52 17:47:52 18:00:52

12,0

VZT27 Přívod

VZT27 Odvod

Obrázek 1: Příklad průběhu teploty vzduchu přiváděného a odváděného jednotkou VZT 27 z Velkého sálu v typickém pracovním dnu (kmitání teploty přiváděného vzduchu dokládá intenzitu cyklování chladicího stroje)

2.1.2 Chladivové systémy pro přirozeně větrané prostory (kanceláře) Potřeby chladu u přirozené větraných prostor osazených dnes lokálními klimatizačními jednotkami byly kvantifikovány na základě podružného měření spotřeby elektřiny u čtyř největších VRF systémů (zařízení č. 1 – 4). Výsledné hodnoty postihují období od 19. května do 2. září 2015 a uvádí je tabulka níže. V tomto čase byly provedeny čtyři mezi-odečty v termínu 4. a 5. června, 23. července a 2. záři, s cílem zjistit denní spotřebu elektrické energie, potažmo potřeby chladu, ve dni, kdy venkovní teploty dosahovaly téměř návrhových hodnot. Právě dne 4. a 5. června se teploty vzduchu přes den pohybovaly ve výši cca 30°C a naměřená spotřeba těchto jednotek dosáhla téměř 150 kWh. Při posouzení dalšího měřeného období, během kterého byly teploty na velmi vysoké úrovni často přesahujících 30-35 °C bylo zjištěno, že průměrná denní hodnota spotřeby elektřiny v době nejteplejšího letního měsíce dosahuje téměř 200 kWh/den.

│

11 24


Celková spotřeba elektřiny v celém období, které lze považovat za nadprůměrně teplé (v letošním roce bylo na území ČR více než 40 dnů, kdy maximální denní teplota byla vyšší než 30 °C), převýšila 16 MWh. Tab. 3: Výsledky monitoringu spotřeby chladu pro VRF systémy (č. 1-4)

Jmen. výkon

Zařízení, typ

Spotřeba elektřiny v období 4.6.-5.6. 2015 5.6.-23.7. 2015

19.5.-4.6. 2015

kW

kWh kWh/den kWh

č. 1 PUHY P315YEM-A

35,5

124

č. 2 PUHY P400YEM-A

45,0

č. 3 PUHY P400+200

23.7.-2.9. 2015

kWh/den

kWh

kWh/den

kWh

kWh/den

1 074

22,4

1 886

46,0

7,8

22,4

22,4

154

9,6

18,0

18,0

805

16,8

1 274

31,1

45,0+22,4

288

18,0

43,4

43,4

3 319

69,1

4 949

120,7

56,0 203,9

369

23,1

66,0

66,0

1 996

41,6

57

1,4

935

58,4

149,8

149,8

7 194

149,9

8 165

199,1

č. 4 PUHY P500

Σ Spotřeba celkem [kWh]

16 443

Protože současně nebylo prováděno měření vyrobeného chladu, není možné zcela přesně identifikovat potřebu chladu klimatizovaných prostorů. Proto byl z naměřených hodnot vypočten předpokládaný rozsah potřeby chladu klimatizovaných prostorů, jejichž potřeba je pokrývána uvedenými VRF jednotkami o celkovém chladicím výkonu 204 kW chl . Základem výpočtu je zvolené rozmezí sezónního chladicího faktoru, tzv. SEER (seasonal energy efficiency ratio) a následná odhadovaná přirážka, zvyšující vypočtenou spotřebu o podíl období, kdy měření nebylo prováděno tedy v části měsíce května a následné období v září, případně říjnu.

Tab. 4: Výpočet stávající potřeby chladu prostorů chlazených VRF zařízením č. 1-4

Potřeba chladu [MWh]

SEER 4,0

4,5

5,0

Odpovídající výroba chladu

65,8

74,0

82,2

Přirážka 10%

6,6

7,4

8,2

Potřeba chladu celkem [MWh] Využití instal. výkonu [hod/rok]

72

81

90

355

399

444

Výsledná vypočtená hodnota potřeby chladu není nikterak vysoká a její hodnota se pohybuje v rozmezí 70 až 90 MWh/rok, přestože šlo o velmi teplé letní období. Naměřené hodnoty spotřeby elektřiny, resp. z toho vypočtené potřeby chladu tak současně indikují nízké využití instalovaného (chladícího) výkonu VRF systémů, a to v rozmezí 350 až 450 hod/rok. Návazně byl proveden odhad potřeby chladu zbývajících prostor s využitím instalovaného výkonu a předpokládané hodnoty jeho ročního. Výpočet byl členěn na jednotky využívané jen občasně (kanceláře, jednací místnosti) a jednotky provozované trvale z důvodu výskytu trvale se vyskytujícího vnitřního tepelného zdroje v daných prostorách (místnosti s centrální IT technikou a UPS jednotkami). Demonstruje jej tabulka níže a vyplývá z ní, že tyto ostatní prostory mohou spotřebovávat desítky dalších megawatthodin chladu ročně.

│

12 24


Tab. 5: Výpočet stávající potřeby chladu prostorů chlazených ostatními VRF a (multi)split sytémy (neměřeno)

Jmen. chladící výkon [kW]

Roční využití instalovaného výkonu [hod/rok]

Výroba/potřeba chladu [MWh/rok]

Jednotky určené pro občasné chlazení*

cca 130

350 - 450

35 – 45

Jednotky určené pro trvalé chlazení**

cca 30

1500- 3000

50 – 100

Typ zařízení

*) Zahrnuje systémy VRF pro Primátora a PPF banku a ostatní menší split či multi-split klimatizační systémy využívané pro chlazení kanceláří a zasedacích místností. **) Zahrnuje především split a multisplit systémy pro serverovnu Krizového štábu v 5. NP a pro místnost s UPS jednotkami v suterénu.

2.1.3 Celková potřeba chladu Na základě výše uvedených výsledků měření a následných výpočtů lze stávající potřebu chladu klimatizovaných prostor NR bez trvalé tepelné zátěže vyčíslit na 150 až 200 MWh za rok. Dalších několik desítek megawatthodin pak může být vyžadováno pro chlazení prostor, v kterých je dnes trvale v provozu IT technika (místnost s UPS jednotkami v suterénu a serverovna Krizového štábu v 5. NP). Při celkovém instalovaném chladícím výkonu cca 650 kW chl se tak celkové průměrné využití instalovaného výkonu chladících zařízení na NR pohybuje na úrovni 250 až 300 hod/rok.

2.2 POTŘEBA CHLADU VE VÝHLEDU Budoucí potřeby chladu budou primárně určeny rozšířením prostor, které budou rovněž chlazeny. Jejich úplný přehled je uveden v příloze a včetně obou sálů se jedná o celkem 210 místností nacházejících se 1. až 5. NP (z celkových více než 250 majících vlastní evidenční číslo). V praxi se tak bude jednat o cca zdvojnásobení velikosti podlahové plochy administrativních prostor, které jsou dnes již chlazeny (z původních cca 2,8 tis. m2 na v budoucnu cca 5,8 tis. m2). Na základě sestaveného přehledu prostor, které budou v budoucnu centrálně chlazeny, byla následně dle ČSN 73 0548 vypočtena potřeba mezního chladícího výkonu respektujícího tepelnou zátěž od oslunění a vnitřní tepelné zisky generované přítomnými osobami (předpokládáno 450), osvětlením, IT technikou a přirozeně či řízeně přiváděným (teplým) čerstvým vzduchem a ostatními tepelnými zdroji v objektu. Současně byl ve výpočtu zohledněn i fakt, že chladící výkon bude muset být dále navýšen pro odvod tepla vzniknuvšího kondenzací vzdušné vlhkosti (dle projekční praxe řešeno navýšením vypočtené celkové potřeby chladu o 25 %). Dále byly rovněž zohledněny potřeby chladícího výkonu u obou sálů. Výsledky shrnuje tabulka níže. Potřebná kapacita nového centrálního zdroje chladu pro celou budovu tedy podle výše uvedených výpočtů činí celkem cca 800 kW (cca 200 kW pro potřeby sálů a cca 600 kW pro chlazení kancelářských prostor).

│

13 24


Tab. 6: Souhrn návrhových chladících výkonů jednotlivých místností pro centrální chlazení po podlažích

Tepelná zátěž Podlaží

Plocha místnosti

oslunění

[m2]

[kW]

1. NP 959 2. NP 981 3. NP 1382 4. NP 1474 5. NP 920 Celkem 5716 Korekce na současnost Celkem po korekci na současnost Velký sál (č. 129) 469 Malý sál (č. 104) 134 Po korekci za oba sály na současnost Celkem NR po korekci na současnost

58 78 83 71 88 378 378

čerstvý ostatní osoby světla počítače vzduch zařízení

[kW] [kW] 6 5 8 9 4 32 0,8 24

1 1 2 2 1 8 0,5 4

[kW] 16 14 22 24 12 89 0,7 62 200 40 192 800

celkem vč. kondenzace*

[kW]

[kW]

[kW]

4 4 6 7 3 24 0,8 19

0 0 0 0 0 0 0,5 0

106 129 152 142 137 668 610

*) Hodnoty navýšeny o potřebu chladícího výkonu na odvod tepla vzniknuvšího kondenzací vzdušné vlhkosti (navýšením vypočtené celkové potřeby chladu o 25 %)

Pokud bychom provedli simulovaný výpočet množství potřebného chladu ve výhledu při totožné intenzitě využití instalovaného výkonu, jako je tomu u stávajících jednotek, tedy průměrně ve výši cca 250 až 300 hod/rok, výsledná hodnota by činila 200 až 250 MWh/rok. Tabulka níže simuluje možné varianty potřeby chladu ve výhledu, pokud by z nějakého důvodu (např. vlivem vyššího využívání Velkého sálu během léta či ještě vyšších teplot anebo délky letní sezóny) bylo ve výhledu využití nového chladícího stroje i vyšší.

Tab. 7:Výhledová potřeba chladu v návrhovém stavu po rozšíření chlazených prostor dle intenzity využití návrhového výkonu nového centrálního zdroje chladu Parametr

Využití instalovaného výkonu [hod/rok] 250 500 750

Výroba chladu [MWh/rok]

200

400

600

Orientační spotřeba elektřiny

50

100

150

*) Při průměrné hodnotě chladícího faktoru 4

│

14 24


3 NÁVRH TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ 3.1 VOLBA TEPLONOSNÉHO MÉDIA A JEHO DISTRIBUCE Zajištění komfortu chlazení pro všechny požadované prostory NR má teoreticky více variantních možností. Nepochybně by bylo technicky řešitelné je osadit dalšími lokálními jednotkami s přímým výparem zapojenými vždy ke společné venkovní jednotce tak, jak to bylo provedeno u dnes chlazených kancelářských prostor. Jako hlavní přednost lze u této technologie vyzdvihnout subtilní distribuční systém, který rozvádí pouze chladivo, a vysoká sezónní účinnost provozu a schopnost v principu využívat distribuční systém, je-li v tzv. 3trubkovém provedení, pro přímou rekuperaci tepla, bude-li se v objektu současně vyskytovat potřeba (teplovzdušného) chlazení a vytápění. Ostatně tato možnost je hlavní předností systémů VRF, protože u nových kancelářských budov (s velikým prosklením) mohou plnit funkci – jediného společného – systému chlazení i vytápění. Venkovní jednotky jsou standardně řešeny jako se vzduchem chlazenými kondenzátory, výrobci nicméně nabízí i vodou chlazené s možností odváděné teplo předávat vodě a tím jej zpětně využívat. Zásadní nevýhodu je nutné naopak spatřovat v počtu venkovních jednotek, které by bylo zapotřebí instalovat. Pokud bychom předpokládali kompletní odstranění stávajícího strojového parku, bylo by zapotřebí nově pořídit min. 13-15 jednotek a najít pro ně umístění (buď na střeše anebo uvnitř objektu). Důvodem k tomu jsou výkonové limity technologie (mezní chladící výkon jedné venkovní jednotky může být max. 60 kW, délka rozvodů zpravidla v desítkách metrů, se zařazeným propojovacím elementem případně delší ). Větší počet zařízení by zvyšoval riziko poruch a náklady na údržbu a servis. Další nevýhodou je pak pořizovací cena systému, která je poměrně vysoká (jen za technologii mohou činit náklady min. 20-25 tis. Kč/kW chladícího výkonu). Po zohlednění všech těchto faktorů a skutečnosti, že souběžná potřeba chlazení a topení je u objektu NR velmi malá či se dnes ve skutečnosti téměř nevyskytuje, bylo rozpracováno alternativní řešení. Nové systémové řešení by využívalo jako chladící médium studenou vodu (o teplotách přívodní větev 6-7 °C, vratná 12-13 °C), přičemž v místnostech by byly instalovány fan-coil jednotky o výkonu odpovídajícím vypočteným hodnotám (viz výše a v příloze). Voda pro chlazení by byla distribuována nově vybudovaným potrubním rozvodem. Topologii systému distribuce chladu by bylo zřejmě nákladově nejvhodnější řešit horizontálními rozvody vybudovanými v 1. PP, ze kterých by byly následně vyvedeny čtyři hlavní stoupací větve umístěné do světlíků nacházejících se ve vnitřních rozích budovy. V jednotlivých patrech případně jen v některých (které by byly Národním památkovým ústavem, dále jen „NPÚ“, shledány jako přípustné) by pak byly vybudovány horizontální odbočky, které by procházely pod stropem chodby ve stávajících či nových podhledech a vstupovaly by do kanceláří. Z místního šetření se jeví, že by takto mohly být vyřešeny odbočky v 1. NP a 5. NP, kde je dnes již vybudovaný podhled resp. kde strop na chodbě nemá historickou malbu. U zbývajících pater by bylo nutné buď najít shodu s NPÚ na vhodném vedení odboček, případně k těmto patrům přistupovat

│

15 24


přes komínové průduchy, které se nachází de facto ve všech kancelářích (tzn., že by z odbočky v 1.NP byly současně připojeny i fan-coil jednotky v kancelářích i v 2. případně 3. NP, a z odbočky v 5. NP pak i 4. NP případně i 3. NP). Po vstupu do kanceláří by pak rozvody byly uloženy do zdiva za pomoci vyfrézovaných drážek a přivedeny do výměníkových jednotek (fan-coils). Fan-coil jednotky by byly v každé chlazené místnosti, stejně jako je tomu dnes, umístěny na stěně, která sousedí s chodbou (typicky nad dveřmi), aby rozvody co nejméně zasahovaly do interiéru místností. Při takto pojatém systému distribuce by tak bylo zapotřebí realizovat cca 2 x 2 tis. metrů potrubních rozvodů o dimenzích od DN 150 u horizontálního potrubí v suterénu, přes DN 100 u stoupacích potrubí až po DN 50 či ještě menší u horizontálních odboček a rozvodů na jednotlivých patrech. Spolu s rozvody chladu bude muset být řešen i přívod el. energie pro ovládání fan-coil jednotek a rovněž pak i odvod kondenzátu, který bude při chlazení vznikat. Jednotky by měly mít ventilátor s proměnnými otáčkami pro možnou plynulou výkonovou regulaci a být schopny vzdáleného i lokálního ovládání (dálkovým ovladačem). Další samostatný rozvod chlazené vody pak bude vybudován pro potřeby VZT jednotek Velkého a Malého sálu. Z prostorových důvodů se jeví u Velkého sálu jako rozumné osadit výměník do přívodního potrubí nikoliv na střeše ale těsně před přívodem vzduchu do sálu. Orientačně by se jednalo o dvojici potrubí 2 x DN 100 délky max. 100 metrů. Pro Malý sál by byla zřejmě vybudována odbočka buď z jednoho z přívodů chlazené vody do Velkého sálu případně z distribučního potrubí pro chlazení administrativních prostor.

3.2 SPECIFIKACE ZDROJE CHLADU Zdroj chladu by byl takzvaný chiller (chladič kapaliny) o celkovém chladícím výkonu cca 800 kW. Pro vyšší spolehlivost provozu a lepší výkonovou regulaci by měl být členěn na dva případně tři menší chladící stroje o poměrném výkonu. Zdroj(e) chladu se jeví jako vhodné situovat do 1. podzemního podlaží vedle kotelny, kde se dnes nachází hlavní rozdělovač a sběrač a předávací stanice tepla pro objekt NR. Po určitých úpravách by zde mělo být možné minimálně dva chladící stroje umístit. Tato poloha by byla výhodnou ze dvou důvodů. S ohledem na stávající potřebu teplé vody v objektu se jeví jako racionální, aby chladící stroje měly rovněž kapalinou chlazené kondenzátory. Dočasným zvýšením kondenzační teploty by bylo možné využívat takto získávané teplo pro přípravu teplé vody a její dohřev v rámci cirkulace po objektu. Druhým důvodem je i teoretická možnost využívat tyto chladící stroje na počátku a konci topné sezóny v reverzním chodu jako zdroje tepla, tedy tepelná čerpadla. Tomu by byla uzpůsobena i strojovna chlazení, která by chladící stroje i současně integrovala do systému ÚT.

3.3 ODVOD TEPLA Odvod přebytečného tepla (či naopak jeho získávání) by v základním řešení bylo pomocí vzduchových stolních ventilátorových chladičů, které by byly umístěny na střeše budovy. Bez dalších zásadních stavebních úprav by mělo být možné instalovat na volné ploše (nacházející se na západní straně střechy) chladiče schopné odvádět až 600 kW tepla (viz nákres níže). Jednotky by bezpochyby musely

│

16 24


být uzpůsobeny na nízkou produkci hluku (ty nejtišší generují v 10 metrech jen pouze 39 dB) a vhodné by bylo je koncipovat s EC motory, které umožňují širokou otáčkovou potažmo výkonovou regulaci. Chladící stroje by k těmto chladičům byly připojeny glykolovým okruhem, aby bylo vyloučeno riziko zamrznutí.

Obrázek 2: Nákres situování ventilátorových chladičů na střeše budovy s uvedením typu a jeho rozměrů

│

17 24


Dalších minimálně 250 až 300 kW by mohlo být získáno, pokud by pro tento účel byly využity i prostory „věží“, v kterých jsou dnes instalovány venkovní jednotky čtyř největších VRV systémů (celkem 3 ze 5 věží dnes mají v sobě právě tato zařízení). Vyžadovalo by si to již však stavební úpravy prostor věží a zřejmě i žaluzií, kterými je dovnitř a ven přiváděn a odváděn vzduch. Tímto způsobem by tak bylo možné do značné míry či zcela pokrýt potřeby odvodu tepla z objektu generované novým systémem chlazení. Pokud by s umístěním další chladící techniky na střeše byl z nějakých důvodů problém (např. kvůli památkářům), alternativní možností, která se u NR nabízí, je využít jako zdroje chladu a případně i tepla vltavskou vodu, a to prodloužením přivaděče, který je dnes v městském kolektoru v Platnéřské ulici a slouží pro potřeby Klementina. Předběžná studie vypracovaná společností Ingutis ověřila, že záměr je technicky bez či jen s malými stavebními pracemi uskutečnitelný. Hlavní předností tohoto řešení je, že by umožnil snížit budoucí potřeby elektřiny chladícího systému NR díky vyšší provozní účinnosti. Po většinu času období, kdy by objekt bylo zapotřebí chladit, má totiž vltavská voda výrazně nižší teplotu než venkovní vzduch, což podstatným způsobem přispívá k vyšší účinnosti strojního chlazení. Z tohoto důvodu byla otázka využití říční vody dále rozpracována za účelem posouzení z hlediska kapacitních možností.

3.4 KAPACITNÍ MOŽNOSTI VYUŽITÍ ŘÍČNÍ VODY V rámci komplexní rekonstrukce Klementina byl v letech 2011 až 2013 realizován projekt modernizace systému chlazení. Z důvodu požadavků památkářů bylo nakonec rozhodnuto pro odvod kondenzačního tepla z nově instalovaných chladících strojů využít říční vody z Vltavy (a nikoliv chladiče, které by byly umístěny na střeše památkově chráněných budov). Za tímto účelem byla na základě vydaného rozhodnutí vodoprávního úřadu MHMP (povolení č.j. 235243/2010/OOP-II/R z 11.3.2010) sjednána možnost odběru vltavské vody a následně uzavřena smlouva s Povodím Vltavy konkretizující další podmínky odběru (mj. cenu). Využívání vltavské vody pro odvod kondenzačního tepla bylo zahájeno od poloviny roku 2013 a má následující podobu. Mezi Vltavou a strojovnou chlazení Klementina (nachází se v 1. PP objektu knihovny, jenž svou delší stranou sousedí s ul. Platnéřskou) bylo vybudováno přívodní a vratné potrubí vltavské vody o dimenzi 2 x DN 200. Ze strojovny chlazení je až ke křižovatce s ul. Křížovnickou veden v distribučním kolektoru Kolektory Praha a.s. a dál pak Platnéřskou ul. pokračuje až k Vltavě ve výkopu. Na konci ulice v těsné blízkosti břehu je v komunikaci vybudována čerpací stanice, kde jsou dvě ponorná čerpadla (od výrobce Grundfos, model SE1.100.150.75.4.51D) a filtr (typ AUTOKLEAN AF 906 PR). Pod hladinou řeky je pak zřízen podzemní přívod a odvod, které jsou chráněny od toku proti mechanickým nečistotám sacím košem. V provozu je vždy jen jedno čerpadlo, druhé slouží jako 100 % rezerva. Voda je po filtraci dodávána do strojovny chlazení Klementina, kde jsou celkem tři deskové výměníky, z toho dva slouží pro chlazení kondenzátorového okruhu dvou chladících strojů, které byly nově

│

18 24


instalovány. Jejich součtový chladící výkon dosahuje 600-700 kW a jsou dimenzovány na potřeby chladu po celkové rekonstrukci Klementina. Dle původního návrhu by pro odvod takto velikého množství tepla (s přihlédnutím k teplu produkovanému kompresory chladičů) bylo zapotřebí minimálního průtoku říční vody na úrovni asi 150 m3/hod při míře ohřátí vody o 5-6°C. Z důvodu opožděného průběhu komplexní modernizace Klementina však dosavadní potřeby chlazení je podstatně nižší a zatím nepřesáhly zřejmě 250-300 kW (v provozu je zatím jen jeden menší chladící stroj). I původní projekt rekonstrukce areálu knihovny byl přehodnocen (= redukován) a dle sdělení pracovníků NK by v budoucnu potřeba chladu neměla být vyšší než 500 kW. K menšímu využívání vltavské vody motivují i podmínky odběru, dle kterých údajně možné vodu ohřívat jen o 4 °C a platba za jeden m3 pro rok 2015 činí 3,62 Kč bez DPH (I proto od srpna 2013 bylo do léta 2015 odebráno méně než 50 tis. m3 vody). Kromě úhrad Povodí Vltavy za využití říční vody dále platí čtvrtletně Kolektorům Praha nájemné ve výši 20 tis. Kč bez DPH, tj. 80 tis. Kč/rok. To v praxi znamená velmi vysoké finanční zatížení (souhrnné poplatky v přepočtu na kWh odvedeného tepla dosahují výše i 2 Kč/kWh) a činí využívání vody významně méně ekonomicky výhodné než odvod tepla do vzduchu, a to i za cenu výrazně vyšší náročnosti na spotřebu elektřiny (lze odhadovat, že v přepočtu na 1 MWh vyrobeného chladu jsou provozní náklady vyšší o 800 až 1000 Kč). Stávající podmínky odběru vltavské vody, jaká má dnes NK ČR s Povodím Vltavy ujednány, lze však považovat za diskriminační. Jiné instituce, které v Praze rovněž vodu z Vltavy pro stejné účely využívají (Národní divadlo, Rudolfinum), je mají významně výhodnější (výrazně vyšší možnost změny teploty a výrazně menší poplatky za m3 odebraných vod) a co víc, obdobně je využití říčních vod zpoplatněno i v Německu ad. zemích západní Evropy (Francie, Nizozemí). Existuje tedy reálná možnost je v budoucnu změnit tak, aby byly na obvyklých hodnotách (za takové lze považovat ty, kdy využití vody je zpoplatněno max. platbou ve výši 0,1-0,3 Kč/m3, a kdy je možné alespoň v určitých částech roku měnit výrazněji teplotu vody). Z tohoto důvodu bylo provedeno vyhodnocení, jaká volná přepravní kapacita by mohla být v přivaděči říční vody do Klementina dále využita pro potřeby NR, pokud by mezi Prahou a NK ČR byla uzavřena smlouva o sdílení této infrastruktury. Následující výpočet analyzuje tuto disponibilní kapacitu trasy při existenci stávajících čerpadel. Potrubí DN 200 je vedeno kolektorem v délce trasy cca 190 m z Vltavy do strojovny Klementina. Návrhové poměry tohoto stávajícího okruhu byly následující: Stávající stav (dle zástupce projektanta, J. Humla, ze společnosti Metroprojekt): Tlakové ztráty pro návrhový průměrný průtok 120 m3/h byly uvažovány následovně: • • • • •

tl. ztráta filtru čistého 10 kPa, při provozním zanesení uvažováno 30 kPa tl. ztráta potrubí byla uvažována cca 50 Pa/m délky tj. pro potrubí 2x190 m cca 19 kPa plus ztráty na tvarovkách (místní) cca 50 %, dohromady cca 30 kPa tl. ztráta výměníku chlazení ve strojovně cca 50 kPa uvažovaná rezerva na armatury, vodoměr příp. další výměník cca 30 kPa

│

19 24


•

osazena dvě čerpadla Grundfos SE1.100.150.75.4.51D 50 Hz se jmenovitým bodem 41,6 l/s; 11,7m, v provozu vždy pouze 1 čerpadlo; každé má samostatné sání z řeky se samostatným filtrem. Zatížení je regulováno otáčkově podle potřeby chladicího výkonu na Klementinu.

Navržené prodloužení trasy (dle studie/návrhu fy. Ingutis, J. Kolda): Na stávající trasu naváže nový úsek do Nové radnice a je možno počítat s následujícími předpoklady: • • •

délka trasy cca 150 m, DN 200 součinitelé místních odporů (suma dzeta) =7 na jeden směr (uvažováno pouze po vstup do kotelny Klementina) celková ztráta potrubí při výpočtovém průtoku 31 l/s vychází 2,1 m

Posouzení kapacity rozšíření trasy při zachování stávajících čerpadel Předpokládáme paralelní provoz obou čerpadel na plné otáčky a následující výpočtové podmínky: • • • • •

vnitřní drsnost potrubí 0,5 mm (tj. cca 2x více než ve výše uvedených předpokladech) místní odpory stávající trasy uvažovány dle výše uvedených předpokladů s přepočtem na nové rychlosti souč. místních odporů v kotelně NR odhadnuty = 3, celkem suma dzeta nové trasy tedy = 10 ztráta koncového výměníků 3 m v.s. (konstantní pro všechny var. průtoku, tedy různě dimenzované výměníky) další výpočtová rezerva není uvažována

Výpočet byl proveden pro 3 případy: 1. Zachování průtoku do Klementina (120 m3/h, odpovídá přenášenému výkonu 560 kW při delta t = 4 K) Výsledek: Dodatečný průtok do NR může být 13 l/s (47 m3/h), odpovídá přenášenému výkonu 220 kW při delta t = 4 K. Průtok stávající trasou je 46,4 l/s (167 m3/h) a celková tlaková ztráta (pracovní bod čerpadel v paralelním chodu) cca 15,2 m. Celkový přenášený výkon je tedy 780 kW. 2. Nulový průtok pro Klementinum, veškerá voda jde až do NR. Výsledek: Max. průtok do NR je cca 40,5 l/s (146 m3/h), odpovídá přenášenému výkonu 680 kW) při delta t = 4 K. Celková ztráta (pracovní bod čerpadel) = cca 15,7 m. 3. Poloviční průtok do Klementina (60 m3/h) Výsledek: Dodatečný průtok do NR může být 27,5 l/s (99 m3/h), odpov. výkon pro NR 460 kW, celkem K+NR 280+460= 740 kW (při dt = 4 K). Průtok stávající trasou je 44,2 l/s (159 m3/h) Celková ztráta cca 15,4 m. Příklad grafického znázornění tohoto případu ukazuje následující obrázek. Červená křivka ukazuje část charakteristiky čerpadel na plné otáčky při paralelním chodu, modrá křivka ztráty okruhu při konst. průtoku do Klementina (21,8 l/s=60 m3/h) a proměnném průtoku do NR.

│

20 24


Obrázek 3: Ukázka výpočtu velikosti průtoku a tlakové ztráty v přivaděči říční vody pro 3 3 případ odběru cca 60 m /hod pro potřeby Klementina a 100 m /hod pro potřeby NR

Shrnutí závěrů analýzy: Výpočty dokládají, že s pomocí stávajících čerpadel v čerpací stanici přivaděče říční vody by bylo možné průtok vody po výstavbě prodloužení přivaděče do NR navýšit na cca 140 až 160 m3/h, budouli provozována obě čerpadla. Při omezení ohřátí vody pouze o 4 K, jako je tomu dnes, to odpovídá odváděnému výkonu kolem 700 kW. Tato kapacita by měla postačovat pro odvod tepla z chladicích systémů Klementina v míře dnes obvyklé (max. 200 až 300 kW) a umožnit odvést z NR teplo z nového centrálního systému chlazení v množství dalších 400-500 kW. To se jeví jako dostačující pro minimálně jeden z navrhovaných chladících strojů. Bude-li zájem přenosové schopnosti dále navýšit, lze doporučit nejjednodušeji pokusit se vyjednat možné navýšení míry změny teploty vody. Zvýšení na 7 K by znamenalo při totožném průtoku více než 1 MW, což by mělo vlivem nesoučasnosti postačovat pro krytí velké většiny či dokonce veškerých potřeb Klementina i NR. Ve strojovně chlazení by po vzoru Klementina byl instalován jeden nebo více deskových výměníků propojujících přivaděč s kondenzátorovým okruhem jednoho či více chladících strojů (podle počtu zapojených okruhů) a dále měření množství odebrané vody a odvedeného tepla. Voda z Vltavy může být využívána i opačně, tj. i jako zdroj tepla. Chladící stroje v reverzním chodu zvládají využívat říční vodu do teplot +6 °C (výstupní teplota vody opouštějící výparník bývá technicky omezena na min. +3 °C) a takto získané teplo pak předávat na úrovni 50 i více °C. V praxi může být chladící stroj přednostním zdrojem tepla v přechodových měsících, tj. říjen-listopad, duben-květen. Dalším případným benefitem je, že říční voda může být v zimních měsících využita i pro přímé chlazení prostor, které to vyžadují (tj. bez strojního chlazení, pouze tepelnou výměnou přes výměník). Takto je dnes např. chlazena serverovna Klementina.

│

21 24


4 KVANTIFIKACE INVESTIČNÍCH NÁKLADŮ Předběžný odborný odhad investičních nákladů na instalaci nového systému chlazení budovy Nové radnice ukazuje následující tabulka. Nejvíce nákladným bude výstavba rozvodů chladu, které musí být zřízeny v plném rozsahu. Jeho nákladovost je přitom zatížena poměrně významnou odchylkou, protože objekt je dnes osazen celou řadou dalších rozvodných sítí a kabeláže a může často docházet ke kolizím, které budou muset být řešeny nákladnými úpravami či alternativními trasami (přitom může být zasahováno do původních chladivových tras, které budou muset být případně demontovány). Zatím nedořešený zůstává průchod horizontálních odboček ze stoupacích potrubí do kanceláří v 2. až 4. NP, protože chodby jsou opatřeny malbami s historickou hodnotou. Pokud by to z pohledu památkářů bylo vyloučené, znamenalo by to připojovat se přes 1. a 5. NP. Asi nejpraktičtější by bylo využít komínových průchodů, které by snad mělo být možné pro tento účel vyžít (místní průzkum však vyloučil jejich možné využití již ze suterénu). Náklady odpovídají obvyklým cenám uvažovaných technologií, materiálu a montážních a stavebních prací. Chladící stroj je naceněn s průměrnou cenou 3 tis. Kč/kW chladícího výkonu, fan-coil jednotky pak v ceně 20 tis. Kč/kus vč. přívodu elektro a odvodu kondenzátu. Potrubní rozvody jsou vyčíselny včetně izolace, montáže a stavebních ad. prací (drážky, průrazy, začištění, obnova maleb). Systém chlazení by byl osazen základními prvky MaR s tím, že by byl fakticky řízen nadřazeným systémem typu BMS (není součástí ceny). Lze doporučit, aby součástí specifikace byl požadavek na schopnost zdrojů chladu komunikovat za pomoci otevřených komunikačních protokolů (např. MODBUS či BacNet). V neposlední řadě je nutné neopomenout, že doprava chladících strojů do plánovaných prostor bude muest respektovat velikost servisního vstupu, který je omezen na 130 x 150 cm a nachází se v Platnéřské ul. Tato skutečnost může omezit výběr vhodné technologie a samozřejmě ovlivnit i cenu.

│

22 24


Tab. 8: Odhad investičních nákladů centrálního systému chlazení v NR Položka (materiál i práce)

[tis. Kč bez DPH]

Strojovna chlazení

~ 6 500

v tom: - zdroj chladu typu chiller (celkem ~ 800 kW v členění na 2/3 jednotky, montáž 25 % ceny stroje)

3 000

- rozdělovač/sběrač, OČ, armatury, M&R, vč. práce

1 000

- výměník říční voda / primární okruh chladicího systému 1 stroje

1000

- vynucené úpravy stávajících prostor kotelny

1 500

Rozvody chladící vody v objektu vč. fan-coil jednotek

~ 15 000

v tom: - horizontální rozvody v suterénu (2x DN150 v délce cca 300 metrů, vč. izolace a montáže) - svislé rozvody (4 stoupací a 4 vratná, každá cca 30 metrů, 2x DN 100, vč. izolace a montáže)

1 300 500

- horizontální rozvody od 1. NP do 5. NP k fan-coil jednotkám (5krát 2x250 metrů, DN 50, vč. izolace, montáže a stavebních a malířských prací)

3 900

- armatury vč. montáže, prvky MaR, nátěry potrubí aj.

3 500

- fan/coil jednotky (vč. montáže, přívodu elektro a odvodu kondenzátu, celkem 270 kusů)

5300

- nové výměníky do VZT jednotek pro Velký sál (2 x 100 kWch) a Malý sál (1x 50 kWch) vč. montáže Odvod tepla (uvažována obě řešení):

500 ~ 4 000

v tom: - suché chladiče na střeše (2 x 200 kW) vč. propojovacího okruhu (2x 100 metrů DN 125)

1 500

- přívod říční vody (2x DN 200 v délce 200 metrů vč. montáže)

2 500

Projektová příprava, rozpočtová rezerva (celkem 15 %) Celkem

~ 3 500 ~ 28 000

│

23 24


5 ZÁVĚR A DOPORUČENÍ DALŠÍHO POSTUPU S vědomím všech výše uvedených skutečností lze další postup doporučit jako následující: •

V prvním kroku doporučujeme zahájit vyjednávání s Národní knihovnou ČR potažmo Povodím Vltavy s.p. o uzavření dohody o možném spoluvyužívání říční vody. V rámci vyjednávání by měla být rovněž otevřena otázka výhodnějších podmínek odběru než dnes. Pokud se je podaří dohodnout, doporučujeme smluvní vztah(y) uzavřít a přivaděč vltavské vody realizovat.

•

Druhým krokem by bylo zahájení projekční přípravy, v rámci které by měl být proveden podrobný průzkum možného způsobu trasování rozvodů chladu po objektu. Konečné řešení může významně ovlivnit budoucí náklady. Souběžně je nutné optimálně navrhnout prostorové řešení strojovny chlazení a upřesnit si rozsah vynucených úprav; i to může ovlivnit významněji celkové náklady.

•

Protože souběh potřeby chladu na mezních hodnotách (tj. okolo 800 kW) se po výsledcích měření během letošního velmi teplého léta jeví jako velmi nepravděpodobný, jako rozumné se jeví v prvním kroku instalovat pouze chladící výkon odpovídající 2/3 vypočtených mezních potřeb (tj. na úrovni cca 550 kW). Tento výkon by měl za normálních okolností plně postačovat a dle výsledků 1-2 sezón pak vyhodnotit, zda je potřebné výkon dále navýšit.

•

Při rozhodování o realizaci je nutné si nicméně uvědomit, že stávající chladící agregáty se na současné spotřebě elektřiny v objektu podílejí jen marginálně (v řádu jednotek procent, pokud celková spotřeba elektřiny na NR a spolu s ní i na NÚB přesahuje 1 000 MWh/rok) a tento význam na celkové spotřebě elektřiny bude i po realizaci projektu centralizace.

•

Závěrem lze poznamenat, že při správném návrhu by nově instalované chladící stroje na NR měly být schopny saturovat potřeby tepla v letním období nejen na NR, ale i v celém distribučním systému tepla (denní spotřeba plynu v kotelně dosahuje v letních měsících v průměru cca 3 MWh a jen s 1/3 bude připadat na NR); s ohledem na omezené možnosti výstupních teplot z kondenzátorů chladících strojů by bylo nezbytné upravit stávající zapojení přípravy teplé vody v jednotlivých odběrných místech tak, aby teplá voda byla nadále o teplotách vyhovujících potřebám (předřazení zásobníků na teplou vodu deskovým výměníkem).

•

Přivedení vltavské vody do NR může ve výhledu být využito nejen po potřeby NR, ale i dalších budov. Za perspektivní se jeví výstavba propoje do NÚB, kde by pak bylo možné říční vodu využívat pro přirozené chlazení místních serveroven (využívány pro městský kamerový systém a také IT podporu dalších doprovodných služeb). Opět by si to však vyžadovalo komplexní změnu stávajícího systému chlazení (datové centrum je dnes chlazeno VRF systémy).

│

24 24

NÁSTIN MOŽNÉHO ŘEŠENÍ SYSTÉMU CENTRÁLNÍHO CHLAZENÍ OBJEKTU NOVÉ RADNICE MHMP INFORMATIVNÍ MATERIÁL

Recommend Documents