Pompy do każdej strefy klimatycznej. Płynne krążenie

„Klimahaus Bremerhaven 8° Ost” powstał kosztem ok. 70 mln Euro. Powierzchnia całkowita obiektu wynosi 18 800 m2, z czego 11 500 m2 stanowią strefy wystawowe. Konstrukcja budynku ma kształt elipsy, w zależności od perspektywy obserwatora, przypominającej kadłub statku, chmurę lub kroplę wody. Konstrukcja wewnętrzna wykonana na bazie betonu, otoczona jest zewnętrznym szkieletem ze szkła. Fasada budynku wynosząca 10 000 m² składa się z ponad 4700 oddzielnie wykonanych szklanych płytek. W czterech strefach wystawowych, Klimahaus w czytelny sposób przedstawiono problem zmian klimtycznych. W pawilonie wystawowym o nazwie „Podróż” wszystkimi zmysłami można poznać warunki panujące w różnych strefach klimatycznych, znajdujących się wzdłuż ósmego stopnia długości geograficznej wschodniej, a wszystko to dzięki wykorzystaniu inteligentnych systemów klimatyzacyjnych, zraszaniu i oblodzeniu, a także użyciu specyficznych zapachów i odgłosów. W strefie „Elementy”, zwiedzający mogą przeprowadzić ponad 100 eksperymentów fizycznych i meteorologicznych. Strefa „Perspektywy” pozwala na zbadanie zmian klimatu, ich konsekwencji oraz możliwych rozwiązań. W strefie „Możliwości” ukazano bardziej świadome życie klimatyczne oraz propozycje indywidualnej inicjatywy dla każdego. Studio pogodowe oraz obszerne centrum medialne dopełniają całej podróży.

Projekt holistyczny Od samego początku twórcy projektu skupiali się na koncepcji energii zrównoważonej i możliwie neutralnej pod względem emisji CO2. Stworzono holistyczny i integralny projekt obejmujący technologię budowlaną i klimatyzację, który ma na celu proste i efektywne przygotowanie wszystkich części budynku do instalacji systemów klimatyzacji. Najpierw przeprowadzono szczegółową analizę użytkowania budynku, w celu ograniczenia zapotrzebowania na energię za pomocą odpowiednich koncepcji klimatyzacji. W porównaniu z wartościami początkowymi, na przykład zapotrzebowaniem na chłód w obrębie stref wystawowych „Elementy”, „Perspektywy” i „Możliwości” oraz foyer budynku, zapotrzebowanie na energię można było zredukować o 50%. W związku z tym, w tych częściach budynku, zrezygnowano z mechanicznego wytwarzania chłodu, a zamiast tego wykorzystuje się naturalne możliwości wentylacji przestrzeni. Kiedy warunki zewnętrzne na to pozwalają, otwiera się umieszczone na ścianach zewnętrznych klapy wentylacyjne, potrzebne do wyprowadzania dymu i ciepłego powietrza, aby wpuścić świeże powietrze do budynku bezpośrednio przez elewację. W zimie, energię słoneczną pozyskiwaną za pomocą przeszklonej fasady, wykorzystuje się do nagrzewania świeżego powietrza z zewnątrz, a przy użyciu specjalnego systemu odzyskuje się ciepło z odprowadzanego powietrza. Latem, oszklenie dachu chronione jest za pomocą wewnętrznej żaluzji, która zapobiega jego przegrzaniu. W oszklony dach placu wbudowano system fotowoltaiczny o mocy 37 kW. Wytwarza on nie tylko bezpieczną dla środowiska energię elektryczną, ale też ogranicza promieniowanie słoneczne na tym obszarze do ok. 20%. Zapotrzebowanie na energię budynku uzupełniane jest przy użyciu odnawialnej zielonej energii elektrycznej. Ze względu na wykorzystywanie energii odnawialnej oraz doskonałej interakcji wszystkich komponentów technicznych w budynku, jego funkcjonowanie w zasadzie nie powoduje emisji CO2. Ciepło jest dostarczane w sposób niemalże całkowicie neutralny pod względem emisji CO2 poprzez system ciepłowniczy z elektrowni w Bremerhaven, wytwarzający energię z odpadów. Podczas dystrybucji ciepła, zastosowano wyłącznie elektronicznie sterowane pompy dławnicowe oraz pompy energooszczędne. Te ostatnie dostosowują prędkość obrotową do zmieniającego się obciążenia systemu lub odpowiedniego rozdziału ciepła i w ten sposób pobierają znacznie mniej energii elektrycznej niż pompy nie sterowane elektronicznie. System pomp energooszczędnych zapewnia aż do 80% oszczędności prądu i zmniejszenie emisji CO2.

W częściach systemu, w których następuje ogromny przepływ powietrza, zainstalowano pompy dławnicowe. Dwie pompy z tej grupy stanowią pompy główne, zainstalowane między źródłem ciepła a węzłami ciepłowniczymi. Są to pompy działające przy obciążeniu podstawowym lub szczytowym. Te ustawienia, razem z energooszczędną kontrolą prędkości obrotowej zapewniają to, że dostarczana jest jedynie taka ilość ciepła, która jest w danym momencie potrzebna. Pompy energooszczędne znajdują się też w mniejszych obiegach grzewczych, w których przepływ powietrza jest niższy. Tam, gdzie wymaga tego bezpieczeństwo działania i dostawy ciepła, zainstalowano podwójne pompy energooszczędne: na przykład w obiegu grzewczym zasilającym wymienniki ciepła w akwariach wystawowych. Ze względu na delikatne „życie morskie”, dostawy ciepła nie mogą zostać zakłócone, nawet w wypadku awarii pompy. Dlatego też zastosowano tam pompy rezerwowe. Jedna z pomp działa jako pompa główna, podczas gdy druga stanowi pompę rezerwową. W celu równomiernego obciążania obydwu pomp, pompa główna i rezerwowa zamieniają się co pewien czas funkcjami, dzięki zintegrowanemu systemowi obsługi pomp podwójnych.

Chłodzenie przez cały rok Pomimo uzyskanych oszczędności energii, Klimahaus wymaga chłodzenia przez cały rok. Użytkowanie budynku wymaga stale dostawy chłodu, przy czym zapotrzebowanie na chłód przekracza nawet zapotrzebowanie na ciepło. Fakt ten jest najbardziej oczywisty w strefie wystawowej „Podróż”, gdzie wymagana jest temperatura od -6 do +35°C.
Dlatego, autorzy projektu zdecydowali się na wykorzystanie chłodzenia naturalnego (energią pochodzącą bezpośrednio ze środowiska) tam, gdzie tylko jest to możliwe. Ze wszystkich wykorzystanych tutaj technologii, dystrybucję nośnika chłodu zapewnia 27 pomp. Jednym z aspektów jest chłodzenie warstwy betonowej, stanowiącej powierzchnię masywnych sufitów, i wykorzystanie jej do regulacji temperatury w pomieszczeniu. W sufitach zainstalowano system rurociągu podgrzewający pomieszczenie w ciągu dnia i umożliwiający przepływ wody lodowej nocą. Zimna woda pochłania ciepło z warstwy betonu. Tym samym, można obniżyć temperaturę w pomieszczeniu oraz poprawić jego warunki cieplne. Gdy temperatura zewnętrzna na to pozwala, woda lodowa uzyskiwana jest za pomocą wolnego chłodzenia (free cooling), za pomocą systemu wieży chłodniczej zamontowanego na dachu Klimahaus. Specjalna pompa zapewnia cyrkulację solanki chłodniczej w obwodzie pierwotnym pomiędzy wieżą chłodniczą a wymiennikiem ciepła. Jest to jednostopniowa dławnicowa pompa odśrodkowa o konstrukcji kompaktowej. Pompa jest obliczona na przepływ 53,91 m³/h przy wysokości podnoszenia 17,3 mH2O. Za wymiennikiem ciepła znajduje się rozdzielacz z czterema obwodami wody lodowej zasilającej klimatyzatory. Jeden z obwodów zapewnia chłodzenie warstwy betonowej i jest wyposażony w niskociśnieniową pompę odśrodkową. Urządzenia zapewniające chłodzenie sufitowe i chłodzenie podłogowe w holu, podłączone są do pozostałych trzech obwodów. W tych obwodach zainstalowano elektronicznie sterowane pompy dławnicowe oraz pompę podwójną. W tych pompach prędkość obrotowa wirnika dopasowana jest do zmieniających się warunków pracy, dzięki wbudowanej przetwornicy częstotliwości. Tym samym, pompa zawsze pracuje z prędkością dostosowaną do aktualnych potrzeb. W większości przypadków, w pełni wystarczający jest tryb pracy przy częściowym obciążeniu. Możliwa jest oszczędność energii nawet do 50%, w porównaniu z pompami nieregulowanymi elektronicznie.

Chłodzenie geotermalne Alternatywnie, wspomniane trzy obiegi chłodzące, mogą być zasilane energią geotermalną za pomocą połączonego z nimi wymiennika ciepła. Energia geotermalna wykorzystywana jest w tych częściach obiektu, gdzie nie ma odsłoniętych sufitów betonowych i gdzie zamiennie zainstalowano chłodzenie sufitowe. Energia nie jest tam magazynowana i dlatego chłodzenie ziemne musi następować pod obiektem także w ciągu dnia. Wykorzystanie energii geotermalnej jest możliwe, ponieważ konstrukcja szkieletowa budynku zamocowana jest na 770 betonowych słupach o głębokości 20 m. 464 z nich to słupy energetyczne (sondy gruntowe), w których wykonano obiegi nośników chłodu. Słupy energetyczne mają moc chłodniczą 270 kW, co pozwala, poza dotychczas wspomnianymi obiegami, zasilać także chłodzenie sufitowe w strefach wystawienniczych „Elementy” oraz „Perspektywy”. Na odcinku powrotnym od urządzeń odbiorczych do słupów energetycznych zainstalowana została pompa monoblokowa o stałej prędkości roboczej, która zapewnia cyrkulację nośnika chłodu (30% roztwór glikolu etylenowego w wodzie). Zapewnia ona przepływ 82,8 m³/h przy wysokości podnoszenia 20,6 mH2O. Sterowane elektronicznie pompy dławnicowe i bezdławnicowe są idealnie dostosowane do warunków pracy w systemach klimatyzacji i chłodzenia. Są one, między innymi, odporne na korozję dzięki standardowej powłoce kataforetycznej i dodatkowemu malowaniu. Ponadto, obudowy silników są standardowo wyposażone w systemy odprowadzające skropliny, co w rezultacie zapewnia skuteczną ochronę całego silnika. Trwałość użytkowa pompy jest wydłużona, obniżając w ten sposób koszty konserwacji. Żywotność pompy wydłuża się, co tym samym pozwala na zmniejszenie kosztów eksploatacji.

Chłód mechaniczny Klimahaus nie może w pełni funkcjonować bez mechanicznego wytwarzania chłodu, ponieważ w pewnych strefach wystawowych musi być zapewniona stała dostawa chłodu. Część chłodu wytwarzana jest z wykorzystaniem miejskiego systemu ciepłowniczego. Do wytwarzania chłodu stosowane są także procesy termochemiczne. Chłodziarka absorpcyjna wykorzystująca wodny roztwór bromku litu wytwarza moc chłodniczą 65 kW przy zużyciu mocy cieplnej 84 kW.
Chłodziarka bromolitowa, wraz z dwiema chłodziarkami ze sprężarkami śrubowymi jest wykorzystywana do wytwarzania wody lodowej na potrzeby systemów klimatyzacyjnych. Woda lodowa tłoczona jest do zbiornika buforowego o pojemności 3000 l. Także w tym przypadku odpowiednie pompy o różnej mocy i wielkościach gwarantują niezawodne zaopatrzenie zbiornika. Stąd woda lodowa o temperaturze zasilania 8°C dopływa do odbiorników chłodu i temperatura wody powrotnej wynosi 14°C. System dostarcza chłód i ciepło do wielkich akwariów oraz systemów klimatyzacyjnych w technologii akwarystycznej, restauracji oraz niektórych stref wystawowych. W tym obiegu zainstalowano dwie, elektronicznie sterowane pompy dławnicowe oraz pompy podwójne.

Warunki antarktyczne „Lodowe” warunki w strefie wystawowej „Antarktyka” muszą być utrzymywane praktycznie cały rok, ponieważ w rzeczywistości średnia temperatura roczna wynosi tam -55°C. Podłoga i ściany pokryte są tu prawdziwym lodem, dlatego zainstalowano tam system wytwarzania lodu, w którym krąży 30% wodny roztwór glikolu etylenowego, o temperaturze zasilania -12°C i temperaturze powrotnej -8°C. Chłodziarka ze sprężarką śrubową o mocy chłodniczej 80 kW zapewnia dostawę chłodu do zbiornika o pojemności 2000 l. Ponieważ wadliwe działanie lub awaria urządzenia mogłaby spowodować natychmiastową odwilż, wszystkie istotne składniki systemu instalowane są z odpowiednią rezerwą. Są to, poza klimakonwektorem i chłodziarką, także pompy obiegowe w łańcuchu dystrybucji. Zainstalowano dwie identyczne pompy, które zasilają klimakonwektor i system klimatyzacyjny „Antarktyki” oraz chłodzenie lodowych obiektów. Podczas pracy jedna z pomp funkcjonuje jako pompa główna, a druga stanowi rezerwę i włączana jest tylko w wypadku awarii pierwszej pompy. Tak więc, w razie awarii pompy, chłodzenie danego elementu systemu zostaje zapewnione. Chłodzenie skraplaczy urządzeń chłodniczych zapewniają wieże chłodnicze znajdujące się na dachu Klimahaus. Chłodząca woda pompowana jest za pomocą trzech pomp, każda, o wydajności 75 m³/h przy wysokości podnoszenia 23,1 mH2O. Pompy są włączane i wyłączane, w zależności od zapotrzebowania na wodę chłodzącą. Do zasilania urządzeń sanitarnych na potrzeby gości i obsługi zastosowano system podnoszenia ciśnienia wody. Jest on wyposażony w jednostkę sterowniczą wyposażoną w przetwornice częstotliwości, zintegrowane z elektroniką pompy. W ten sposób zapewnia się działanie systemu stosownie do rzeczywistego zapotrzebowania na wodę. Innym wymaganiem klienta było wykorzystanie wody deszczowej. Jest ona zbierana na dachu Klimahaus i gromadzona w zbiornikach na deszczówkę. Stąd wpływa do systemu utylizacji wody deszczowej, który zasila część toalet dla odwiedzających, za pomocą oddzielnego rurociągu wodnego. System posiada zbiornik 400 l i jest wyposażony w dwie pionowe pompy odśrodkowe, przez które przy największej wydajności przepływa 8 m³/h. Bezawaryjne zasilanie podłączonych urządzeń sanitarnych jest więc zapewnione również w sytuacji częstego używania.
Izabela Berger
Fot. Z archiwum firmy Wilo

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdfpdf


Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij