Przemyślane planowanie dla niskich kosztów eksploatacji
Małe inwestycje otwierają duży potencjał oszczędnościowy w Lebenshilfe Wohnwelten w Altdorfie
Gdy w centrum zainteresowania planowania obiektu znajdują się nie tylko niskie koszty budowy, ale także niskie koszty eksploatacji, architekci i planiści muszą ujawnić swoje umiejętności. Taki był cel "Inclusive Housing Worlds" z. Życie rodzinne w regionie Norymbergi do spełnienia.
Dzięki zindywidualizowanemu planowaniu i gotowej technologii można zoptymalizować dostawy ciepła i wytwarzanie energii elektrycznej we własnym zakresie - podstawowe elementy elektrociepłowni i magazynowania ciepła doskonale ze sobą współpracują.
Rys. 1: Niektóre obszary, takie jak wewnętrzne strefy wspólne (zdjęcie), foyer, korytarze lub sale konferencyjne w integracyjnych środowiskach mieszkalnych są zasilane przez zdecentralizowane systemy wentylacyjne.
Lebenshilfe im Nürnberger Land e. V. prowadzi ponad 20 obiektów, w których osoby z opóźnieniami rozwojowymi lub niepełnosprawnościami mogą znaleźć dom i otrzymać opiekę. Mieszkańcy są zazwyczaj wspierani przez stałych pracowników Lebenshilfe. Jednak w nowym "integracyjnym środowisku życia" w Altdorfie przyjęto nowe podejście. Nieruchomość Lebenshilfe, która została po raz pierwszy zajęta wiosną 2016 r., oferuje przestrzeń życiową dla osób niepełnosprawnych i osób bez niepełnosprawności. Te ostatnie mogą przyczyniać się do opieki, na przykład gotując lub organizując zajęcia rekreacyjne dla pracujących osób niepełnosprawnych, otrzymując za to dodatek wolontariacki, co z kolei obniża koszty wynajmu. Zgodnie z koncepcją życia integracyjnego, Lebenshilfe zbudował budynek z 26 mieszkaniami dla osób niepełnosprawnych i pięcioma innymi dla najemców bez niepełnosprawności. Budynek ma trzy piętra, każde o powierzchni brutto około 2500 m².
Na parterze znajduje się salon i sala konferencyjna, kawiarnia z własną dużą kuchnią oraz różne pomieszczenia gospodarcze i techniczne. Na pierwszym i pierwszym piętrze znajdują się mieszkania mieszkańców - każde z własną łazienką i przedpokojem - a także dwie wspólne kuchnie i duże przestrzenie wspólne na każdym piętrze. Znajduje się tam również łazienka do opieki oraz, na przykład, pomieszczenia gospodarcze w głównej części budynku.
"Zdrowy rozsądek rządził planowaniem i budową"
Rys. 2: Zoptymalizowana pod kątem egzergii kaskada stacji świeżej wody odgrywa swoją rolę w maksymalizacji rozkładu temperatur - a tym samym wydajności cieplnej - całego systemu.
W budowę "Inclusive Living Worlds" zainwestowano około 6 milionów euro. Dwie trzecie tej kwoty sfinansowano z dotacji, a resztę dołożył Lebenshilfe. Ze względu na to, że domy opieki w Altdorf były finansowane ze środków publicznych i własnych, a czynsze miały być przystępne dla mieszkańców, nieruchomość została zaprojektowana przez prof. dr inż. Hansa Petera Haida (dyrektora zarządzającego Haid+Partner GmbH Architekten+Ingenieure, Norymberga) w celu osiągnięcia "wysokiej wydajności". Architekt, który specjalizuje się w opiece zdrowotnej i budynkach socjalnych, rozmawiał z przyszłymi mieszkańcami przed opracowaniem projektu i włączył ich życzenia i pomysły do koncepcji. Rezultatem jest budynek z mocno izolowaną powłoką zewnętrzną i dobrym planem piętra, który nie ma dużych szklanych frontów, a tym samym zapewnia niskie koszty ogrzewania. Zadania i mieszkańcy obiektu znajdowali się w centrum planowania wyposażenia technicznego budynku. "Dobrze przemyślany i łatwy w obsłudze sprzęt ułatwia życie mieszkańcom" - wyjaśnia jeden z wymogów projektu specjalista ds. planowania Roland Goetz z Altdorf.
Rys. 3: Specjalista ds. planowania Roland Goetz przed rozdzielaczami wielowartościowymi. Wykorzystują one przepływ powrotny z wysokotemperaturowego obiegu grzewczego do przepływu w obiegu niskotemperaturowym. Maksymalizuje to rozrzut temperatur, a tym samym wydajność cieplną.
Na przykład w łazienkach bez barier można dodać dodatkowe poręcze, a do wszystkich umywalek w domu można dostać się na wózku inwalidzkim. Nawet funkcje, które nie są od razu widoczne, takie jak zainstalowane wszędzie baterie z zabezpieczeniem przed poparzeniem, pokazują, że firma nie poszła na skróty, ale zamiast tego priorytetowo potraktowała bezpieczeństwo i trwałość swoich inwestycji.
Klasyczne ogrzewanie i wentylacja w mieszkaniach
Konwencjonalne grzejniki z zaworami termostatycznymi zamontowane pod oknami służą do ogrzewania mieszkań. Stęchłe lub wilgotne powietrze jest usuwane w łazienkach mieszkań. Uzyskany w ten sposób efekt zasysania zapewnia stały dopływ powietrza z zewnątrz przez otwory wentylacyjne zainstalowane za grzejnikami pod oknami. W razie potrzeby wszystkie okna można również otworzyć.
Jedynie pomieszczenia wspólne i pokoje są w pełni wentylowane mechanicznie. Jednostki wentylacyjne z odzyskiem ciepła (za pośrednictwem płytowych wymienników ciepła) są instalowane w kuchennych szafkach ściennych lub szafach ściennych. Jednostki zasilają odpowiednie strefy wentylacyjne krótkimi kanałami, dzięki czemu straty ciśnienia są zminimalizowane. Niskie prędkości wentylatorów i staranne prace stolarskie zapewniają, że technologia wentylacji jest nie tylko wizualnie, ale także akustycznie dyskretna.
CHP pokrywa podstawowe zapotrzebowanie na ciepło
Oprócz ukrytych, zdecentralizowanych urządzeń wentylacyjnych, specjalista Goetz zaprojektował również całą pozostałą infrastrukturę techniczną. Do wytwarzania ciepła wybrał niewielką, zasilaną gazem ziemnym jednostkę kogeneracyjną (CHP) firmy Viessmann o mocy elektrycznej 6 kW i mocy cieplnej 15 kW. Uzupełnia ją kocioł kondensacyjny o mocy szczytowej 80 kW. Oba urządzenia dostarczają ciepło do zbiornika buforowego varmeco o pojemności około 3 m³ wody. "Wszystkie odbiorniki ciepła w domu są zasilane ze zbiornika" - wyjaśnia Goetz. "Jednostka kogeneracyjna jest wystarczająco duża, aby pokryć ponad połowę całkowitego zapotrzebowania na ciepło, dzięki czemu spełnione są wymogi ustawy o odnawialnych źródłach energii. Z drugiej strony, moc wyjściowa jest wystarczająco mała, aby zapewnić pracę przy obciążeniu podstawowym - innymi słowy, długi czas pracy z niewielką liczbą rozruchów i zatrzymań, co jest możliwe dzięki zastosowaniu systemu magazynowania" - mówi Goetz.
Działanie jednostki kogeneracyjnej jest sterowane temperaturą. Jeśli czujnik w górnej części zasobnika zgłosi temperaturę poniżej 65°C, jednostka sterująca CHP włączy silnik. Temperatura wody w dolnej części zbiornika, która jest pompowana do systemu kogeneracyjnego w celu ogrzewania, nie ma znaczenia dla jego działania: pompa ładująca o regulowanej prędkości zapewnia, że system kogeneracyjny zawsze działa w stałej temperaturze. Jeśli woda jest chłodna, pompa zmniejsza szybkość dostarczania do takiego stopnia, że czas przebywania jest wystarczający do podgrzania wody do ponad 80 °C. "Jest to jedyny sposób na wdrożenie trybu kondensacji, który wykorzystuje moc jednostki kogeneracyjnej. Należy zauważyć, że nie wszystkie jednostki kogeneracyjne nadają się do wykorzystania ciepła spalin w technologii kondensacyjnej", dodaje projektant, "ale zainstalowany system umożliwia znaczne schłodzenie spalin, a także ma idealny rozmiar dla tej nieruchomości". Przy mocy do 75 kW, większość mocy cieplnej jest dostępna dla grzejników w pomieszczeniach zewnętrznych. Kolejny obieg grzewczy zaspokaja potrzeby grzewcze łazienek opiekuńczych w centralnych obszarach pięter z maksymalną mocą 3,5 kW przy temperaturze zasilania/powrotu 70/50°C. Dla wymienników ciepła systemów wentylacyjnych dostępne jest do 13,4 kW przy 40/25 °C. Przemysłowa suszarka bębnowa może pobierać kolejne 10 kW: przemysłowa pralka również zwykle radzi sobie bez elektrycznej energii grzewczej, ponieważ usługi budowlane dostarczają do niej do 16 l / min wody deszczowej o temperaturze 60 ° C. Ciepła woda pitna jest używana tylko do końcowego płukania prania. W przypadku wyższych temperatur prania (gotowanie prania), grzałka elektryczna pralki o mocy 18 kW szybko doprowadza wodę do odpowiedniej temperatury.
Trójkomorowy kolektor zapewniający optymalny rozkład temperatury
Rys. 4: Pralka przemysłowa (z przodu) i suszarka bębnowa. Obie działają w oparciu o ciepło z jednostki kogeneracyjnej; pralka nagrzewa się elektrycznie tylko podczas programu prania.
"Rozdzielacze trójkomorowe zapewniają optymalizację termiczną, tak aby rozrzut temperatur w zasobniku ciepła był jak największy", wyjaśnia Goetz. "Dzięki tym systemom możliwe jest wykorzystanie wysokiej temperatury powrotu obiegu, na przykład 50°C, do zasilania systemu niskotemperaturowego, na przykład 40°C - w tym projekcie są to systemy wentylacyjne", mówi. "Ogólnie rzecz biorąc, ta optymalizacja hydrauliczna prowadzi do niższych temperatur powrotu w siłowniku, a tym samym zwiększa ogólną wydajność systemu". "Zasilanie ciepłą wodą jest również zaprojektowane tak, aby zminimalizować temperaturę powrotu. Ciepła woda jest dostarczana przez przepływowe podgrzewacze wody varmeco, tak zwane podgrzewacze świeżej wody. Oznacza to, że ciepła woda w całym domu jest podgrzewana tylko wtedy, gdy jest to wymagane, zgodnie z zasadą natychmiastowego podgrzewania wody. "Minimalizuje to ryzyko rozprzestrzeniania się bakterii Legionella, a tym samym zapewnia maksymalną higienę" - podkreśla Goetz. Jest to zoptymalizowana pod kątem egzergii podwójna kaskada, która dostarcza do 5 m³/h wody o maksymalnej temperaturze 75°C w przepływie.
Rys. 5: Tylna część pralki wystaje do sąsiedniego pomieszczenia. To tutaj czyste pranie jest wyjmowane z pralki i ładowane do suszarki bębnowej.
Kaskada pobiera również energię cieplną z zasobnika varmeco, przy czym ciepło jest dostarczane w razie potrzeby za pomocą pompy o regulowanej prędkości.
Niska temperatura powrotu dla przygotowania ciepłej wody
W obiegu zoptymalizowanym pod kątem zużycia energii zadania grzewcze są rozdzielone: "Podwójna kaskada zawiera podgrzewacz świeżej wody służący wyłącznie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej oraz drugi podgrzewacz, który pokrywa szczytowe zapotrzebowanie i reguluje temperaturę wody obiegowej". Oddzielne orurowanie w tym systemie skutkuje niską temperaturą powrotu; w tym przypadku woda idealnie przepływa z powrotem do zasobnika w temperaturze 35 °C. Ze względu na niezależne od pogody obciążenia cieplne w budynku, takie jak często pracująca pralka i suszarka bębnowa, jednostka kogeneracyjna jest dobrze wykorzystywana przez cały rok. Pracuje ona przez około 6500 godzin rocznie. Latem, gdy potrzebna jest tylko ciepła woda do prysznica, prania i zmywania naczyń lub ciepło do pralni, pracuje przez około osiem godzin dziennie. "Dzięki dużej pojemności zasobnika ciepła i szerokiemu rozrzutowi temperatur, kogeneracja pracuje wydajnie i z niskim cyklem pracy" - informuje projektant. Około 200 uruchomień rocznie minimalizuje zużycie.
Rys. 6: Łazienki bez barier są standardowym wyposażeniem wszystkich mieszkań w "Inclusive Living Worlds" w Altdorfie.
Centralne sterowanie ogrzewaniem ze zdalnym dostępem
Zarządzanie ciepłem jest obsługiwane przez centralną jednostkę sterującą varmeco "VarCon 380 Pro", która umożliwia parametryzację i wyświetlanie danych operacyjnych na urządzeniu lub zdalnie za pośrednictwem bezpiecznego, chronionego hasłem połączenia internetowego. Na przykład, system sterowania żąda pracy kotła, jeśli moc jednostki kogeneracyjnej nie jest wystarczająca do pokrycia zapotrzebowania na ciepło. Kogeneracja jest zatem zawsze traktowana priorytetowo. System sterowania zarządza również obiegami grzewczymi i przygotowaniem ciepłej wody, w tym wszystkimi pompami. Ponieważ napędy pomp mogą być sterowane prędkością, umożliwiają one pracę zależną od zapotrzebowania i energooszczędną.
Rys. 7: Źródła ciepła mogą być traktowane priorytetowo w systemie sterowania varmeco. Daje to jednostce kogeneracyjnej priorytet nad kotłem kondensacyjnym i działa przez około 6000 godzin rocznie.
CHP pokrywa połowę zapotrzebowania na energię elektryczną
Rys. 9: Jednostka kogeneracyjna Viessmann (z przodu) i zasobnik ciepła varmeco o pojemności 3 m³ (z tyłu po lewej) zaopatrują w ciepło "Inclusive Living Worlds". System uzupełnia kocioł kondensacyjny o mocy szczytowej 80 kW.
To, jak dobrze dostarczanie ciepła i produkcja energii elektrycznej współgrają w małym systemie kogeneracyjnym, wynika nie tylko z precyzyjnego doboru wielkości. Letnie obciążenie podstawowe i zapotrzebowanie na ogrzewanie w sezonach przejściowych może być pokryte przez samą jednostkę kogeneracyjną; kocioł kondensacyjny jest wymagany tylko w stosunkowo zimne dni. "Jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, które stanowi około 30 % całkowitej mocy kogeneracji, jest idealne do dostarczania energii elektrycznej do gotowania, lodówek i zamrażarek, systemów wentylacyjnych lub dodatkowego ogrzewania pralki. Oznacza to, że tylko jedna dziesiąta energii z kogeneracji musi zostać wprowadzona do sieci, a 90 % jest natychmiast wykorzystywane w domu. To z kolei pokrywa około połowy całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną" - podsumowuje Goetz.
Biorąc pod uwagę niskie wynagrodzenie za energię elektryczną z kogeneracji w porównaniu z ceną zakupu energii elektrycznej, jednoczesne wytwarzanie i zużycie energii elektrycznej oznacza dodatkowe oszczędności. Jest to możliwe nie tylko dzięki temu, że wytwarzanie i zużycie ciepła są oddzielone dzięki zbiornikowi o pojemności 3 m³.
Pobierz artykuł techniczny w formacie PDF
