Obliba technologie tepelných čerpadel roste napříč celou Evropskou unií, a to i díky přípravám na rok 2021, kdy by na území Unie měly vznikat pouze novostavby s téměř nulovou spotřebou energie. Realizovaný projekt však přináší nové možnosti uplatnění dané technologie v široké škále potenciálních aplikací, především díky komplexnímu přístupu, jenž přináší využití i u krátkodobých instalací.
V současné době je průběžně zvyšován tlak na maximální využívání obnovitelných zdrojů energie s cílem zvyšování jejich multifunkčnosti a využitelnosti v širokém spektru specifických situací. Výchozí analýza trhu prokázala absenci dodavatelských firem technologií tepelných čerpadel zaměřených na komplexní využití kontejnerového mobilního monobloku, který sdružuje systém samostatných bloků tepelných čerpadel s jejich technologickým příslušenstvím, vzájemně propojených a instalovaných ve společném nosném a kotvícím skeletu mobilního kontejneru, jehož konstrukce je současně nosičem výparníků, zejména pro využití v systému vzduch-voda. Tak, aby po vyskladnění monobloku ve venkovních prostorách, mimo vytápěnou budovu, bylo okamžitě možné, pouze prostřednictvím připojení potrubního vedení tepelné energie na topný systém budovy, bez jakéhokoli zásahu do jejích vnitřních prostor, po připojení elektrické energie k technologii, operativně založit proces kontinuálního vytápění nebo chlazení budovy. V rámci řešeného projektu spolufinancovaného Evropskou unií v gesci Ministerstva průmyslu a obchodu vznikla patentově chráněná technologie mobilního kontejnerového monobloku systému tepelných čerpadel, která všechny výše uvedené technologické a užitné parametry v plném rozsahu řeší.
Projekt byl realizován v období 2017-2018, přičemž finální prototyp technologie je aktuálně spoluřešiteli využíván k vytápění komplexu administrativních budov výzkumně-vývojového centra v Horní Suché, kde zároveň probíhá finální testování. Výsledkem řešeného projektu je spolu s prototypem mobilního kontejnerového systému tepelných čerpadel, také prototyp transportní platformy a testovací stanice využívané primárně k úkonům spojeným s ověřovacími procesy technologie, mezi které lze zařadit ověřování výkonových a procesních parametrů zařízení ve vazbě na úhel natočení výparníkového bloku nebo vliv systému stínění výparníkových bloků na procesní parametry reverzního cyklu technologie. Sekundárně je ověřován vliv a přínosy automatizované střešní konstrukce testovací stanice pro aplikace a lokality s vysokou četností sněhových a dešťových srážek, které by v období nečinnosti zařízení mohly vyvolat následnou odstávku techniky.
Cíle projektu
Vznikající nové oblasti využití obnovitelných energetických zdrojů a nové požadavky na jejich parametry, automaticky vyvolávají nové projektové návrhy, jejichž realizací je pak postupně vyplňováno vznikající tržní vakuum, zejména technologiemi s vysokou užitnou, technologickou i ekonomickou přidanou hodnotou. Realizovaný projekt výrazně přispívá k naplňování aktuálních energetických trendů, nejen v rámci Evropské unie.
Hlavním cílem byl výzkum a realizace nového konstrukčního řešení mobilního monobloku s možnou alternativní implementací výparníků do vnějšího skeletu konstrukce kontejneru, jež tvoří kompaktní nosný prvek vestavěné technologie, sdružující systém samostatných bloků čtyř tepelných čerpadel s příslušenstvím, umožňující flexibilní transport systému běžně dostupnými prostředky a návazně bleskové připojení odběrného místa ke zdroji tepelné energie v režimech vytápění a chlazení. Významnou součástí hlavního cíle byl výzkum a realizace systému čtyř samostatných bloků tepelných čerpadel spínaných po krocích s celkovým výkonem 184,3 kW (A7/W60), situovaných ve vnitřní části konstrukce, které je možné zásobovat nízko potenciálním zdrojem tepla prostřednictvím systému vlastních výparníků, implementovaných do vnějšího pláště skeletu, formou okolního, případně průmyslového odpadního vzduchu. Modulárnost základní konstrukce a technologických prvků rozšiřuje potenciál výrobních možností s dopadem na výkonovou škálovatelnost parciálních bloků ve výkonových spektrech 50 – 100 – 150 – 200 kW.
Jedinečnost projektu
Realizované řešení umožňuje, mimo srovnatelné aplikace na běžných trzích, inovativní přístup ve formě rozšířené možnosti využívání alternativních zdrojů tepelné energie, zejména v oblastech, kde pro krátkodobost užívání aplikace není ekonomicky adekvátní míra investice a potenciální návratnosti principiálně srovnatelné technologie. Konstrukční řešení mobilního kontejnerového monobloku s vlastním systémem implementovaných výparníků disponuje dostatečným tepelným potenciálem nejen pro zásobování vytvořeného zázemí v rámci neočekávané události vyvolané environmentálním děním, ale jeho užitný potenciál a výhody lze uplatnit zejména v běžných situacích a plánovaných událostech s krátkodobým horizontem lokálního setrvání, mezi které lze zařadit různorodé rekonstrukce / revitalizace budov a hal, expedice, kulturní a jiná shromáždění, situovaná v provizorním zastřešení, vytápění / chlazení a ohřev vody v ubytovacím zázemí na lokálních pracovištích, případně u liniových staveb nebo obdobných typech stále se rozšiřujících provizorních staveb, které nedisponují technickým zázemím vhodným k instalaci technologie. Dílčí výhodou rozšiřující uplatnitelnost systémů je výkonová škálovatelnost, což nabízí využití i potenciálně menším odběratelům, kterým například situace architektonicky chráněných objektů nedovoluje zásahy a změny ve vnějším pohledovém profilu budovy, případně jsou omezeni jiným atributem.
Na relevantních trzích jsou využívána kaskádová zapojení tepelných čerpadel v provedení vzduch – voda, žádné z těchto nebo řady jiných technologických řešení není implementováno do mobilního natahovacího kontejnerového monobloku s vazbou na procesy vyskladňování a naskladňování kontejnerového energetického monobloku bez využití klasické jeřábové techniky.
Vysoká inovativnost je dána symbiózou komplexního systému tepelných čerpadel a monobloku výparníků s umístěním všech přidružených technologií do speciálního transportního kontejneru, s využitelností funkce výroby tepelné energie okamžitě po vyskladnění a operativním napojení na topný okruh vytápěného objektu s minimálním zásahem do jeho vnitřních prostor. Komplexní technologie se zároveň stává výchozím odrazovým můstkem rozšiřujících projektů například s podporou OZE nebo managementem řízení s implementovanou predikcí vývoje klimatických podmínek, což dále výrazným způsobem rozšiřuje aktuální stav užitných a technologických parametrů.
Ekonomický přínos
Ekonomické přínosy nelze přímo zobecnit pro širokou škálu možných aplikací a potenciálních výhod, k problematice je nezbytné vždy přistupovat individuálně v závislosti na okrajových podmínkách uvažované lokality instalace. Primárně lze vycházet z obecně platných principů instalace tepelných čerpadel, kde významnou část finančních přínosů tvoří úspora primární odebírané složky v podobě elektrické energie, která je v závislosti na COP snížena v adekvátním poměru. Realizovaný systém disponuje COP 2,8 (A7/W60) z čehož vyplývá poměr produkované tepelné energie 184,3 kW při elektrickém příkonu 65,8 kW. Srovnáním nákladů na vytápění pouze prostřednictvím elektrické energie dochází v případě instalace mobilního kontejnerového monobloku systému tepelných čerpadel ke snížení nákladů, a tedy finančním přínosům, což znamená, že systém vyprodukuje 2,8krát více tepla, než kolik je nezbytné dodat elektrické energie pro provoz.
Sekundárně lze uvažovat předpokládané finanční přínosy v rozsahu instalace běžně dostupné technologie v daném výkonovém spektru, u které je vyžadována stavební připravenost jak vnitřního prostoru budov, tak okolního prostranství, přičemž v případech využívání budov, hal a obdobných staveb v krátkém časovém horizontu, například formou pronájmu, je ekonomicky neadekvátní realizovat dané přípravy a zásahy pro instalaci běžně dostupných technologií. Naopak realizovaný projekt ve formě technologie mobilního kontejnerového monobloku systému tepelných čerpadel umožňuje flexibilní vyskladnění a připojení systému na stávající otopný systém objektu, přičemž po ukončení definovaného období užívání objektu je možné systém flexibilně odpojit a transportovat na nové místo instalace. Široké uplatnění systému nabízí nepřeberné množství aplikací v režimech jak pronájmů samotného mobilního kontejnerového monobloku systému tepelných čerpadel, tak v režimech uplatnění konkrétních organizací jejichž produktové a zpracovatelské portfolio a pozice výroby je závislá na konkrétních zakázkách v rámci ročních období nebo klimatických podmínkách, u kterých není primárním účelem pouze vytápění nebo chlazení objektů, ale také využívání systému v rámci technologických zpracovatelských linek s požadavkem udržování definované teploty.
Petr Kopec, CzechIndustry 2/2019
