Innowacyjny projekt instalacji grzewczej w szpitalu w Dallas-Fort Worth pozwolił obniżyć temperaturę cieczy grzewczej do takiej wartości, by możliwe było wykorzystanie nowych technologii odzysku ciepła.
Jednym z założeń projektu nowego systemu grzewczego dla regionalnego szpitala było obniżenie temperatury cieczy grzewczej do takiej wartości, by możliwe było wykorzystanie innowacyjnych sposobów odzysku ciepła. Regionalny szpital o powierzchni użytkowej niemal 25 000m2, położony jest w obszarze metropolitalnym Dallas-Fort Worth w Teksasie (USA) i oferuje kompleksową gamę usług medycznych dla tamtejszej społeczności.
Na samym początku fazy projektowej, oceniono potencjalne korzyści z wykorzystania nowych urządzeń odzyskujących ciepło. Przy pomocy firmy partnerskiej opracowano wstępny kosztorys, by porównać system niskotemperaturowy z tradycyjnym systemem grzewczym. Opcje, które rozważano, to między innymi zwiększenie objętości wszystkich terminali o jeden rozmiar, przy zachowaniu oryginalnego rozmiaru połączeń wlotowych, by utrzymać dokładność przepływu; zwiększenie średnicy rur w związku z większymi przepływami, jakie występują w systemach niskotemperaturowych; zwiększenie wydajności systemu pomp wody grzewczej i wreszcie uwzględnienie kosztu chłodziarki, z wymiennikiem ciepła w miejsce tradycyjnej.
Ze względu na krytyczne znaczenie funkcji realizowanych przez szpital, zdecydowano się nie zmniejszać ani chłodni wieżowych, ani kotłów podgrzewających wodę, na co pozwala system odzyskiwania ciepła. Postąpiono dokładnie na odwrót i dzięki temu budynek pozostaje w pełni funkcjonalny, nawet w przypadku niesprawności systemu odzysku ciepła.
Ponieważ analiza wykazała, że możliwe są znaczne oszczędności, zaprojektowano system wykorzystujący dwie 550-tonowe chłodziarki sprężarkowe odśrodkowe (wraz z jedną 455-tonową chłodziarką wyposażoną w odrębny, odzyskujący ciepło skraplacz, o wydajności ponad 1,75 MW ciepła, przy temperaturze 460C), ponadwymiarowe terminale, z powiększonymi wężownicami grzejnymi i dwa wysokowydajne, kotły kondensacyjne o mocy 1,17 MW każdy. Konfigurację systemu pokazano na schemacie.
Początkowo system skonfigurowano tak, że woda gospodarcza wprowadzana do systemu była wstępnie ogrzewana przez mały, płytowo-ramowy wymiennik ciepła. Powracającą wodę grzewczą doprowadzano do wymiennika ciepła chłodziarki, w ten sposób podgrzewając ją do 460C, a następie do kotłów podnoszących temperaturę do pożądanej, w tym przypadku do 510C. Po uruchomieniu instalacji i paru miesiącach jej funkcjonowania, na podstawie rachunków za energię stwierdzono, że coś działa nie tak jak założono, dlatego przeprowadzono kompletny przegląd systemu, warunków pracy i nastaw.
Dochodzenie i analizy pozwoliły wskazać dwa istotne czynniki wpływające na przebieg procesu. Po pierwsze, temperatura gorącej wody w chłodziarkach odzyskujących ciepło była zredukowana, przy obciążeniu mniejszym od maksymalnego. Wymienniki były w stanie podgrzać wodę do jedynie 320C, przy obciążeniu mniejszym niż 50%. Po drugie, temperatura powracającej wody nie była wystarczająco niska, by czerpać korzyści z odzysku ciepła.
Dokonano zmian ustawień, w tym skorygowano temperaturę przy jakiej woda opuszcza kocioł, bazując na faktycznej sprawności roboczej wymienników ciepła wynoszącej 190C. W ten sposób, większość ciepła jest dostarczana przez wymienniki ciepła w chłodziarkach, a nie przez kotły. Inną zasadniczą zmianą było wyłączenie ekonomizerów we wszystkich systemach powietrznych, by uzyskać wysokie obciążenie wymienników ciepła w chłodziarkach, a tym samym zabezpieczyć odpowiednie podgrzewanie wody.
Efekt był natychmiastowy. W pierwszym miesiącu, zużycie energii elektrycznej wzrosło o 30% w związku ze wzrostem obciążenia chłodziarek, jednak zużycie gazu spadło do poziomu 4% z poprzedniego miesiąca. Konsumpcja gazu okazała się tak niska, że licznik kilkukrotnie sprawdzano, czy aby na pewno jego wskazania są poprawne. Obecnie, po dwóch latach funkcjonowania, podgrzewacze wody są włączane od czasu do czasu, by utrzymywać je w dobrej kondycji, jednak system potrzebuje ich bardzo rzadko. Osiągnięcie takiego stanu pracy systemu nie byłoby możliwe z wykorzystaniem kotłów innych niż kondensacyjne. To dzięki nim możliwe jest obniżenie temperatury wody grzewczej do takiego stopnia.
Autorzy: Wyatt Wirges, certyfikowany ekspert LEED AP BD+C oraz Jay Goode, pracownik WSP+ccrd
