Nowoczesna technologia mikrotrigeneracji w Mirai Clinic na terenie zabytkowego obiektu

Inwestor Mirai Clinic, nowoczesnej specjalistycznej kliniki, wysoko postawił poprzeczkę w zakresie źródła energii w swoim budynku, oczekując spełnienia szeregu wymagań technicznych, środowiskowych i ekonomicznych. Uwzględniwszy wszystkie te komponenty, firma Panasonic zaproponowała inwestorowi rozwiązanie nowatorskie na skalę krajową (a w pewnych aspektach także na światową), oparte na współpracy gazowych pomp ciepła ze swojej oferty z innymi innowacyjnymi urządzeniami. Widząc możliwość spełnienia, a nawet przekroczenia wszystkich swoich oczekiwań, inwestor zdecydował się na realizację zaproponowanej innowacji. Dzięki temu klinika – ulokowana w 100-letnim Sanatorium Gurewicza pod Otwockiem – wyróżnia się nie tylko odrestaurowanymi elewacjami kryjącymi nowoczesne centrum medyczne z częścią szpitalną i hotelową, ale też innowacyjnym, szytym na miarę i samowystarczalnym „centrum energetycznym”. Dowiedz się więcej >>

Inwestor otwockiego obiektu postawił zatem  przed projektantem instalacji i dostawcą rozwiązań instalacyjnych trudne, lecz niezwykle ciekawe zadanie. Docelowo obiekt miał być w pełni zrównoważony – zapewnić minimalne zużycie energii i pozytywny efekt środowiskowy, a także optymalną stopę zwrotu z inwestycji (ROI). Ze względu na krytyczną rolę infrastruktury szpitalnej równie ważne było zapewnienie bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej, chłodu i ciepła. Ze względu na fakt, że obiekt znajduje się w bezpośrednim otoczeniu budynków mieszkalnych, zastosowana technologia nie mogła również powodować uciążliwości akustycznej.

Otwartość inwestora na innowacyjne rozwiązania sprawiła, że dla budynku zaproponowano rozwiązanie unikatowe w skali krajowej, a nawet globalnej. Decyzję projektanta, by zaangażować się w realizację pionierskiego projektu w Polsce, poprzedziły liczne spotkania i kompleksowe analizy. Wyniki przeprowadzonych analiz zaowocowały podjęciem ostatecznej decyzji dotyczącej zastosowania nowatorskich technologii w zakresie dostaw energii do obiektu.

Mikrotrigeneracja – innowacja na skalę światową

Wyjątkowość rozwiązania polegała na zastosowaniu mikrotrigeneracji – w pełni bezpiecznej
i zrównoważonej lokalnej produkcji energii elektrycznej, ciepła oraz chłodu w modelu skojarzonym. W tym celu połączono w efektywny, współpracujący system trzy wysokosprawne technologie:

• gazowe pompy ciepła (GHP – Gas Heat Pump) – rozwiązanie całorocznie produkujące ciepło
  i chłód, niezależne od dostaw energii elektrycznej. Dziewięć agregatów GHP zapewnia łączną wydajność chłodniczą 630 kW i łączną wydajność grzewczą 720 kW. Z chłodzenia silników pomp ciepła uzyskuje się dodatkowo 414 kW ciepła odpadowego;
• mikrokogeneracja (MCHG – Micro Combined Heat and Power) – rozwiązanie zapewniające lokalnie równoczesną produkcję energii elektrycznej i ciepła. Praca bezpośrednio przy budynku zapewnia niezależność od zewnętrznych źródeł energii. Dwa układy MCHP zasilane gazem, łącznie wytwarzają do 40 kW energii elektrycznej (przy zakresie pracy 10-40 kW) i do 80 kW ciepła;
• adsorpcja – rozwiązanie umożliwiające wykorzystanie nadwyżki ciepła odpadowego do produkcji dodatkowej ilości chłodu. Zapewnia zwiększenie sprawności pomp ciepła i układu kogeneracyjnego i pełne wykorzystanie ich potencjału. Trzy obiegi hydrauliczne (nisko-, średnio- i wysokotemperaturowy) zapewniają łącznie do 60 kW dodatkowej mocy chłodniczej. Pochodzi ona z ciepła odzyskanego w lecie oraz okresach przejściowych (tj. wiosną oraz jesienią).

Efektywność układu została dodatkowo zwiększona przez zastosowanie rozwiązania free coolingu w okresie zimowym. Z każdego agregatu bowiem można uzyskać do 100 kW darmowego chłodu. Istnieje zatem możliwość wykorzystania aż 200 kW dodatkowej mocy w przypadku dalszej rozbudowy obiektu. Zastosowanie rozwiązań free coolingu może także zwiększyć efektywność energetyczną układów chłodzenia pomieszczeń technicznych (system VRF o wydajności 56 kW)
i serwerowni (PACi o wydajności 7,1 kW).

Zapytaj naszych specjalistów >>

Mikrotrigeneracja cechuje się znacząco wyższą sprawnością niż duży układ trigeneracyjny. Co więcej, lokalny charakter rozwiązania (dostawy energii w miejscu wytwarzania) przynosi wiele korzyści – nie generuje strat na przesyle, a dostawy ciepła czy chłodu są niezwykle szybkie. Dzięki elastyczności całego układu technologia na bieżąco dostosowuje się do aktualnych potrzeb budynku. Zasadniczą zaletę całego układu stanowi szeroko rozumiane bezpieczeństwo dostaw energii. Obiekt nie jest podatny na ewentualne zachwianie stabilności dostaw energii elektrycznej. Nie dotyczy go zatem problem blackoutu czy choćby zmniejszonych dostaw energii. Ponadto układ chłodząco-grzewczy zasilany jest gazem ziemnym i propanem, co eliminuje konieczność stosowania rezerwowego źródła chłodu czy ciepła. Dodatkowo, dzięki możliwości odzysku ciepła oraz rozwiązaniu free cooling, obiekt minimalizuje swoją wrażliwość na wahania cen mediów. 

Zrównoważenie układu: elastyczność, bezpieczeństwo i szybki ROI

Dużym wyzwaniem było zaprojektowanie i zautomatyzowanie całego układu, opartego na sterowniku centralnym. Kluczowe było bieżące monitorowanie wielu parametrów i szybka reakcja układu na zmiany, a także – w razie potrzeby – szybka optymalizacja jego parametrów. Centralny system sterowania wymagał dostosowania algorytmów poszczególnych komponentów innowacyjnego układu technologicznego. Istotne było to, aby cały układ realizował swoje zadania w sposób optymalny i energooszczędny.

Niezwykle istotną kwestią jest także bezpieczeństwo i elastyczność układu działającego w modelu rozproszonym. Dziewięć agregatów GHP pracuje rotacyjnie. Kolejnością i długością czasu pracy każdego z agregatów steruje dedykowany układ centralny. Tego typu podejście przynosi istotne korzyści w postaci dłuższego cyklu życia urządzeń, niższych kosztów serwisowych, cichszej pracy urządzeń oraz dopasowania pracy układu do bieżącego zapotrzebowania obiektu na ciepło i chłód, dzięki czemu zużycie energii jest ograniczone do niezbędnego minimum.

Wieloaspektowość zastosowanej technologii rodzi także pytania o zwrot z inwestycji. Kiedy inwestycja w energooszczędność, elastyczność i zaawansowany odzysk ciepła zwróci się inwestorowi? Wstępne szacunki wskazywały na okres 5-6 lat. Jednak przy uwzględnieniu drastycznie rosnących ceny energii, czas ten może się skrócić nawet do 3,5-4 lat.

Zależność ROI od wzrostu cen gazu i energii elektrycznej także była przedmiotem wstępnych symulacji oraz analiz. Wniosek jest jeden: niezależnie od poziomu wzrostów cen energii i surowców paliwowych inwestor zyskuje wiele korzyści dzięki zastosowaniu free coolingu i odzysku ciepła. Związane z tym oszczędności są 2-2,5 raza większe niż oszczędności wynikające ze zmiany paliwa na gazowe. To kolejny powód, dla którego rozwiązania technologiczne Panasonic zastosowane w tym obiekcie mają tak unikatowy charakter. Sprawdź >>