Pompy ciepła w IKEA

Centrum Dystrybucji w Jarostach firmy IKEA w Polsce obsługuje domy meblowe IKEA w Polsce, Czechach, Rosji, na Słowacji i Węgrzech. Zajmuje ono teren o powierzchni 47 ha i dysponuje 100 000 m² powierzchni magazynowej i przeszło 150 000 miejsc paletowych.

Budowę obiektu podzielono na dwa etapy. I etap budowy zakończono w 2001 r. W 2002 r. ogłoszono przetarg na zaprojektowanie i wykonanie instalacji wewnętrznych II etapu budowy IKEA DC Jarosty, w tym:

- instalacji tryskaczowej i hydrantowej wg standardu FM,
- instalacji grzewczej,
- instalacji wod-kan,
- automatyki dla systemu grzewczego.

IKEA promuje w swoich inwestycjach najnowsze istniejące na rynku technologie, w tym stosuje niekonwencjonalne źródła energii. Proponowane rozwiązanie instalacji grzewczej mogło więc opierać się jako opcja na wykorzystaniu OZE.

Punktem wyjścia w inwestycji w Jarostach były założenia projektowe do instalacji tryskaczowej w standardzie FM, która wymaga w tym wypadku źródła wody o wydajności 200 m³/h.

Z powodu braku takiego źródła inwestor zdecydował się na pobór wody ze studni głębinowych. Odwiercone dwie studnie o wydajności 240 m3/h są źródłem wody o dobrych właściwościach fizykochemicznych (stała temperatura 11°C, podwyższona zawartość żelaza).

Konieczność wykonania studni na potrzeby instalacji tryskaczowej była przesłanką do wykonania instalacji grzewczej z pompami ciepła wykorzystującymi jako dolne źródło studnie głębinowe. Przy założeniu obniżenia temperatury czerpanej wody o 4°C uzyskano dostęp do 1117 kW mocy grzewczej, którą można wykorzystać do ogrzania budynku.

Rozwiązanie

Źródłem ciepła dla instalacji grzewczej w magazynie są: 
- 4 pompy ciepła typu woda-woda RW30 firmy Carrier o łącznej mocy 929 kW (3 szt. o mocy 204 kW + 1 szt. o mocy 317 kW),
- kocioł typu Vitoplex 300 produkcji Viessmann o mocy 895 kW.

Łączna moc grzewcza zainstalowana w kotłowni dla części magazynowej wynosi 1824 kW. Hala magazynowa ogrzewana jest przy pomocy aparatów grzewczo-wentylacyjnych firmy Gea. Zapotrzebowanie ciepła dla magazynu wynosi 1357 kW. Wymagana temperatura powietrza w hali magazynowej wynosi 12°C.

W sezonie grzewczym pompy ciepła i kocioł pracują dla potrzeb pokrycia strat ciepła w magazynie.

W okresie letnim urządzenia te są wyłączone. W celu zapewnienia optymalnych warunków pracy instalacji pod względem hydraulicznym pomiędzy obwodem kotła i pomp ciepła a obwodem grzewczym zastosowano sprzęgło hydrauliczne.

Woda gruntowa o temp. ok. 11°C tłoczona jest z dwóch studni za pomocą pomp głębinowych. Po schłodzeniu w pompie ciepła odprowadzana jest do studni chłonnej zlokalizowanej w odpowiedniej odległości od studni czerpalnych. Temperatura wody gruntowej za pompami ciepła wynosi ok. 7°C. Pompy ciepła są załączane wg krzywej pogodowej obiektu.

Algorytm sterowania

Sterownik w oparciu o pomiar temperatury na sprzęgle hydraulicznym wylicza konieczną temperaturę wody grzewczej na zasilaniu i potrzebną moc grzewczą źródeł ciepła.

Priorytetem są pompy ciepła uruchamiane kaskadowo aż do 4 szt. zapewniając dostawę ciepła w ilości 929 kW. Uwolnienie pomp ciepła do pracy, otwarcie klap z siłownikami na odpowiednich przewodach obiegu pierwotnego oraz załączanie pomp na przewodach obiegu wtórnego jest poprzedzone sygnałem do uruchomienia pomp głębinowych. Każda pompa ciepła posiada układ sterująco-kontrolny z programowaniem zadanej temperatury na zasilaniu.

Sterownik nadzoruje potrzebną wydajność systemu (poprzez załączanie odpowiedniej ilości stopni pompy) oraz start i zatrzymanie pompy (zdalny sygnał). Ze sterownika pompy możliwe jest również przesłanie zdalnego komunikatu o stanie alarmowym oraz odczyt rodzaju alarmu na wyświetlaczu pompy.

Załączanie pomp głębinowych dla potrzeb pomp ciepła odbywa się w sposób płynny za pomocą przetwornika ciśnienia zlokalizowanego na rozdzielaczu wody gruntowej w kotłowni. Ilość wody jest regulowana odpowiednio do ilości załączonych pomp ciepła.

Maksymalna temperatura czynnika grzewczego przy pracy pomp ciepła wynosi 49°C. Temperatura powrotu wynosi 29°C. W razie nieosiągnięcia zadanej temperatury na sprzęgle załączany jest dodatkowo kocioł gazowy, co nastąpi w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego 0 do –20°C. Parametry kotła są regulowane zgodnie z krzywą grzewczą.

Praca kotła nadzorowana jest przez system zewnętrzny automatycznej regulacji, a funkcje bezpieczeństwa obsługiwane są zabudowanym na kotle sterownikiem. Kocioł przygotowuje czynnik grzewczy o parametrach 80/60°C

Maksymalna temperatura czynnika grzewczego przy pracy pomp ciepła i kotła wynosi 55°C. Z obiegu kotła i pomp ciepła woda kierowana jest, za pomocą pompy podwójnej, do rozdzielacza oraz dalej do aparatów grzewczo-wentylacyjnych.
W sytuacji pożarowej obiektu następuje zatrzymanie pomp ciepła i zamknięcie klap z siłownikami w obiegu wody studziennej.

Zastosowanie pomp ciepła w przypadku niniejszej inwestycji było możliwe dzięki:
-    otwartości inwestora na zastosowanie najnowszych technologii,
-    korzystnym warunkom geotechnicznym,
-    konieczności wykonania studni na potrzeby instalacji tryskaczowej.

Aplikacje podobnego rozwiązania w innych miejscach powinny być poprzedzone szczegółowymi badaniami geotechnicznymi. Inwestycje tego typu powinny być realizowane przez firmy projektowo-wykonawcze o dużym doświadczeniu na rynku.

Odpowiadają one zarówno za fazę projektową, jak i wykonawczą, co zapewnia wysoką jakość inwestycji. Każdy z nowoprojektowanych systemów powinien być rozpatrywany indywidualnie, ze szczególnym zwróceniem uwagi na charakterystykę budynku i warunki geotechniczne.

Budynek został oddany do użytku w czerwcu 2003 r.

Na postawie artykułu z Rynku Instalacyjnego 11/2003