Energetické piloty a energetické základy budov představují řešení, které využívá konstrukční prvky stavby jako zdroj energie pro tepelné čerpadlo. Tento systém se uplatňuje především u novostaveb, kde jsou piloty nebo hlubší základy součástí statického návrhu objektu.
Díky propojení statické a energetické funkce lze efektivně využít investici do založení stavby a současně vytvořit stabilní zdroj tepla a chladu pro budoucí provoz budovy.
Energetické piloty dávají největší smysl tam, kde je hlubinné založení budovy nutné už ze statických důvodů. V takovém případě lze konstrukci, kterou investor stejně musí realizovat, využít současně jako zdroj tepla a chladu. Oproti samostatným geotermálním vrtům tak mohou výrazně snížit dodatečné investiční náklady a prostorové nároky systému.
Jejich návrh je ale technicky náročnější. Statika pilot, geologie, energetická bilance, hydraulika i způsob vytápění a chlazení musí být řešeny jako jeden celek. Pokud energetická potřeba budovy převyšuje potenciál základových konstrukcí, lze energetické piloty velmi dobře kombinovat s klasickými geotermálními vrty.
Princip systému
Do betonových pilot nebo základových konstrukcí je instalováno potrubí primárního okruhu. Potrubím cirkuluje nemrznoucí kapalina, která přenáší energii mezi zemním prostředím a tepelným čerpadlem.
Kdy jsou energetické piloty ideální
- větší administrativní objekty,
- bytové a polyfunkční domy,
- obchodní centra,
- nemocnice,
- školy a veřejné budovy,
- průmyslové a výrobní objekty,
- budovy s podzemními garážemi,
- výškové budovy,
- objekty s vysokou a přibližně vyrovnanou potřebou vytápění a chlazení,
- stavby, které už z geotechnických důvodů vyžadují pilotové založení.
Pro jaké budovy je tento systém vhodný
Hlavní výhody
- využití konstrukčních prvků stavby
- snížení potřeby samostatných geotermálních vrtů
- stabilní výkon systému
- vhodné řešení pro velké a vícepodlažní objekty
- možnost kombinace vytápění a chlazení
Energetické piloty vs vrty
- Nižší dodatečné investiční náklady oproti samostatným geotermálním vrtům - dvojí využití jedné konstrukce
- Mohou být ekonomicky velmi zajímavé u velkých objektů, kde je velký počet pilot a současně významná potřeba vytápění i chlazení.
- Je možné kombinovat více energeticky aktivních konstrukcí – vedle pilot například základovou desku nebo podzemní stěny
- Jsou použitelné jen tam, kde stavba piloty skutečně potřebuje. Pokud objekt staticky hlubinné založení nepotřebuje, nemá smysl piloty realizovat pouze kvůli získávání energie.
- Jejich délku, počet a rozmístění určuje primárně statika, nikoliv energetická potřeba budovy. U vrtů lze naopak vrtné pole dimenzovat podstatně svobodněji podle energetické bilance.
- Energetická kapacita pilot může být nižší než potřeba budovy. V takovém případě je nutné systém doplnit geotermálními vrty nebo jiným zdrojem.
Hlavní úskalí při návrhu energetických pilot
- Nutná velmi časná koordinace projektu – o využití pilot jako energetických je potřeba rozhodnout už při návrhu založení stavby. Dodatečné doplnění po realizaci pilot prakticky není možné.
- Nutná spolupráce několika profesí – statik, geotechnik, projektant TZB, projektant primárního okruhu, dodavatel pilot a realizační firma musí postupovat koordinovaně.
- Teplotní změny ovlivňují samotnou pilotu – při odebírání tepla se pilota ochlazuje a smršťuje, při ukládání tepla se zahřívá a roztahuje. Proto v ní vznikají dodatečná tahová a tlaková napětí.
- Mění se plášťové tření mezi pilotou a zeminou – teplotní deformace ovlivňují interakci konstrukce se základovou půdou, a proto nelze energetickou funkci řešit odděleně od statického návrhu.
- Riziko dlouhodobého teplotního ovlivnění podloží – při jednostranném dlouhodobém odebírání energie může zemina postupně chladnout.
- Riziko promrzání namrzavých zemin – při nevhodně navrženém systému mohou teploty v podzákladí klesnout až k bodu mrazu.
- Riziko přehřívání a vysychání zeminy – při intenzivním letním ukládání tepla může v bezprostředním okolí pilot docházet k vysokým teplotám a změnám vlastností půdy.
- Geologie výrazně ovlivňuje výkon – důležitá je tepelná vodivost zeminy a hornin, přítomnost podzemní vody i její proudění.
- Potrubí musí být bezpečně integrováno do armokoše – při montáži, spouštění výztuže i betonáži hrozí mechanické poškození potrubí. Proto se potrubí upevňuje k výztuži a provádějí se tlakové zkoušky před betonáží i po ní.
- Hydraulika je stejně důležitá jako samotná tepelná výměna - délka a průměr potrubí, rychlost proudění, tlakové ztráty i vlastnosti teplonosné kapaliny ovlivňují účinnost celého systému.
