Zabytek techniki górniczej Szyb Maciej – zespół obiektów dawnej kopalni „Concordia” – to przykład rewitalizacji z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Zastosowane pompy ciepła wytwarzają energię niezbędną do ogrzewania obiektu w zimie i chłodzenia latem oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej.

 Po wyczerpaniu się zasobów węgla kamiennego oryginalna zabudowa dawnej kopalni „Concordia” z początków XX wieku, podzieliłaby zapewne los wielu innych obiektów przemysłowych i zniknęła na zawsze z krajobrazu Śląska. Została ona jednak zaadaptowana do nowej funkcji – obiektu turystycznego. Budynki, budowle, urządzenia oraz wyposażenie dawnych zakładów górniczych udostępniono do zwiedzania w ramach Szlaku Zabytków Techniki. W głównym budynku zespołu, oprócz części ekspozycyjnej, pojawiła się część gastronomiczna w postaci restauracji i bistra. Szyb górniczy został przekształcony w studnię głębinową, z której czerpana woda stanowi dolne źródło pomp ciepła, zapewniających dostarczenie energii do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń biura, restauracji i bistra.

 System grzewczo-chłodzący

O wyborze pomp ciepła do ogrzewania obiektu zadecydował zapis w planie zagospodarowania przestrzennego dla obszaru, na którym znajduje się Szyb Maciej. Według zapisu do celów grzewczych dopuszcza się wyłącznie rozwiązania ekologiczne. Dodatkowo wzięto pod uwagę fakt występowania na terenie obiektu ujęcia wody i możliwość jego wykorzystania jako dolnego źródła ciepła.
W stacji wodnej na terenie Szybu Maciej znajdują się dwa duże zbiorniki retencyjne, w których gromadzona jest woda. Ma ona stałą temperaturę w zakresie 8-9°C i stanowi źródło ciepła zimą oraz chłodu latem. Energia niezbędna do funkcjonowania pomp ciepła pozyskiwana jest ze zbiorników retencyjnych z wykorzystaniem wymienników pośrednich. W okresie zimowym na potrzeby pomp ciepła woda przepompowywana jest przez wymiennik woda-glikol, co pozwala na uzyskanie w instalacji temperatury niezbędnej do ogrzania pomieszczeń. Natomiast w upalne dni, w celu uzyskania efektu chłodzenia pomieszczeń, stosowany jest drugi wymiennik woda-woda lodowa. Wykorzystywane jest tzw. chłodzenie pasywne, co oznacza, że pompy ciepła nie produkują chłodu: wykorzystują temperaturę wody pozyskiwanej z wnętrza ziemi, a ich rola ogranicza się do sterowania zachodzącym procesem.

W kompleksie Szyb Maciej zastosowano dwie pompy ciepła DHP-R o mocy 42 kW każda, przy czym moc 42 kW jest osiągana wtedy, gdy temperatura dolnego źródła wynosi 0°C. Przy temperaturze wody ze studni głębinowej 8°C pompa ciepła osiąga moc około 52 kW.

Pomieszczenie kotłowni Szybu Maciej z pompami ciepła DHP-R o mocy 42 kW każda. Pompy współpracują z instalacją ogrzewania podłogowego, ciepłej wody użytkowej oraz klimakonwektorami i centralnymi wentylacjnymi

Pompy DHP-R wyposażone są w web-serwery, które umożliwiają kontrolę i monitoring pracy instalacji grzewczej przez internet. Elektroniczne pompy obiegowe z bezstopniową regulacją wydajności, pozwalają dostosować pracę do parametrów danej instalacji, a sterownik umożliwia pracę w kaskadzie złożonej z kilku pomp ciepła.

C.w.u. i funkcja gazu gorącego

Z punktu widzenia inwestora ważną funkcją zastosowanych w Szybie Maciej pomp ciepła jest funkcja gazu gorącego (TGG), która
pozwala na bardzo wydajną produkcję ciepłej wody użytkowej. Między sprężarką a skraplaczem znajduje się dodatkowy trzeci wymiennik, przez który z jednej strony przepuszczany jest czynnik chłodniczy w postaci gorącego gazu do skraplacza, a z drugiej – woda grzewcza. Gaz za sprężarką na tym dodatkowym wymienniku osiąga temperaturę powyżej 100°C, co umożliwia efektywne i szybkie przygotowanie dużej ilości ciepłej wody użytkowej. Pompy ciepła DHP-R funkcją przegrzewu zabezpieczają zbiorniki c.w.u. przed bakteriami Legionella.

W obiekcie zainstalowano dwa zbiorniki ciepłej wody użytkowej. Pierwszy, o pojemności 220 litrów, współpracuje bezpośrednio z instalacją gazu gorącego, natomiast w drugim, o pojemności 700 litrów, woda jest podgrzewana przez pompy ciepła w sposób tradycyjny.

Dystrybucja ciepła i chłodu

Restauracja w głównym budynku kompleksu Szybu Maciej. Umieszczone pod sufitem aktywne belki indukcyjne zapewniaja grzanie zimą i chłodzenie latem

Maszynownia dawnej kopalni węgla

Pompy ciepła współpracują z ogrzewaniem podłogowym wykonanym w całym obiekcie, oprócz ostatniego piętra, a także z klimakonwektorami znajdującymi się w przeszklonej części wejściowej. Wytwarzane ciepło podawane jest również do central wentylacyjnych, które przygotowują powietrze zasilające aktywne belki indukcyjne umieszczone pod sufitem w części restauracyjnej. Belki te w zależności od potrzeb mogą pracować zarówno w funkcji grzania, jak i chłodzenia: rozwiązanie konstrukcyjne pozwala na dostarczanie do nich świeżego powietrza z centrali wentylacyjnej z wymiennikiem obrotowym, a także czynnika chłodzącego (wody lodowej).

W belkach aktywnych uzdatnione świeże powietrze zewnętrzne (tzw. powietrze pierwotne) dostarczane jest do kolektorów, skąd wpływa przez dysze rozmieszczone na długości belki do komory mieszania. W komorze mieszania indukuje ciepłe powietrze dopływające z pomieszczenia (tzw. powietrze wtórne). W wyniku tego powietrze wtórne miesza się z pierwotnym i wprowadzane jest do pomieszczenia przez szczeliny nawiewne.

Belki indukcyjne nie działają na zasadzie nadmuchu. Wypływające z nich chłodne powietrze opada powoli, ponieważ jest cięższe. Dzięki temu goście restauracji nie odczuwają dyskomfortu, jak ma to często miejsce w przypadku zimnego nawiewu z tradycyjnej klimatyzacji.

W okresie zimowym woda lodowa nie krąży, a do belek podawane jest wyłącznie powietrze ogrzane. Ciepło technologiczne z pomp ciepła dociera tylko do centrali wentylacyjnej i uzupełnia ciepło odzyskane w procesie rekuperacji.

 Autor: Dawid Golec