Zámek Freudenstein

Schloss Freudenstein Freiberg (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Geotermické zařízení na zámku Freudenstein v saském Freibergu bylo zprovozněno v roce 2009 a slouží od té doby k dodávkám tepla a chladu pro části celého zámku, jako například pro největší sbírku minerálů na světě "Terra Mineralia" nebo báňského archivu. Pro dodávky na zámek je využívána štola "Alte Tiefe Fürstenstolln", která vede v hloubce cca 50 m pod zámkem.

Z této štoly jsou pomocí tepelných čerpadel čerpány do nadzemních tepelných výměníků důlní vody o teplotě zhruba 10,3 °C, nadržené v úseku 250 m. Odsud se teplo prostřednictvím mezioběhu dostává do technické centrály zámku, kde je k dispozici pro tepelné čerpadlo jako zdroj tepla. V případě chlazení lze vyřazením tepelného čerpadla chladit i přímo. V rámci spolupráce s Technickou univerzitou - Báňskou akademií ve Freibergu již několik studentských prací řešilo vylepšení a další vývoj celého zařízení.

Grubenwassergeothermieanlage Schloss Freudenstein Freiberg (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Pro čerpání nadržené, cca 10,5 °C teplé důlní vody do o 50 m výše položené hrany terénu, jsou zapotřebí dvě čerpadla, každé s objemovým proudem 3 l/s [1].Po přenosu tepla v nadzemním tepelném výměníku převede separátní oběh přijaté teplo do technické centrály zámku. Voda separátního oběhu je v závislosti na provozu využívána dvěma způsoby:

  • V případě vytápění slouží tato voda ze separátního oběhu, zahřátá na cca 8 °C až 10 °C jako zdroj tepla pro tepelné čerpadlo. Tepelné čerpadlo odebírá této vodě teplo a "přečerpá" ho na vyšší teplotní úroveň cca 42 °C, které je uloženo do vyrovnávacího zařízení pro zásobování zámku teplem. Voda ze separátního oběhu, ochlazená o zhruba 5 K, je odváděna zpět k tepelnému výměníku nad čerpadly důlních vod, kde se znovu ohřeje. Použité tepelné čerpadlo podává maximální termický výkon 126 kW při jmenovitém výkonu cca 29 kW. V případě vytápění tak lze prostřednictvím podlahového topení pokrýt základní spotřebu [2,3].
  • V případě chlazení je tepelné čerpadlo vyřazeno a voda ze separátního oběhu je přímo přiváděna ke druhému tepelnému výměníku. Chladicí voda, použitá k chlazení zámku, ohřátá pomocí podlahového topení, je tak přímo chlazena vodou ze separátního oběhu. Voda ze separátního oběhu je odváděna zpět k tepelnému výměníku nad čerpadly důlních vod, kde je znovu ochlazena. Tepelný výměník v technické centrále zámku může dosáhnout celkového chladicího výkonu 120 kW [2].
Messwehr zur Druchflussmessung (Grafik: TU Bergakademie Freiberg)

Pro řízení a monitoring geotermálního zařízení jsou na různých místech umístěny senzory, které měří teplotu důlních vod. Kromě toho je teplota důlních vod měřena ve třech různých vrstvách tak, aby bylo vyloučeno teplotní rozvrstvení důlních vod a ochlazené vody, využité pro vytápění zámku. Další podstatné měřící zřízení pod zemí představuje měrný přeliv (viz obr. shora).

Z výšky hladiny trojúhelníkového přelivu lze pomocí ultrazvukového dálkoměru určit průtok přelivem. Pro vyhodnocení výkonnosti zařízení jsou v nadzemních částech kromě senzorů pro měření teploty ještě zabudována zařízení pro měření množství tepla, počítadlo objemového proudu a elektroměr [2.3].

Literatura

[1] Dillenardt J., Kranz K. (2010) Diplomkartierung: Geologisch-Hydrogeologische Kartierung im Alten Tiefen Fürstenstolln zur geothermischen Grubenwassernutzung im Schloss Freudenstein, Technische Universität Bergakademie Freiberg
[2] Büttner R., Kupka M., Werner S. (2010) Wärmepumpentechnik bei Einsatz von Grubenwasser am Beispiel "Schloss Freudenstein", Studienarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg
[3] Grötzsch S., Kleutges J. (2011) Geothermieanlagen zur Grubenwassernutzung für Heizung und Kühlung "Reiche Zeche" & "Schloss Freudenstein", Projektarbeit, Technische Universität Bergakademie Freiberg