Optimalizácia rozvodov tepelného hospodárstva v troch krokoch

Konkrétny príklad ukazuje, že sa na projekt treba pozerať nielen z pohľadu počiatočnej investície, ale aj z prevádzkového hľadiska.

Rekonštrukcia rozvodov centralizovaného zásobovania teplom, v rámci ktorej sme pre investora spravili rôzne varianty optimalizácie, leží v zastavanom území mesta Hořovice v Stredočeskom kraji. Na tieto rozvody tepla sú napojené bytové objekty a objekty občianskej vybavenosti.

Rozvody tepla budú uložené v svahoch s meniacou sa výškou do betónových kanálov a do voľného terénu. Požadujú sa mechanická odolnosť tepelných sietí a stabilita potrubných rozvodov.

Pôvodná teplovodná sústava bola realizovaná ako štvorrúrková (ÚK + TV) v roku 1990 a má byť upravená na dvojrúrkovú s výrobou TV priamo v objektoch.

Na trase sa nachádza 20 šácht, v ktorých sú umiestnené odbočky, uzatváracie a ostatné armatúry. Rozvodné potrubia sú na hranici technickej životnosti, potrubia a armatúry sú značne skorodované, v havarijnom stave. Tento stav tepelnej siete nezabezpečuje požadované parametre a zároveň má rozvodná sieť veľký únik tepelných strát na trase.

Zadanie

Pre vonkajšie rozvody tepla v rámci ústredného vykurovania sa požaduje použiť nové predizolované potrubia. Prevádzkovateľ požaduje v maximálnej miere využiť plastové predizolované potrubia, ktoré najlepšie zodpovedajú jeho predstave o hospodárnosti a spoľahlivosti potrubnej siete.

V štúdii z roku 2020 sa počítalo aj s možnosťou použiť pri najväčších dimenziách oceľové predizolované potrubia, ak by nebola možná alternatíva plastového predizolovaného potrubia.

Požadované parametre podľapôvodnej projektovej dokumentácie

Celková dĺžka trasy teplovodu 980,5 m
Dimenzie teplovodu DN 40 ‒ DN 150
Celkový prenášaný výkon 5 235 kW
Max. teplotný spád80/53 °C
Prevádzkový teplotný spád 75/53 °C
Max. prevádzkový tlak 0,6 MPa

V kotolni sa má rozvod napojiť na existujúci rozdeľovač ‒ zberač, rozvod sa delí na východnú a západnú vetvu. Maximálna tlaková strata pre každú z vetiev je vzhľadom na obmedzenie čerpadiel požadovaná na úrovni 1,5 baru, z čoho je nutné počítať dispozičný tlak pre výmenníkové stanice min. 35 kPa.

Postup optimalizácie

Prvým krokom v rámci riešeného projektu bolo navrhnúť podľa stanovených požiadaviek trasu tepelných rozvodov s plným požadovaným výkonom pre dané objekty (počítalo sa so 100-percentnou súčasnosťou tepelného výkonu na vykurovanie aj prípravu teplej vody).

Pre západnú vetvu s výkonom 2 759 kW a východnú vetvu s výkonom 2 476 kW vyšla potrebná dimenzia d160/DA225. Celá trasa rozvodov bola navrhnutá vo flexibilnom predizolovanom plastovom potrubí NRG FibreFlex, pričom pri tomto systéme je maximálna prevádzková teplota 95 °C a prevádzkový tlak 10 barov.

Následne sme sa po konzultácii s investorom a prevádzkovateľom dohodli na úprave prenášaných výkonov pre zásobované objekty a zoptimalizovali ich tak, aby sme nezmenili požadované parametre tepelnej siete a komfort konečných odberateľov.

Úpravou zapojenia výmenníkových staníc a doplnením o väčšiu akumuláciu tepla s prioritou na prípravu teplej vody možno redukovať maximálny prenášaný výkon pri každej z vetiev.

Po optimalizácii výmenníkových staníc sa v novom návrhu rozvodov počítalo s prenášaným výkonom 1 470 kW pri západnej vetve a 1 250 kW pri východnej vetve. Tým sa znížili dimenzie potrubí na d140/DA202 pre západnú vetvu a na d125/DA202 pre východnú vetvu.

Posúdenie rozvodných systémov

Pri konečnom posúdení siete sme počítali s tromi finálnymi návrhmi riešeného projektu a číselne sme porovnávali výhody a nevýhody týchto kombinácií:

• hybridné riešenie ‒ kombinácia ocele a plastu,
• projekt realizovaný celý z plastu,
• projekt realizovaný celý z ocele.
Hlavné posudzované parametre boli tepelné straty v rozvodoch, časový aspekt montáže a finančné hľadisko.

Tepelné straty v rozvodoch

V nasledujúcom porovnaní sme sa zamerali na rozdiely tepelných strát v posudzovaných rozvodoch. Čím sú v rozvodoch nižšie tepelné straty, tým menej tepla uniká z teplonosnej látky a tým je lepšie zabezpečený požadovaný stav teploty v každom odbernom mieste. Pri menších únikoch tepla do prostredia môžeme počítať aj s nižším environmentálnym zaťažením potreby tepla pre zdroj tepla.

V grafe na obr. 2 môžeme vidieť rozdiel straty tepla na meter trasy ‒ uvedené sú double verzie predizolovaného plastového potrubia NRG FibreFlex (zdvojené potrubie v spoločnej izolácii) a oceľové predizolované potrubia NRG PREMIO.

V grafe na obr. 3 sú zobrazené hodnoty straty tepla na meter potrubia pri potrubných plastových predizolovaných systémoch NRG FibreFlex single (samostatná rúrka v izolácii) a potrubných oceľových predizolovaných systémoch.

Môžeme skonštatovať, že plastové predizolované potrubia majú pri všetkých dimenziách nižšie tepelné straty v potrubných rozvodoch v porovnaní s oceľovými predizolovanými potrubiami.

Tepelná strata plastového predizolovaného potrubia NRG FibreFlex je 14,8 kW. Tepelná strata oceľového predizolovaného potrubia NRG PREMIO je 27,5 kW, čo je o 12,7 kW viac. Použitím plastových predizolovaných potrubí možno oproti oceľovým predizolovaným potrubiam v zosilnenej izolácii usporiť straty na úrovni 37 %. Pri použití štandardnej izolácie na oceľovom potrubí je úspora dokonca až 47 %.

Ak počítame palivové náklady na jeden gigajoul vyrobeného tepla približne na úrovni 10 €, predstavuje táto úspora ročne 2 584-, resp. 3 915 tis. €.

Časový aspekt montáže

Hlavné výhody plastových predizolovaných systémov, vďaka ktorým sa oproti montáži v oceli šetrí čas, sú:

Výrazne menšia šírka výkopov v úsekoch, kde sa nebudú otvárať existujúce kanály
Dimenzie do 2xd90 majú šírku výkopu 40 až 50 cm, dimenzie nad d110 majú šírku výkopu len 60 až 80 cm.

Výrazné zníženie množstva spojov na trase až o 86 %
Na trase flexibilného potrubia bude iba 5 spojok a 45 spojov na T-kusoch. Pri použití flexibilného potrubia je tak na trase iba 50 spojov v porovnaní s 362 spojmi, ktoré by sa museli realizovať pri oceľových potrubiach zváraných každých
12 m. Plastové predizolované potrubia sa dodávajú navinuté v kotúčoch v súvislých dĺžkach.

Až štvornásobné zrýchlenie montáže
Montáž sa zároveň až štvornásobne zrýchli vďaka lisovacím spojkám v porovnaní so zváranými spojmi pri oceľovom potrubí. Skrátenie času, počas ktorého sú otvorené výkopy, zvýši bezpečnosť počas stavby a zníži náklady na zábory. Zrýchlenie montáže takisto zredukuje nepohodlie obyvateľov pri výstavbe a kladení prípojok pre bytové domy v rámci sídliska.

Plastové predizolované potrubia umožňujú aj flexibilné zmeny trasy pri obchádzaní prekážok, ktoré sa môžu vyskytnúť pri výkopových prácach (napríklad stromy). V prípade potreby možno plastové predizolované potrubia vtiahnuť do existujúcich betónových kanálov cez montážne otvory a tým eliminovať nutnosť prekopávať cesty a chodníky.

Finančné hľadisko

Z tohto pohľadu sme pripravili porovnanie rozpočtov s tromi posudzovanými potrubnými systémami. Počítame s celkovými nákladmi na materiál a s montážou pre riešený projekt v každom variante potrubných rozvodov.

Tab. 1 Finančné zhodnotenie systémov

V tab. 1 môžeme vidieť celkové potrebné náklady na materiál a montáž vo variantoch:
• hybridné riešenie ‒ kombinácia ocele a plastu,
• projekt realizovaný celý z plastu,
• projekt realizovaný celý z ocele.

Môžeme zhodnotiť, že odhadovaná rozpočtová cena za materiál a montáž vychádza pri všetkých troch alternatívach v jednej cenovej hladine približne rovnako. Ak sa pozeráme na projekt z pohľadu celkovej investície, tak sa ako jednoznačne výhodné ekonomické riešenie ukazuje použitie plastového predizolovaného potrubia, pri ktorom sa profituje z úspor pri výkopových prácach, ako aj pri následnej prevádzke.

Záver

Posúdením všetkých dôležitých parametrov pri výmene starých rozvodov tepla za nové dokážeme zhodnotiť najvhodnejší variant pre konkrétnu rekonštrukciu daného projektu. Pri správnej optimalizácii dokážeme zlepšiť požadované parametre tepelnej siete s nízkymi tepelnými stratami, a to bez veľkého zásahu do prostredia a s kratším časom montáže.

Plastové predizolované potrubia možno flexibilne ohnúť bez nutnosti použitia kolien, takisto v miestach prechodu výkopu a kanála nie je problém s vtiahnutím potrubia dovnútra kanála. Zúžením výkopov na 40 až
50 cm pri dvojrúrkach sa minimalizujú náklady a čas montáže.

Rekonštrukcia tepelných rozvodov v Hořoviciach je dobrým príkladom projektu, ktorý ukazuje, že sa na neho treba pozerať nielen z pohľadu počiatočnej investície, ale aj z prevádzkového a dlhodobého ekonomického hľadiska. Pravdou je, že oceľové predizolované potrubie predstavuje rokmi overené a zaužívané riešenie a môže byť na prvý pohľad investične výhodnejšie.

Pri podrobnejšom pohľade na celý projekt sa však ukáže, že nemožno končiť pohľadom na cenu materiálu, ale treba zahrnúť aj montáž, zemné práce a vo väčších mestách aj náklady na zábory.

Tam, kde to prevádzkové parametre dovolia, sa ukazuje použitie flexibilných plastových predizolovaných systémov ako jasná voľba. Okrem výhodnosti investície je bonusom aj dlhodobá úspora tepelných strát a tým aj zníženie produkovaného CO2.

Týmto konkrétnym projektom sme sa snažili poukázať aj na potrebu celkového pohľadu na posudzované projekty. Optimalizácia prebehla v niekoľkých krokoch a zahŕňala:

• posúdenie nutnosti prenášaných výkonov a ich súčasnosť,
• úpravu potreby tepla na zabezpečenie prípravy teplej vody a dodávky tepla na vykurovanie (zmenou veľkosti akumulačných nádob je možné znížiť momentálnu potrebu prenášaného výkonu),
• kontrolu návrhu a voľby predizolovaného potrubia, ktorá ukázala výrazné úspory pri investícii aj prevádzke plastového flexibilného potrubia.

Pri väčších projektoch sa ukazuje ako veľmi výhodné skombinovať materiály oceľ a plast do hybridného riešenia, najmä ak ide o väčšie dimenzie. Existuje niekoľko takýchto optimalizovaných rozvodov, kde sa zmenou na hybridné riešenie podarilo zrealizovať rozvody rýchlejšie, s menším vplyvom na okolie a hlavne efektívnejšie z prevádzkového hľadiska, ktoré je skutočnou investíciou do budúcnosti.

Ing. Eva Švarcová
Autorka pôsobí v spoločnosti NRG flex, kde sa venuje návrhu tepelných sietí a podieľa sa na príprave štúdií vedúcich k optimalizácii tepelných
rozvodov pri rekonštrukciách centralizovaných rozvodov tepla na vykurovanie aj teplú vodu.

Obrázky: NRG flex