NRG flex, s.r.o.

Riešeným projektom pre rekonštrukciu rozvodných tepelných sietí pre okruhy kotolní bola výmena starých potrubných rozvodov v zastavanom území – v intraviláne mesta na východe Slovenska. Jednalo sa o rozvody vykurovacej vody a teplej vody, ktoré boli umiestnené v kanálovom systéme rozvodu potrubí.

Prehľad projektu

Rekonštrukcia týchto tepelných sietí má charakter nutnej výmeny pôvodných potrubí, aby sa zamedzilo únikom tepla do okolia. Novými potrubnými rozvodmi sa zabezpečujú požadované parametre teplonosnej látky pre koncových užívateľov a prispieva to k celkovému zlepšeniu prevádzky tepelnej siete.

Rekonštrukcia sa člení do viacerých častí potrubných rozvodov pre pripojené kotolne v okolí. Na sieť je celkovo napojených vyše 100 odberných miest, pričom polovica je napojená na priamy odber a ostatní odberatelia sú napojení na doskové odovzdávacie stanice tepla. Zmodernizovaním teplovodu dôjde k značnému nárastu efektívnosti distribúcie tepelnej energie do odberných miest. Znížením únikov tepla do okolia sa tak môže ušetriť pri výrobe a prenose teplonosnej látky.

Zdroj tepla: kotolňa na biomasu, výmena rozvodov tepla a realizácia výmenníkových staníc

Zadanie

Ako výzvu pre túto štúdiu sme sa rozhodli posúdiť a zhodnotiť možnosti ako sa dá realizovať skutočný projekt prostredníctvom rôznych potrubných rozvodov. A či a v akej miere je možné optimalizovať návrh výmeny rozvodov tepla, tak ako bol navrhnutý do výberového konania.

Pre vonkajšie rozvody tepla ústredného vykurovania sa požadovalo použiť nové oceľové potrubia v bezkanálovom predizolovanom prevedení. Oceľové predizolované potrubie malo byť v najvyššej izolačnej triede 3.

Pre porovnanie sme vybrali všetky tri triedy ocele NRG PREMIO v sériách 1, 2 a 3 a porovnali sme ich s plastovým predizolovaným potrubím NRG FibreFlex Pro.

Pre vonkajšie rozvody teplej vody sa požadovalo použiť nové polypropylénové potrubia v bezkanálovom predizolovanom prevedení. Predizolované potrubie malo byť v izolačnej triede 2. Pre porovnanie pre teplú vodu sme spravili posúdenie potrubí z polypropylénového potrubia v sérií 1, 2 a 3 a porovnali sme ich s plastovým potrubím NRG FibreFlex.

Parametre novej rozvodnej siete

Výpočtové teploty a tlaky – teplovod:

Výpočtová teplota prívodu ústredného vykurovania: Tp = 80 °C

Výpočtová teplota spiatočky ústredného vykurovania: Ts = 60 °C

Rozdiel teplôt: ΔT = 20 °C

Konštrukčný tlak rozvodu ústredného vykurovania: PN 10, 1,0 MPa

Výpočtová teplota prívodu teplej vody: Tp = 60 °C

Konštrukčný tlak rozvodu teplej vody: PN 10, 1,0 MPa

Porovnania

Štúdia tohto projektu mala zámer posúdiť rôzne alternatívy, ukázať, aké možnosti sa ponúkajú pre tento konkrétny typ projektu a prevádzky s reálnymi hodnotami. Každý teplovod má iné prevádzkové podmienky, teplotu teplonosnej látky, prevádzkový tlak a prietoky, preto je nutné vybrať správny typ potrubia, aby sa poskytlo prevádzkovateľovi efektívne a ekonomicky prijateľné riešenie. V nasledujúcej časti sú ukázané rozdiely v hrúbke svetlostí rôznych potrubných rozvodov a s ním spojená súvislosť so zmenou dimenzie v tab.1.

Graf 1  Prierez potrubia pre rôzne druhy potrubia

Tab. 1 Vnútorná svetlosť potrubí pre plastové NRG FibreFlex potrubia a pre navrhované polypropylénové potrubia

Z ukážky grafu 1 je vidieť, že vnútorná svetlosť pri rôznych potrubiach je odlišná, tým sa mení aj prietok v potrubných sieťach. V tabuľke 1 sú uvedené skutočné vnútorné priemery pre plastové potrubia NRG FibreFlex a pre polypropylénové potrubia. Tým, že pri flexibilných plastových potrubiach NRG FibreFlex je menšia hrúbka steny rúrky pre médium, môžeme z pôvodného návrhu dimenzií pre tyče PPR potrubia pri návrhu znížiť pri použití flexibilného plastového potrubia NRG FibreFlex svetlosť o jednu dimenziu. Týmto zostane zachovaný vnútorný prierez a prietok v potrubiach a nezmenia sa tlakové pomery podľa výpočtu a zaregulovania siete.

Ďalšou časťou posúdenia je celková strata tepla na meter trasy. V grafe 2 je zobrazený priebeh straty tepla na meter trasy pre prislúchajúcu dimenziu jednotlivých potrubných systémov ocele NRG PREMIO a plastového predizolovaného potrubia NRG FibreFlex Pro.

Graf 2  Straty na meter pre plastové potrubie NRG FibreFlex Pro a pre oceľové potrubia v sérií 1, 2, 3

V tabuľke 2 sú spísané dôležité údaje, kde sa porovnávala oceľ v sérií 1, 2 a 3, čo je trieda izolácie oceľového potrubia pričom séria 3 je séria s najväčšou hrúbkou izolácie a vedľa nej je uvedená tabuľka s flexibilným plastovým predizolovaným potrubím NRG FibreFlex Pro a izolácií PLUS v systéme dvojrúrkoveho prevedenia.

Tab. 2  Prehľad alternatív potrubia pre rozvody vykurovania

V tabuľkách je uvedené porovnanie celkových strát na trasu v rozvodoch pre ústredné vykurovanie, ale aj veľký rozdiel v pomere počtu spojov v porovnaní oproti plastovým potrubiam. Zvárané spoje pri oceľových potrubiach sú nutné na každých 12 m, no pri plastových sa môžeme zredukovať na týchto pár spojov, vďaka návinom na kotúč v potrebných dĺžkach. Pre optimalizovanú časť rozvodu vykurovania je až o 80 % a pre rozvody teplej vody o 70 % menej spojov (pri spojoch počítame pre objektívne porovnanie každý spoj na trase, na kolenách a odbočkách). Čas montáže i šírka výkopov pre plastové potrubia vykazuje veľmi vhodnú alternatívu pri výmene starých rozvodov.

V tabuľke 3 je uvedený prehľad dimenzií pre PPR potrubia v troch sériách izolácie v navrhovanej dimenzie z projektu a pre flexibilné plastové predizolované potrubie NRG FibreFlex optimalizované dimenzie.

Tab. 3  Prehľad alternatív potrubia pre rozvody teplej vody

Zhrnutie

V nasledujúcich tabuľkách uvádzame výsledné porovnania riešených alternatív pre projekt rekonštrukcie tepelných sietí a to pre ústredné vykurovanie, kde sme porovnávali systémy flexibilného plastového predizolovaného potrubia NRG FibreFlex Pro v systéme dvojrúrkového vedenia v spoločnej izolácií s oceľovými potrubiami v sérií 1, 2 a 3.

Pre rozvody teplej vody sme porovnávali celkové tepelné straty v rozvodoch v potrubnom systéme plastových flexibilných predizolovaných potrubí NRG FibreFlex s polypropylénovými potrubiami v sériách 1, 2, 3.

Pri alternatíve 1 pri rozvodoch teplej vody v tabuľke 4 uvádzame možnosť mechanického ponechania dimenzií podľa vonkajšieho priemeru návrhu pre iný systém bez ohľadu na vnútornú svetlosť, ale pri alternatíve 2 sme urobili úpravu dimenzie tak, aby zostali zachované výpočtové parametre pre prietok teplej vody.

Tab. 4  Celkové tepelné straty v rozvodoch v porovnaní pre ústredné vykurovanie

Tab. 5  Celkové tepelné straty v rozvodoch v porovnaní pre teplú vodu

Výpočet úspory pri optimalizácii návrhu a technického riešenia

ÚK

Návrh: NRG FibreFlex Pro PLUS oproti realizácii v oceli

Strata [%]    Strata [kW]    Ročná úspora

Úspora oproti oceli S1:     -46 %        -44,8 kW       852 GJ.a-1

Úspora oproti oceli S2:     -36 %        -29,1 kW       553 GJ.a-1

Úspora oproti oceli S3*:   -26 %        -18,6 kW       354 GJ.a-1

Uvažovali sme s vykurovacím obdobím 220 dní v roku a s prevádzkou 24 hodín.

TV

Návrh: NRG FibreFlex PLUS oproti realizácii v tyčiach PPR

Strata [%]    Strata [kW]    Ročná úspora

Úspora oproti PPR S1:     -43%        -28,1 kW       886 GJ.a-1

Úspora oproti PPR S2*:   -32%        -17,5 kW       551 GJ.a-1

Úspora oproti PPR S3:     -23%        -10,6 kW       334 GJ.a-1

Uvažovali sme s ohrevom pre teplú vodu 365 dní v roku a s prevádzkou 24 hodín.

* údaje pre konkrétne zadanie porovnávaného projektu

Ak budeme uvažovať s celoročnou prevádzkou za daných parametrov, tak sa jedná o úsporu 590 až 1 413 GJ tepla za rok. Ak berieme do úvahy aktuálne priemerné palivové náklady na výrobu jedného GJ tepla pohybujeme sa v cene okolo 10 eur bez DPH, tak sa jedná o ročnú úsporu 5 900 až 14 130 eur. Behom doby prevádzky teplovodu 20 – 30 – 40 rokov bude toto číslo násobne vyššie.

Samozrejme je dôležitá i otázka investičných nákladov. Pokiaľ sa pozeráme na dielo ako na celok (dodávka materiálu, montáž potrubí, výkopové práce, dopravné obmedzenie, množstvo spojov…), tak sú investičné náklady viac menej rovnaké alebo mierne vyššie oproti bežnému riešeniu realizácie v oceľovom predizolovanom potrubí.

Obr. 1  Výhody hybridného systému

Záver

Ako bolo spomínané vyššie, chceli sme porovnať možnosti výmeny potrubí pri rekonštrukcii a z toho poukázať ako sa dá spraviť optimalizácia celkovej rozvodnej siete. Tento štvorrúrkový systém pôvodne navrhovaný pre ústredné vykurovanie celý v oceli a teplú vodu v tyčiach PPR, by sme s materiálmi dnes dostupnými na trhu navrhli upraviť do hybridného riešenia pri oceli kombinácia flexibilných potrubí do DN100 a vyššie dimenzie v oceľových tyčiach a pri teplej vode komplet do plastových flexibilných potrubí.

Je nutné podotknúť, že samotný návrh a zadanie od investora bolo nadštandardne technicky spracované a požadovaná najvyššia trieda izolácie na oceľovom potrubí je dnes skôr výnimkou. Ale aj pri takýchto okrajových podmienkach by bolo možné návrhom a voľbou potrubí dosiahnuť nemalé úspory tepla sumárne na vykurovaní a teplej vode takmer 24 %. Ak by sme robili porovnanie oproti bežnému technickému návrhu so základnou alebo iba jedenkrát zosilnenou hrúbkou izolácie na oceľovom potrubí a PPR tyčiach, tak by bola úspora 43 – 46 %, resp. 32 – 36 %.

Existuje niekoľko takto optimalizovaných rozvodov, kde sa zmenou do hybridného riešenia podarilo zrealizovať rozvody rýchlejšie, s menším vplyvom na okolie a hlavne efektívnejšie z prevádzkového hľadiska, ktoré je skutočnou investíciou do budúcnosti.

Zhrnutie výhod hybridného riešenia

  • Hybridné siete posúvajú rekonštrukcie a budovanie tepelných sietí nielen v zastavanom území do celkom nové perspektívy.
  • Dimenzie pod DN125 sa dajú bez problémov nahradiť plastovým flexibilným potrubím a získať tým výhody pri realizácii a hlavne dlhodobé úspory pri prevádzke.
  • Znížením tepelných strát v systéme šetríme aj životné prostredie, palivo a CO2.
  • Našou filozofiou a riešením je v maximálnej miere používať efektívne flexibilné riešenie, ktoré je plne kompatibilné s robustnými predizolovanými rozvodmi v tyčiach s oceľovou rúrkou pre médium.
  • Jedná sa o plne kompatibilný a vyladený systém pre každú situáciu a typ spojov.
  • Hľadáme optimálne riešenie z pohľadu rýchlosti realizácie a zníženie zaťaženia pri budovaní či rekonštrukcii tepelnej siete.
  • Snažíme sa o minimalizovanie prevádzkových nákladov po dobu životnosti, predpokladanú na minimálne 30 až 50 rokov v závislosti na prevádzkových parametroch.

Prehľadový kladačský plán hybridného riešenia k realizovanému projektu

Text vznikol v spolupráci spoločnosti NRG flex, Katedry TZB SvF STU v Bratislave a prof. Ing. Ján Takácsa, PhD.

Autor článku: Ing. Eva Švarcová