asb.sk - Odborný portál pre profesionálov v oblasti stavebníctva
Partneri sekcie

Optimalizácia výroby a distribúcie tepla v bytových domoch

10.03.2017

Pri optimalizácii výroby a distribúcie tepla treba realizovať viaceré opatrenia. Ktoré to sú?

Pravidlá a zásady hospodárnej prevádzky zdrojov tepla a vykurovacích sústav v bytových domoch sú určené súborom činností, ktoré vplývajú na účelnú, efektívnu a ekonomickú výrobu tepla a spotrebu paliva, ale ovplyvňujú aj tepelné straty pri výrobe a distribúcii tepelnej energie potrubnými rozvodmi, ktoré rozhodujú o maximálnej tepelnej účinnosti celého vykurovacieho zariadenia a ostatných spotrebiteľských systémov počas ich prevádzky. [1]

Obnova starých, ako aj výstavba nových bytových domov musí rešpektovať vysoké požiadavky na energetickú efektívnosť výroby tepla, ktorá však môže byť rôzna vzhľadom na spôsob výroby tepla. V bytovej výstavbe ide o dva spôsoby – centralizované zásobovanie teplom a  zdrojov tepla umiestnených priamo v bytovom dome. Rozdiel ceny energie vyrobenej obidvoma spôsobmi sa čoraz viac znižuje. Samostatné hospodárenie ovplyvňujú dva faktory – spotreba a výroba tepla.

Optimalizácia výroby tepla

Prevádzka zdrojov tepla sa posudzuje z technického hľadiska, kde ide najmä o efektívnu, energeticky vysokoúčinnú výrobu tepla s dôrazom na dôsledné využitie paliva, a najmä energie uvoľnenej z paliva, ale aj z ekologického hľadiska, keďže zdroje tepla sú zároveň zdrojmi produkujúcimi znečisťujúce látky.

Pri obnove budov sa realizujú opatrenia, ktoré zlepšia ich tepelnotechnické vlastnosti, čím sa zníži potreba energie v budove, ako aj v jednotlivých miestnostiach. Vo väčšine prípadov sa zníženej potrebe energie prispôsobí výkon zdroja tepla, avšak neprispôsobia sa jej už vlastnosti vykurovacieho systému teplotným hydraulickým vyregulovaním a výmenou alebo doplnením modernej regulácie.

Tu sa rovnako ako pri stavebných konštrukciách problém ešte len začína. Zle navrhnutý zdroj tepla, hoci môže byť nový a kvalitný, nemusí v prevádzke spĺňať výrobcom uvádzané hodnoty účinnosti, čím klesá hospodárnosť výroby tepla. [2]

Princíp efektívnej výroby tepla spočíva v znižovaní množstva paliva spotrebovaného na výrobu potrebného tepla, ktorá sa v súčasnosti zabezpečuje modernými technológiami, ako sú kondenzačné kotly. Prevádzka takýchto kotlov je charakteristická postupne sa znižujúcou teplotou vratnej kotlovej vody a ochladzovaním spalín pod rosný bod paliva počas vykurovacej sezóny alebo celého roka. Kondenzačný proces ovplyvňuje teplota vratnej vykurovacej vody, ktorá musí byť nižšia, ako je hodnota teploty rosného bodu spalín.

Kondenzačná technika v zdrojoch tepla má zásadné výhody:

  • odber tepelnej energie podľa skutočnej potreby spotrebiteľa je prispôsobený teplote kotlovej vody a vonkajšej teplote (týmto režimom prevádzky sa tepelné straty povrchom kotla a komínové straty podstatne redukujú);
  • vysoká spaľovacia účinnosť kotla a optimálny stupeň využitia v priebehu roka;
  • prevádzková stabilita a pohotová dodávka tepelnej energie;
  • dôsledné využitie energetického obsahu paliva;
  • priaznivý vplyv na životné prostredie v dôsledku minimalizácie tvorby emisií. [1]

Teplotu vratnej vykurovacej vody ovplyvňuje teplotný spád teplonosnej látky vo vykurovacej sústave, ďalej hydraulické zapojenie a spôsob prevádzky kotlových okruhov, ako aj druh regulácie pri rôznom tepelnom zaťažení a výkone kotlov. Rozdiel medzi teoretickou a prevádzkovou účinnosťou môže byť až 15 % (ako vidieť na obr. 1 a obr. 2). Ochladzovanie spalín pod rosný bod paliva významne vplýva na tepelný zisk, teda entalpiu, ktorá je rozdielna pri vstupe a výstupe spalín na výmennej ploche kotla.

Proces kondenzácie ovplyvňujú hydraulické riešenia a zapojenia kotlových okruhov k spotrebiteľským sústavám odberných miest. Pri kondenzačných kotloch ako samostatných zdrojoch alebo v kotolniach s kaskádovým zapojením klasických a nízkoteplotných kotlov sa neodporúča použiť regulačné prvky zvyšujúce teplotu vratnej vykurovacej vody. Medzi tieto prvky a armatúry sa zaraďujú predovšetkým štvorcestné zmiešavacie armatúry a prepúšťacie ventily.

Obr. 1 Vyhodnotenie prevádzkových parametrov objektovej kotolne s klasickými plynovými kotlami [2,3]

Obr. 1 Vyhodnotenie prevádzkových parametrov objektovej kotolne s klasickými plynovými kotlami [2,3]

Obr. 2 Vyhodnotenie prevádzkových parametrov objektovej kotolne s kondenzačnými kotlami [2,3]

Obr. 2 Vyhodnotenie prevádzkových parametrov objektovej kotolne s kondenzačnými kotlami [2,3]

Ďalej sú známe skutočnosti, že účinnosť spaľovania ovplyvňuje súčiniteľ nadbytku vzduchu n (–), ktorý je daný pomerom skutočného množstva vzduchu dopraveného k spaľovaciemu procesu k teoretickému množstvu potrebnému na ideálne spaľovanie.

Proces spaľovania v kondenzačných kotloch výrazne ovplyvňuje konštrukcia a tvar pretlakového horáka. Práve jeho správnym nastavením, prevádzkou a údržbou sa dosahuje správne spaľovanie paliva, čím je ovplyvňovaná jeho spotreba, tvorba a zloženie škodlivín odvádzaných do ovzdušia. Práve automatikou horáka, ktorý sa flexibilne prispôsobuje požiadavkám odberateľa, prevádzkovateľ ovplyvňuje aj kondenzačný proces, čím vplýva aj na stupeň využitia, pri kondenzačných kotloch zjednodušene označovaný aj ako účinnosť.

Optimalizácia distribúcie tepla

Pri prevádzke energetických zariadení je dôležité, aby sa kotly plnili upravenou vodou. Základnými ukazovateľmi kvality vody sú obsah Ca2+ a Mg2+, hodnota stupňa kyslosti pH, celkový obsah železa a medi, merná elektrická vodivosť, obsah suspendovaných látok, oxid kremičitý a obsah Na+ a K+.

Úprava vody a zariadenia na jej úpravu majú v prevádzke zdroja tepla a vykurovacej sústavy nesporne veľké výhody, keďže v zásade si nevyžadujú žiadnu obsluhu ani údržbu, majú nízku energetickú náročnosť a sú schopné brániť tvorbe nových a postupne rozpúšťať aj staré nánosy, pričom ich jednoduchá montáž je možná aj do starších systémov. Úprava vody môže byť fyzikálna, chemická, magnetická, elektromagnetická a elektronická.

V súvislosti so zmäkčovaním vody si treba uvedomiť dôležitú vec, a to že fyzikálna úprava vodu nezmäkčuje, iba mení jej vlastnosti tak, aby sa vápenaté usadeniny nezachytávali na stenách zariadení (obr. 3 a 4). Vzniknutý vápnik sa vylúči vo forme kalu, ktorý je potrebné zo zariadení odstrániť buď odkalovaním, alebo zachytávaním napríklad v separátoroch. Usadeniny a nánosy na teplovýmenných plochách kotla a potrubiach znižujú účinnosť kotla (obr. 5), zvyšujú teplotu vody, ako aj spalín v dymovodoch (obr. 4).

Obr. 3 Vplyv neupravenej vody na vznik inkrúst spôsobujúcich plošnú koróziu na stenách kotlov a potrubných rozvodov  a) korózia na stenách kotla, b) korózia na potrubí
Obr. 3 Vplyv neupravenej vody na vznik inkrúst spôsobujúcich plošnú koróziu na stenách kotlov a potrubných rozvodov  a) korózia na stenách kotla, b) korózia na potrubí
Obr. 3 Vplyv neupravenej vody na vznik inkrúst spôsobujúcich plošnú koróziu na stenách kotlov a potrubných rozvodov
a) korózia na stenách kotla, b) korózia na potrubí

Ochrana pred koróziou a usadeninami spočíva v nasledujúcich procesoch:

  • predupravovanie vody, t. j. hrubé a jemné čistenie od koloidných častíc a hrubých zŕn, odkysličovanie, odstraňovanie železa a mangánu;
  • úprava vody – zmäkčovanie, dekarbonizácia, odsoľovanie a odplyňovanie pretlakovým alebo vákuovým spôsobom;
  • chemická úprava – dávkovanie prísad na zmäkčovanie vody, odplynenie a alkalizácia vody.
Obr. 4 Vznik usadenín na dymovode a teplovýmenných plochách v kotle
Obr. 4 Vznik usadenín na dymovode a teplovýmenných plochách v kotle
Obr. 4 Vznik usadenín na dymovode a teplovýmenných plochách v kotle

Pôsobením presne definovaného elektromagnetického poľa vytvoreného cievkou navinutou na vodovodnom potrubí sa uvoľňujú ióny hydrogénuhličitanu vápenatého z elektrostatických väzieb s molekulami vody a následne sa tvoria kryštály aragonitového typu, ktoré nemajú schopnosť vytvárať pevné usadeniny.

Voda, ktorá prešla pôsobením elektromagnetického poľa prístrojov, narúša a rozpúšťa aj staré inkrusty. Tieto čiastočky sa v otvorených systémoch s dostatočnou rýchlosťou prúdenia vyplavujú von a v uzavretých systémoch ich možno jednoducho zachytiť v odkaľovačoch a vypustiť.

Obr. 5 Vplyv hrúbky vápenatých usadenín v potrubiach na straty tepelnej energie

Obr. 5 Vplyv hrúbky vápenatých usadenín v potrubiach na straty tepelnej energie

Na záver

Obnova bytových domov, zdrojov tepla a vykurovacích systémov závisí od hospodárnosti prevádzky a pravidelnej kontroly prevádzkových stavov. V súčasnosti prispieva k zvýšeniu energetickej hospodárnosti celého bytového domu, najmä pokiaľ ide o ukazovatele energetickej účinnosti zariadení na výrobu a distribúciu tepla.

Literatúra
1. Lulkovičová, O. a kol.: Zdroje tepla – domové kotolne. Bratislava: JAGA GROUP, 2004.
2. Koník, J. – Lulkovičová, O.: Normalizované a prevádzkové hodnotenie účinnosti zdrojov tepla. In: Zborník prednášok z VI. medzinárodnej konferencie KOBD 12, Legislatíva, financovanie, architektúra, materiály a technológia pre KOBD. 20. – 22. 11. 2012, Grand hotel Permon, Podbanské. Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2012.
3. Koník, J.: Prevádzkové hodnotenie energetickej efektívnosti zdrojov tepla. Záverečná dizertačná práca. Bratislava: STU, SvF – 13422-20308, 2012.

TEXT + OBRÁZKY: doc. Ing. Otília Lulkovičová, PhD., STU – Stavebná fakulta Bratislava, Katedra technických zariadení budov

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 3/2016.

Komentáre

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Ďalšie z JAGA GROUP