Optimálne nastavenie prevádzky teplovodnej sústavy

Významným zdrojom tepelných úspor je správne nastavenie samotnej teploty teplonosnej pracovnej látky a teploty vnútorného vzduchu. V súčasnosti je v súvislosti so zvyšovaním cien palív a energií veľmi aktuálne optimálne nastavenie riadenia prevádzky teplovodných vykurovacích sústav.

Je potrebné dosiahnuť maximálnu hospodárnosť pri využívaní energie z primárneho energetického nosiča v zdroji tepla a pri súčasnom akceptovaní požiadaviek na tepelnú pohodu v jednotlivých teplotných zónach budovy, resp. v jednotlivých miestnostiach sledovanej budovy.

Aký je súčasný stav?

Základným predpokladom optimálnej prevádzky vykurovacej sústavy je optimálny návrh zdroja tepla, potrubných rozvodov (ležatý, zvislý, prípojky k vykurovacím telesám), armatúr (na rozvodoch a pred vykurovacími telesami) a vykurovacích telies a následne hydraulické vyregulovanie celej vykurovacej sústavy. Významným zdrojom tepelných úspor je správne nastavenie teploty vnútorného vzduchu.

Zníženie teploty vzduchu vo vykurovanom priestore o 1 °C umožňuje zníženie spotreby energie na vykurovanie o 5 až 6 %. S tým súvisí (v závislosti od konkrétnych podmienok a požiadaviek používateľa vykurovacej sústavy) aj nastavenie nočných, resp. dlhodobých teplotných útlmov (nočný útlm, doobedňajší a poobedňajší útlm). Skúsenosti z prevádzky potvrdzujú, že úplné vypínanie vykurovacej sústavy budovy alebo jej časti nie je hospodárne, pretože si vyžaduje značnú spotrebu energie na opätovné dosiahnutie pôvodného teplotného režimu v budove v dôsledku jej veľkej tepelnej kapacity. [2]

Posúdenie prevádzky obehových čerpadiel v dvoch bytových domoch

Pri analýze prevádzky obehových čerpadiel teplovodných dvojrúrových vykurovacích sústav s núteným obehom a spodným rozvodom sa posudzovali dva skoro identické bytové domy. Dané bytové domy sa nachádzajú v lokalite Bratislava, sú umiestnené tesne vedľa seba a majú identické pôdorysné rozmery, ako aj orientáciu na svetové strany. Výber týchto dvoch budov bol úmyselný, aby sa zdôraznila možná úspora čerpacej práce na čerpadlách a zároveň sa poukázalo na zvýšenie čerpacej práce v čase nočného útlmu.

Obr. 1 Fyzikálny model a osadenie jednotlivých snímačov [6], [7]

Metodika merania

Na obr. 1 je zobrazený fyzikálny model merania, kde sú presne vyznačené miesta jednotlivých snímačov teploty a prietokomera. Ich osadzovanie musí byť presné a pri práci s nimi sa musia dodržať bezpečnostné podmienky.

Bytový dom A

Sledovaný bytový dom je situovaný v Bratislave. Má osem nadzemných podlaží a je bez suterénu. Obvodový plášť bytového domu je nezateplený a okenné konštrukcie sú pôvodné. Potreba tepla na vykurovanie sa v jednotlivých bytoch zabezpečuje prostredníctvom panelových vykurovacích telies. Hlavným zdrojom tepla je odovzdávacia stanica tepla (OST), ktorá sa nachádza na prízemí bytového domu v samostatnej technickej miestnosti.

Predmetná OST bola nedávno zrekonštruovaná a uvedená opätovne do prevádzky, pričom jej inštalovaný tepelný výkon je Ф = 377 kW – na ohrev teplej vody pripadá ФTV = 46 kW a na vykurovanie ФVYK = 331 kW. Obeh teplonosnej pracovnej látky zabezpečuje dvojica najmodernejších obehových čerpadiel Grundfos MAGNA 3 80-120 F 360 (maximálna dopravná výška čerpadla pri objemovom prietoku M1 = 6,95 kg/s je H1 = 12 m). Obehové čerpadlá sú zapojené paralelne a nastavené na proporcionálny tlak. Teplovodná vykurovacia sústava je hydraulicky vyregulovaná.

Bytový dom B

Daný bytový dom je situovaný v Bratislave. Má osem nadzemných podlaží a je bez suterénu. Obvodový plášť bytového domu je z južnej strany zateplený a okenné konštrukcie sú tiež z južnej strany vymenené. Vykurovanie v jednotlivých bytoch sa zabezpečuje prostredníctvom panelových vykurovacích telies. Hlavným zdrojom tepla je pôvodná OST, ktorá sa nachádza na prízemí bytového domu v samostatnej technickej miestnosti. OST je pôvodná, pričom jej inštalovaný tepelný výkon je
Ф = 355 kW – na ohrev teplej vody pripadá ФTV = 40 kW a na vykurovanie ФVYK = 315 kW.

Obeh teplonosnej pracovnej látky zabezpečuje obehové čerpadlo Sigma 80-NTV-102-16 (maximálna dopravná výška čerpadla pri objemovom prietoku M2 = 6,0 l/s je H2 = 10 m). Obehové čerpadlo sa prevádzkuje podľa konštantnej krivky.

Meranie

Experimentálne merania sa uskutočnili v rozpätí dvoch týždňov od 9. 12. 2013 do 22. 12. 2013. V danom čase sa teplota vonkajšieho vzduchu pohybovala v rozpätí od θe = −1,5 °C až +10 °C, teda môžeme konštatovať, že vzhľadom na vykurovaciu sezónu išlo o prechodné obdobie. Merané budovy boli v 16-hodinovej plnej prevádzke v čase od 6.00 do 22.00 hod. V čase od 22.00 do 6.00 hod. bol nastavený 8-hodinový nočný útlm. Nočný útlm sa realizoval poklesom teploty teplonosnej látky vykurovania o 5 až 10 °C.

Namerané hodnoty

Z nameraných hodnôt v období dvoch týždňov sa vybrali dva modelové dni, keď obyvatelia bytových domov chodili do práce. Priebehy jednotlivých veličín v zrekonštruovanej OST bytového domu A sú zobrazené na obr. 2 a 3. Z nameraných hodnôt môžeme konštatovať, že v bytovom dome A pri nástupe nočného útlmu dochádza k poklesu teploty teplonosnej látky z θp = 45 °C na θv = 39 °C, teda Δθ = 6 K, pričom tento pokles teploty teplonosnej látky sa udržiava po celý čas nočného útlmu – osem hodín.

Obr. 2 Priebeh teplôt θe  – vonkajšieho vzduchu (°C), θp – prívodnej teploty pracovnej látky (°C), θv – vratnej teploty pracovnej látky (°C)

Obehové čerpadlo však zvýšilo svoj výkon, ktorý sa prejavil zväčšením objemového prietoku dňa 11. 12. 2013 z M1 = 18,3 m3/h = 5,08 l/s na M2 = 18,7 m3/h = 5,19 l/s, a tiež sa zvýšil aj objemový prietok na konci nočného útlmu v čase 6.00 hod. ráno. Spotreba elektrickej energie na obehovom čerpadle sa tak zvyšuje, čo vedie k nadspotrebe elektrickej energie. Ďalšími nežiaducimi faktormi pri nábehu, respektíve pri ukončení nočného útlmu, sú špičky v podobe dodaného výkonu (kW) a taktiež s tým súvisiaca spotreba energie na dodané teplo v sledovanom období (GJ).

Obr. 3 Priebeh objemových prietokov (m3/h) čerpadlom NTV80-NTV-102-16 v OST (pôvodný stav)

Zvyšovanie objemového prietoku na obehových čerpadlách je spôsobené tým, že regulačné ventily s termostatickými hlavicami, ktoré sú osadené na vykurovacích telesách, ostanú v dôsledku poklesnutia teploty teplonosnej látky otvorené. Je to zapríčinené tým, že operatívnu teplotu (napríklad θi = 20 °C) treba v obytných priestoroch zabezpečiť aj v období nočného útlmu, takže pri poklesnutí teploty teplonosnej látky je potrebné zvýšiť objemový prietok teplonosnej látky, aby sa vo vykurovanom priestore dosiahla požadovaná teplota, respektíve aby sa do vykurovaného priestoru dodalo potrebné množstvo tepla.

Ďalšími nežiaducimi faktormi sú (obdobne ako pri prvom bytovom dome pri nábehu, respektíve pri ukončení nočného útlmu) špičky v podobe potrebného dodaného tepelného výkonu (kW) a tiež s tým súvisiaca spotreba energie na zvýšenú čerpaciu prácu za dodané teplo (GJ). Hodnoty špičiek sú tým väčšie, čím nižšia je exteriérová teplota.

Experimentálne merania sa uskutočnili v prechodnom období. Môžeme konštatovať, že rozdiely v objemových prietokoch a v spotrebovanej energii na obehovom čerpadle by boli pri nižších vonkajších teplotách vzduchu ešte výraznejšie (väčšie).

Na záver

Výsledky experimentálneho merania potvrdzujú, že pomocou nočného útlmu je možné ušetriť určité množstvo finančných prostriedkov. V daných experimentálnych meraniach sa prejavili isté faktory, ktoré neboli brané do úvahy. Pri vyčíslení spotreby elektrickej energie, ktorú možno znížiť pri správnej prevádzke obehového čerpadla a prostredníctvom eliminovania nábehových špičiek pri dodávaní potrebného tepelného výkonu, môže pojem nočného útlmu nadobudnúť nový rozmer.

Literatúra

1. Hurych, M.; Doubrava, J.: Vyvažování potrubních sítí. Praha: IMI International s. r. o., 2000.
2. Dubnička, M.: Hlavné ciele „návrhu energetickej politiky v tepelnej energetike“ a dotknutej legislatívy. In: Vykurovanie, 2012.
3. Bidstrup, N.: What is the Life Cycle Cost of your pumps? In: The Magazine for Thinking Buildings, Blueprint, 3/2012.
4. Petráš, D.; Lulkovičová, O.; Takács, J.; Bašta, J.; Kabele, K.: Vykurovanie rodinných domov a bytových domov. Bratislava: Jaga group, 2005.
5. Dahlsveen, T.; Petráš, D.; Hirš, J.: Energetický audit budov. Bratislava: Jaga group, 2003.
6. Skovraard, A.: Grundgos System Guide: Comercial Building Services, 2004.
7. Hesterenyi, A.: Mokrobežné a suchobežné čerpadlá: Budúcnosť je vysoko efektívna! In: EcodesingDirectiveMagazineofWilo, HE News, 2010/2011.

Text | doc. Ing. Ján Takács, PhD., Ing. Lukáč Rácz
Foto a obrázky | autori

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.