Modernizácia domových odovzdávacích staníc
Fond bývania na Slovensku tvorí 1,7 milióna bytov. Približne 850-tisíc (49,5 %) sa nachádza v bytových domoch postavených v rámci hromadnej bytovej výstavby panelovými technológiami po roku 1960. Z nich až 94 % má zabezpečenú potrebu tepla prostredníctvom ústredného vykurovania a centrálnu prípravu teplej vody. Dodávka tepla je zabezpečená na 55 % zo sústav centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) cez vedľajšie odovzdávacie stanice tepla (OST) a na 45 % z domových alebo blokových kotolní. OST neboli vždy nadimenzované podľa aktuálnych požiadaviek potreby spotrebiteľa. V dôsledku racionalizačných opatrení znižovania energetickej náročnosti (zatepľovania, výmenou okien ako aj hydraulickým vyregulovaním) sa podstatne menia požiadavky odberateľov, ktoré majú dosah na modernizáciu existujúcich OST ako aj celej SCZT.
Odovzdávacie stanice tepla (OST) sú neoddeliteľnou súčasťou sústavy centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) zabezpečujúceho dodávku tepla nielen do obytných budov, ale aj pre občiansku vybavenosť, prípadne priemyselné závody. V nich dochádza k odovzdávaniu tepla z primárnej do sekundárnej teplonosnej látky, ktorá potom zabezpečuje dodávku tepla do zásobovanej oblasti. Vyhotovenie a strojné vybavenie každej OST je rôznorodé a závisí od mnohých činiteľov, ktoré ovplyvňujú voľbu a návrh konečnej verzie.
OST sú zoskupenia strojovo-technologických zariadení, ktoré upravujú teplonosnú látku na taký stav, aký požaduje odberateľ tepla, t. j. spotrebič tepla (bytový dom, administratívna budova, priemyselný závod a pod.). V OST sú inštalované strojné zariadenia na ovládanie, regulovanie a meranie dodávky tepla odberateľom a samotné výmenníky tepla, v ktorých dochádza k procesu odovzdávania tepla z teplonosnej látky s vyššími parametrami teplonosnej látke s nižšími parametrami.
OST sa podľa spôsobu napojenia na primárnu tepelnú sieť delia na:
- tlakovo závislé – sú na primárnu tepelnú sieť pripojené prostredníctvom zmiešavacích ejektorov, zmiešavacími čerpadlami, prípadne redukčnými ventilmi. Pri týchto pripojeniach sú primárna a sekundárna tepelná sieť priamo spojené. Zmeny teplotných a hydraulických pomerov v primárnej tepelnej sieti sa prenášajú aj do sekundárnej tepelnej siete, čo neraz spôsobuje značné prevádzkové problémy;
- tlakovo nezávislé – sú na primárnu tepelnú sieť pripojené prostredníctvom rekuperatívnych výmenníkov tepla, v ktorých sú prostredníctvom teplovýmennej plochy spotrebiče tepla (vykurovacie sústavy, sústava prípravy teplej vody (TV), vetracie a klimatizačné jednotky) na sekundárnej sieti hydraulicky oddelené od primárnej siete.
Hlavnou náplňou navrhovaných OST je prispôsobiť sa potrebám spotrebiteľskej siete, teda upraviť stav sekundárnej teplonosnej látky (z primárnej tepelnej siete) podľa požiadaviek spotrebiteľa (odberateľa). V OST dochádza vo väčšine prípadov k zmene teploty, tlaku a niekedy aj k zmene skupenstva teplonosnej látky.
Správna voľba typu OST a správne dimenzovanie všetkých jej komponentov musí spotrebiteľovi zaručiť, že za každých okolností dostane potrebné dohodnuté množstvo tepla alebo teplonosnú pracovnú látku s požadovanými parametrami. Zdroj tepla (výhrevňa alebo tepláreň) na druhej strane musí mať istotu, že spotrebiteľ neodoberie väčšie množstvo energie ako dohodou stanovené maximum. Splnenie týchto požiadaviek umožňuje projektantovi presný prepočet tepelnej siete a zdroja tepla bez zbytočných rezerv, ktoré by spôsobila neistota pri vstupných zadávacích parametroch.
Technologické prvky OST
- vstupný blok – uzávery, meranie a regulácia,
- výmenníky tepla na prípravu teplonosnej látky pre vykurovacie sústavy (VYK),
- výmenníky tepla alebo tlakové zásobníky na prípravu TV,
- obehové čerpadlá pre VYK,
- cirkulačné čerpadlá teplej vody,
- poistné, zabezpečovacie, prípadne prepúšťacie a doplňovacie zariadenia.
Výmenníky tepla pre VYK sú klasické rúrové, prípadne doskové alebo špirálové výmenníky tepla. Pri rúrových výmenníkoch tepla sa vyžaduje splnenie požiadavky týkajúcej sa tepelnej zálohy. Výstupné potrubia (sekundárna tepelná sieť) sú napojené na teplovodný rozdeľovač a zberač. Z nich vyúsťujú a do nich sa vracajú jednotlivé vetvy navrhovaných rozvodov (VYK, TV, vzduchotechnika, technológia).
Výmenníky tepla na prípravu TV tvoria zväčša klasické rúrové výmenníky tepla. Sústava prípravy TV je doplnená jedným alebo viacerými zásobníkovými ohrievačmi (stojatými alebo ležatými). Materiál výmenníkov tepla na prípravu TV musí spĺňať veľmi prísne hygienické požiadavky – nesmie znečisťovať ohrievanú pitnú vodu na strane spotreby.
Obehové čerpadlá VYK pre väčšie vykurovacie sústavy tvoria kozlíkové obehové čerpadlá, prípadne obehové čerpadlá do potrubia. Do bloku sa umiestňujú dve, prípadne tri čerpadlá. V činnosti je len jedno, ostatné tvoria zálohu.
Cirkulačné čerpadlá TV tvoria kozlíkové obehové čerpadlá, prípadne obehové čerpadlá do potrubia. Do bloku sa umiestňujú dve, prípadne tri čerpadlá. V činnosti je len jedno, ostatné tvoria
zálohu.
Kompaktné OST
Jednotlivé popisované celky, resp. bloky sa navrhujú a prepájajú tak, aby zabrali malý priestor. Využívajú sa najmodernejšie stavebné prvky, armatúry, výmenníky, čerpadlá a ostatné diely tak, aby navrhnutá OST tvorila kompaktný celok. Podľa primárnej teplonosnej látky prevládajú vodné kompaktné OST, ale v priemyselných prevádzkach sa vyskytujú aj kompaktné parné OST [4].
Primárnou teplonosnou pracovnou látkou je horúca voda s výpočtovým teplotným spádom 150/75 °C s možným vychladením vratnej vetvy až na teplotu 40 až 50 °C, s pracovným pretlakom PN do 2,5 MPa. Tlaková strata primárneho okruhu OST sa volí do 100 kPa. Je potrebné prípojné miesto zregulovať na túto stratu vhodným regulačným prvkom určeným v projekte pripojenia OST. Sekundárnou teplonosnou pracovnou látkou je teplá voda s teplotným spádom 90/70 °C, 80/60 °C, prípadne 75/65 °C s pracovným pretlakom PN 0,6 MPa.
Tlakovo nezávislá kompaktná OST je pripojená na primárnu tepelnú sieť. Prívod horúcej vody prechádza cez hlavnú uzatváraciu armatúru, filter a rozdeľuje sa do okruhu vykurovania a prípravy TV. Množstvo teplonosnej látky určujú ventily s havarijnou funkciou a regulujú výstupnú teplotu do okruhov. Z výmenníka tepla vykurovania prechádza vratná horúca voda cez merač spotreby tepla, spätnú klapku a hlavnú uzatváraciu armatúru späť do SCZT. Okruh vykurovania sa skladá z hlavnej prívodnej a uzatváracej armatúry, filtra, obehového čerpadla, poistného ventila, meracích a ukazovacích prístrojov.
Príprava TV je riešená dvojstupňovým prietokovým spôsobom. Vo výmenníku tepla na predohrev TV sa studená voda predhrieva horúcou vodou z výmenníka tepla na vykurovanie. V druhom výmenníku je výstupná TV regulovaná množstvom pretekajúcej primárnej teplonosnej látky na teplotu 55 °C.
Prívod studenej vody je vybavený elektromagnetickou úpravou vody, ktorá zabraňuje vzniku pevných usadenín na teplovýmenných plochách výmenníkov tepla a potrubnom rozvode TV. Dvojstupňový ohrev TV maximálne využíva energiu primárnej teplonosnej látky tým, že ju dochladí zo 130 na 40 °C. Tým sa prispieva k zvýšeniu energetickej bilancie SCZT. Prednostný ohrev TV obmedzuje pri jej maximálnom odbere výkon okruhu vykurovania, a tým je odberový diagram tepla SCZT rovnomerný. Kompaktné stanice sa dodávajú s kvalitnou reguláciou, s ošetrením havarijných a poruchových stavov. Reguláciu vykurovacieho okruhu je možné riešiť ekvitermicky, so snímačom v referenčnej miestnosti, prípadne reguláciou na konštantnú teplotu. Regulácia TV je zabezpečená na teplotu 55 °C. Týždenné, prípadne denné programy regulácie je možné nastaviť podľa požiadaviek užívateľa, ktorý môže vybrať len samostatný blok vykurovania alebo samostatný blok prípravy TV.
Blok prípravy TV je možné navrhnúť akumulačný, poloakumulačný alebo prietokový bez zásobníka. Pre prípady nerovnomerného odberu TV sa sústava dopĺňa o maloobjemový zásobník tepla (200, 300, 500, prípadne 1 000 litrov), ktorý zabezpečí preklenutie maximálnej špičky v trvaní 15 až 20 minút.
Záver
Pri obnove bytových domov dochádza k podstatnému zníženiu potreby tepla ako aj potreby energie na VYK a prípravu TV. Staršie OST s klasickými rúrovými výmenníkmi tepla sa už musia nahradiť novými kompaktnými OST. V týchto kompaktných OST sa použijú súčasné technologické prvky, ktoré sú podstatne pružnejšie, priestorovo menej náročné a v maximálnej miere využívajú primárnu energiu.
Zároveň sa zvýšia požiadavky na monitoring parametrov tak na primárnej, ako aj na sekundárnej strane kompaktných OST, ktoré sú následne diaľkovo riadené z dispečerského centra. Najlepšie sa tak prispôsobujú prevádzke celej SCZT a požiadavke odberateľa – bytového domu.
Pri kompaktných OST, ktoré boli vybavené modernými technologickými prvkami (doskovými alebo špirálovými výmenníkmi tepla, vhodnou meracou a regulačnou technikou, modernými obehovými čerpadlami do potrubia a pod.), je potrebné prehodnotiť vhodnosť niektorých kľúčových komponentov v dôsledku zníženia potreby tepla a energie. Po rôznych racionalizačných opatreniach je možné pôvodné vykurovacie sústavy prevádzkovať so zníženým teplotným spádom pri nezmenenom hmotnostnom toku. Druhou možnosťou je ponechať pôvodný teplotný spád, prípadne ho nepatrne znížiť a zmeniť obiehajúce množstvo teplonosnej látky (vykurovacej vody) vo vykurovacej sústave. V každom prípade je potrebné uskutočniť prepočet celej vykurovacej sústavy a navrhnúť účinnú regulačnú techniku na zmenený stav.
Z prevádzkového hľadiska sa najviac úspor môže dosiahnuť optimalizáciou prevádzky obehových čerpadiel. Najmodernejšie čerpadlá sú schopné zabezpečiť obeh teplonosnej látky s minimálnymi nárokmi na elektrickú energiu.
Monitorovanie a riadenie prevádzky OST aj celej SCZT sa uskutočňuje prostredníctvom bezdrôtového prenosu dát do centrálnej riadiacej jednotky a späť, aby sa optimalizovali prevádzkové stavy a maximálne splnili požiadavky odberateľa bez zbytočných nedorozumení (prekurovanie, nadmerná dodávka tepla a podobne).
doc. Ing. Ján Takács, PhD.
FOTO: autor
Autor pôsobí na Katedre technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Literatúra
1. Brož, K.: Zásobování teplem. Praha: ČVUT, 1986.
2. Kadrnožka, J. – Ochrana L.: Teplárenství. Brno: CERM, 2001.
3. Lulkovičová, O. a kol.: Zdroje tepla a domové kotolne. Bratislava: JAGA GROUP, 2004.
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. Épületgépészet 2000, Fűtestechnika. Budapešť: Épületgépészet kiadó kft., 2001.
Článok bol uverejnený v magazíne Správa budov.
