Optimalizace rozvodů tepelného hospodářství ve třech krocích

Rekonstrukce rozvodů centralizovaného zásobování teplem se nachází v zastavěném území města Hořovice ve Středočeském kraji. Na tyto rozvody tepla jsou napojeny obytné budovy a objekty občanské vybavenosti. Rozvody tepla budou vedeny ve svazích s různou výškou v betonových kanálech a ve volném terénu.

U tepelných sítí byla požadována mechanická odolnost a stabilita potrubí. Teplovodní soustava byla realizována jako čtyřtrubková ÚV + TV (realizace cca 1990) a má být upravena na dvoutrubkovou s přípravou TV přímo v budovách.

Na celé trase se nachází dvacet šachet, ve kterých jsou umístěny odbočky a také uzavírací a další armatury. Rozvody se již ocitly na hranici své technické životnosti, potrubí i armatury jsou silně zkorodované a v havarijním stavu. Tento stav tepelné sítě nezajišťuje požadované parametry a na trase distribuční sítě dochází k velkým únikům a tepelným ztrátám.

Zadání

Pro venkovní rozvody ústředního vytápění bylo nutno použít nové předizolované potrubí. Provozovatel požadoval v maximální možné míře použití plastových předizolovaných trubek, které nejlépe odpovídají jeho představě o hospodárnosti a spolehlivosti potrubní sítě.

Ve studii z roku 2020 byla rovněž zvažována možnost použití ocelových předizolovaných trubek pro největší rozměry (pro případ, že by nebylo možné použít plastové předizolované trubky).

V kotelně se rozvod napojí na stávající rozdělovač – sběrač, rozvod se rozdělí na východní a západní větev. Z důvodu omezení čerpadel na 1,5 baru je požadován maximální tlakový spád pro každou větev, z čehož je třeba vypočítat dispoziční tlak pro rozvodny min. 35 kPa.

Požadované parametry podle původní projektové dokumentace:

Celková délka trasy teplovodu: 980,5 m
Dimenze teplovodu: DN 40 – DN 150
Celkový přenášený výkon: 5 235 kW
Max. teplotní spád: 80/53 °C
Provozní teplotní spád: 75/53 °C

Postup optimalizace

V úvodním návrhu projektu byla navržena trasa rozvodů tepla s plným požadovaným výkonem pro objekty dle zadaných požadavků (předpokládalo se, že tepelný výkon pro vytápění i přípravu teplé vody bude 100 %). Pro západní větev s výkonem 2759 kW a pro východní větev s výkonem 2476 kW byla navržena dimenze d160/DA225. Celá trasa potrubí byla navržena z flexibilního předizolovaného plastového potrubí NRG FibreFlex, přičemž maximální provozní teplota tohoto systému činí 95 °C a provozní tlak 10 bar.

Po konzultaci s investorem a provozovatelem byla domluvena úprava převáděných výkonů pro dodávané objekty a došlo k jejich optimalizaci tak, aby se nezměnily požadované parametry tepelné sítě a pohodlí koncových zákazníků. Úpravou zapojení výměníků tepla a přidáním dalšího zásobníku tepla s prioritou pro přípravu teplé vody lze snížit maximální přenášený výkon pro každou větev.

Po optimalizaci výměníkových stanic se v novém návrhu rozvodů uvažovalo s přenosovou kapacitou 1470 kW na západní větvi a 1250 kW na východní větvi. Tím se dimenze potrubí snížily na d140/DA202 na západní větvi a d125/DA202 na východní větvi.

Zhodnocení rozvodních systémů

Při závěrečném hodnocení sítě byly zváženy tři konečné návrhy řešeného projektu. S ohledem na zajištění nejlepšího možného řešení došlo k číselnému srovnání výhod a nevýhod jednotlivých kombinací:
• hybridní řešení – kombinace oceli a plastu,
• projekt realizovaný výhradně v plastu,
• projekt realizovaný výhradně v oceli.

Hlavními zvažovanými parametry byly tepelné ztráty v potrubí, časové hledisko instalace a finanční hledisko.

Tepelné ztráty v rozvodech

Porovnání se zaměřila na rozdíly tepelných ztrát v hodnocených rozvodech. Čím nižší jsou tepelné ztráty v rozvodech, tím méně tepla uniká z teplonosné látky, a tím lépe je zajištěn požadovaný teplotní stav v každém místě od­běru vzorků. Při nižším úniku tepla do okolí lze počítat s nižšími dopady potřeby tepla na životní prostředí pro daný zdroj tepla.

V grafu 1 je vidět rozdíl v tepelných ztrátách na metr trasy, kde jsou znázorněny „double“ verze předizolovaného plastového potrubí NRG FibreFlex (dvojité potrubí ve společné izolaci) a předizolovaného ocelového potrubí NRG PREMIO.

V grafu 2 jsou znázorněny tepelné ztráty na metr potrubí pro předizolované plastové potrubní systémy NRG FibreFlex – „singl“ (jedna trubka v izolaci) a pro předizolované ocelové potrubní systémy.
Lze konstatovat, že plastové předizolované potrubí má ve srovnání s ocelovým předizolovaným potrubím nižší tepelné ztráty v potrubním systému pro všechny dimenze.

Použitím plastových předizolovaných trubek lze dosáhnout úspory 37 % ve srovnání s ocelovými předizolovanými trubkami v zesílené izolaci. Při použití standardní izolace na ocelovém potrubí dosahuje úspora až 47 %. Tato úspora představuje při zohlednění nákladů na palivo na jeden gigajoule vyrobeného tepla přibližně 250 Kč, ročně 66 tisíc, resp. 100 tisíc Kč.

Časový aspekt montáže

Hlavní výhody plastových předizolovaných systémů, které šetří čas ve srovnání s ocelovou instalací, jsou:

• výrazně menší šířka výkopu v úsecích, kde nebudou otevřeny stávající kanály, dimenze do 2 × d90 mají šířku výkopu 40 až 50 cm, dimenze nad d110 mají šířku výkopu pouze 60 až 80 cm;
• výrazné snížení množství spojů na trase až o 86 %, na trase flexibilního potrubí bude pouze pět spojů a na T-kusu čtyřicet pět spojů, počet spojů na trasu při použití flexibilního potrubí dosahuje padesáti ve srovnání s třemi sty šedesáti dvěma spoji u ocelového potrubí, které se svařuje každých dvanáct metrů; až čtyřikrát rychlejší instalace díky lisovaným spojkám ve srovnání se svařovanými spoji pro ocelové trubky, zkrácení doby, kdy jsou výkopy otevřené, zvyšuje bezpečnost při stavbě a snižuje náklady na výkopy, rychlejší instalace také snižuje nepohodlí obyvatel během výstavby a instalace přípojek pro bytové domy v rámci sídliště;
• plastové předizolované trubky umožňují flexibilně provádět změny trasy, abyste se vyhnuli překážkám, na které můžete narazit při výkopových pracích, např. vzrostlým stromům, v případě potřeby lze plastové předizolované trubky protáhnout montážními otvory do stávajících betonových kanálů, čímž odpadá nutnost rozkopávat silnice a chodníky.

Finanční hledisko

Připravena byla srovnání rozpočtů se třemi uvažovanými potrubními systémy. Počítáme zde s celkovými náklady na materiál a instalaci pro uvažovaný projekt v každé variantě potrubí.

V tab. 1 finančního hodnocení se zobrazují celkové náklady na materiál a instalaci:
• hybridní řešení – kombinace oceli a plastu,
• projekt realizovaný výhradně z plastu,
• projekt realizovaný výhradně z oceli.

Lze počítat s tím, že odhadované rozpočtové náklady na materiál a instalaci jsou u všech tří alternativ v přibližně stejné cenové hladině. Pokud se na projekt podíváme z hlediska celkové investice, jeví se jako jednoznačné ekonomické řešení použít plastové předizolované potrubí a využít úspory při výkopových pracích i následném provozu.

Závěr

Posouzením všech důležitých parametrů při výměně starých rozvodů tepla můžeme vyhodnotit nejvhodnější variantu pro konkrétní projekt rekonstrukce. Správnou optimalizací můžeme přispět k požadovaným parametrům tepelné sítě s nízkými tepelnými ztrátami, bez větších zásahů do prostředí, s kratší dobou instalace.

Rekonstrukce rozvodů tepla v Hořovicích je dobrým příkladem projektu, na kterém se ukazuje, že je velmi důležité dívat se na něj nejen z hlediska počáteční investice, ale také z provozního a ekonomického hlediska.

Pravdou je, že předizolované ocelové potrubí je léty prověřené a osvědčené řešení a na první pohled může být investičně výhodnější. Bližší pohled na celý projekt, který nekončí pohledem na cenu materiálu, ale zahrnuje také instalaci, zemní práce a ve větších městech i náklady na plochu. Tam, kde to provozní parametry umožňují, se použití pružných plastových předizolovaných systémů ukazuje jako jasná volba. Kromě výhod investice jsou bonusem dlouhodobé úspory tepelných ztrát, a tím i emisí CO2.

U tohoto konkrétního projektu byla rovněž snaha zdůraznit potřebu celkového pohledu na zvažované projekty. Optimalizace probíhala v několika krocích:
• posouzení potřeby převáděného výkonu a jeho souběžnosti,
• regulace potřeby tepla pro přípravu teplé vody a dodávku tepla pro vytápění, změnou velikosti akumulačních nádob je možné snížit okamžitou potřebu přenášeného výkonu,
• revize návrhu a výběru předizolovaného potrubí ukázala, že volba plastového flexibilního potrubí přináší významné úspory investic a provozu.

U větších projektů se ukazuje jako velmi výhodné kombinovat materiály ocel a plast v rámci hybridního řešení, zejména v případě větších rozměrů. Existuje několik takto optimalizovaných rozvodů, kde přechod na hybridní řešení umožnil zrychlení realizace rozvodů, menší dopad na okolí a především vyšší efektivitu z provozního hlediska, což je skutečná investice do budoucna.

Vytvořeno z podkladů firmy NRG Flex.
Foto: NRG Flex