Případová studie: Optimalizace návrhu tepelných rozvodů při rekonstrukci sítě CZT – úspora díky uplatnění hybridního řešení

Řešeným projektem pro rekonstrukci rozvodných tepelných sítí pro okruhy kotelen byla výměna starých potrubních rozvodů v zastavěném území – v intravilánu města na východě Slovenska. Jednalo se o rozvody otopné vody a teplé vody, které byly umístěny v kanálovém systému rozvodu potrubí.

Rekonstrukce těchto tepelných sítí má charakter nutné výměny původních potrubí, aby se zamezilo únikům tepla do okolí. Novými potrubními rozvody se zabezpečují požadované parametry teplonosné látky pro koncové uživatele, což přispívá k celkovému zlepšení provozu tepelné sítě.

Rekonstrukce je rozdělena do několika částí potrubních rozvodů pro připojené kotelny v okolí. K síti je celkem připojeno přes 100 odběrných míst, přičemž polovina je napojena na přímý odběr a ostatní odběratelé jsou napojeni na deskové předávací tepelné stanice. Modernizací teplovodu dojde k výraznému zvýšení efektivnosti distribuce tepelné energie do odběrných míst. Snížením úniků tepla do okolí se tak může ušetřit při výrobě a přenosu teplonosné látky.

Zadání

V rámci studie bylo posouzeno a zhodnoceno, jak lze realizovat skutečný projekt prostřednictvím různých potrubních rozvodů. A zda (a v jaké míře) je možné optimalizovat návrh výměny rozvodů tepla tak, jak byl navržen do výběrového řízení. Pro venkovní rozvody tepla ústředního vytápění byl stanoven požadavek na použití nového ocelového potrubí v bezkanálovém předizolovaném provedení.

Ocelové předizolované potrubí mělo být v nejvyšší izolační třídě 3. Pro srovnání byly vybrány všechny tři třídy oceli NRG PREMIO v sériích 1, 2 a 3 a porovnány s plastovým předizolovaným potrubím NRG FibreFlex Pro.

Pro venkovní rozvody teplé vody byl stanoven požadavek na použití nového polypropylenového potrubí v bezkanálovém předizolovaném provedení. Předizolované potrubí mělo být v izolační třídě 2. Pro srovnání pro teplou vodu bylo provedeno zhodnocení polypropylenového potrubí v sériích 1, 2 a 3 a porovnáno s plastovým potrubím NRG FibreFlex.

Parametry nové rozvodné sítě

Výpočtové teploty a tlaky – teplovod:
– Výpočtová teplota přívodu ústředního vytápění: Tp = 80 °C
– Výpočtová teplota zpátečky ústředního vytápění: Ts = 60 °C
– Rozdíl teplot: T = 20 °C
– Konstrukční tlak rozvodu ústředního vytápění: PN 10, 1,0 MPa
– Výpočtová teplota přívodu teplé vody: Tp = 60 °C
– Konstrukční tlak rozvodu teplé vody: PN 10, 1,0 MPa

Porovnání

Záměrem studie tohoto projektu bylo posoudit různé alternativy a ukázat, jaké možnosti se nabízejí pro tento konkrétní typ projektu a provozu s reálnými hodnotami. Každý teplovod má jiné provozní podmínky, teplotu teplonosné látky, provozní tlak a průtoky, proto je nutné vybrat správný typ potrubí tak, aby provozovatel měl k dispozici efektivní a ekonomicky přijatelné řešení. V následující části jsou znázorněny rozdíly v tloušťce světlostí různých potrubních rozvodů a s tím spojená souvislost se změnou rozměru (tab. 1).

Jak lze z průřezu potrubí vidět (obr. 1), při nahrazení systémů při stejném nominálním vnějším průměru se světlost potrubí výrazně odlišuje. Při návrhu potrubí je třeba si uvědomit, že původní rozvodná síť může mít jiný rozměr, než jaký je nutný u nového rozvodu, proto je třeba provést nový návrh dle výběru potrubí.
To, jaké potrubí vybereme, má tedy velký vliv na celou rozvodnou síť. To totiž ovlivňuje velikost průtoku v potrubí, a tím i celkový tlak v potrubí.

Z obr. 1 je vidět, že vnitřní světlost je u různých potrubí různá, a tím se mění i průtok v potrubních sítích. V tab. 1 jsou uvedeny skutečné vnitřní průměry pro plastové potrubí NRG FibreFlex a pro polypropylenové potrubí. Další částí zhodnocení je celková ztráta tepla na metr trasy.

Na obr. 2 je zobrazen průběh ztráty tepla na metr trasy pro příslušnou dimenzi jednotlivých potrubních systémů oceli NRG PREMIO a plastového předizolovaného potrubí NRG FibreFlex Pro. V tab. 2 jsou uvedeny důležité údaje, kde se porovnávala ocel v sériích 1, 2 a 3, což je třída izolace ocelového potrubí, přičemž série 3 je série s největší tloušťkou izolace, a součástí tab. 2 je tabulka s flexibilním plastovým předizolovaným potrubím NRG FibreFlex Pro a izolací PLUS v systému dvoutrubkového provedení.

Pro optimalizovanou část rozvodu vytápění to představuje až o 80 % méně a pro rozvody teplé vody o 70 % méně spojů (u spojů se pro objektivní srovnání počítá každý spoj na trase, na kolenou a odbočkách). Z hlediska doby montáže i šířky výkopů pro plastové potrubí se při výměně starých rozvodů jedná o velmi vhodnou alternativu.

V tab. 3 je uveden přehled dimenzí pro PPR potrubí ve třech sériích izolace v navrhované dimenzi z projektu a pro flexibilní plastové předizolované potrubí NRG FibreFlex jsou uvedeny optimalizované dimenze.

Shrnutí

V tab. 4 a 5 lze vidět výsledné srovnání řešených alternativ pro projekt rekonstrukce tepelných sítí, a to pro ústřední vytápění, kde byly porovnány systémy flexibilního plastového předizolovaného potrubí NRG.

Výpočet úspory při optimalizaci návrhu a technického řešení

Pokud budeme uvažovat celoroční provoz za daných parametrů, jedná se o úsporu 590 až 1413 GJ tepla za rok. Když bereme v úvahu aktuální přiměřené palivové náklady na výrobu jednoho GJ tepla v ceně okolo 255 Kč bez DPH, jde o roční úsporu 125 až 392 000 Kč. Během doby provozu teplovodu 20–30–40 let bude toto číslo násobně vyšší…

Samozřejmě je důležitá i otázka investičních nákladů. Pokud se díváme na dílo jako na celek (dodávka materiálu, montáž potrubí, výkopové práce, dopravní omezení, množství spojů…), jsou investiční náklady více méně stejné nebo mírně vyšší oproti běžnému řešení realizace v ocelovém předizolovaném potrubí.

Závěr

Záměrem studie bylo porovnat možnosti výměny potrubí při rekonstrukci a na základě toho ilustrovat, jak lze provést optimalizaci celkové rozvodné sítě. Tento čtyřtrubkový systém, který byl pro ústřední vytápění původně navrhován celý vyrobený z oceli a pro přípravu teplé vody v řešení s potrubím PPR, lze doporučit s použitím materiálů, které jsou dnes dostupné na trhu, upravit do podoby hybridního řešení obsahujícího kombinaci oceli a flexibilních potrubí do DN100 a vyšší dimenze ocelového potrubí. U teplé vody je doporučeno použít pouze plastová flexibilní potrubí.

Je třeba podotknout, že samotný návrh a zadání od investora byly nadstandardně technicky zpracovány a požadovaná nejvyšší třída izolace u ocelového potrubí je dnes spíše výjimkou. Ale i za těchto výjimečných podmínek by bylo možné použitím návrhu a volbou potrubí dosáhnout nemalé úspory tepla – celkové úspory u vytápění a přípravy teplé vody by dosáhly téměř 24 %. Pokud bychom provedli srovnání s běžným technickým řešením se základní nebo pouze jedenkrát zesílenou tloušťkou izolace na ocelovém potrubí a PPR potrubí, tak by úspora dosáhla 43–46 %, resp. 32–36 %.

Existuje několik takto optimalizovaných rozvodů, kde se změnou na hybridní řešení podařilo zrealizovat rozvody rychleji, s menším dopadem na okolí a hlavně z provozního hlediska efektivněji, díky čemuž se jedná o perspektivní investici do budoucnosti.

Ing. Eva Švarcová
Autorka je absolventkou Stavební fakulty Slovenské technické univerzity a nadále pokračuje ve studiu doktorátu v oboru Teorie a technika prostředí budov. V rámci spolupráce s NRG flex se věnuje návrhům tepelných sítí a podílí se na přípravě studií vedoucích k optimalizaci tepelných rozvodů u rekonstrukcí centralizovaných rozvodů tepla pro vytápění a teplou vodu.