Možnosti aplikácií bytových a domových odovzdávacích staníc tepla v sústavách CZT

26.04.2019 Spoluautoři: Ing. István Derzsi, prof. Ing. Ján Takács, PhD. Časopis: 2/2019

Článek autora se zabývá bytovými předávacími stanicemi tepla. Jejich výhodou je samostatné měření spotřeby tepla, vlastní regulace vytápění v bytech a přiblížení přípravy TV do místa odběru bez zbytečných tepelných ztrát. Jejich použití je možné jak pro nové objekty, tak i pro jejich rekonstrukci. Jako každá technologie má i tato své nedostatky, které autor popisuje.
Zdrojem tepla pro bytové stanice mohou být buď kotelny, nebo předávací stanice tepla situované nejčastěji do nejnižšího podlaží.
Podstatná část článku se zabývá možnými schématy zapojení jak vlastní bytové stanice, tak i propojení bytové stanice se zdrojem tepla.

Recenzent: Miloš Bajgar

Po obnove bytového fondu sa často stretávame s požiadavkou odberateľov tepla – užívateľov jednotlivých bytov aby sa dodávka tepla na vykurovanie (VYK) a prípravu teplej vody (TV) merala priamo v mieste pripojenia bytu. Tejto požiadavke sa najviac blížia tzv. bytové odovzdávacie stanice tepla. Celkový fond bývania na Slovensku tvorí 1,7 milióna bytov, z ktorého asi 850 tisíc bytov (49,5 %) sa nachádza v bytových domoch postavených v rámci hromadnej bytovej výstavby, panelovými technológiami po roku 1960 [1]. Až 94 % z týchto bytov má zabezpečenú potrebu tepla prostredníctvom ústredného vykurovania a centrálnu prípravu TV. Dodávka tepla je zabezpečená na 55 % zo sústav centralizovaného zásobovania teplom (SCZT) cez podružné odovzdávacie stanice tepla (OST) a zvyšných 45 % z domových alebo blokových kotolní. Technologické zariadenie OST nie vždy sú dimenzované podľa súčasných požiadaviek potreby spotrebiteľa. V dôsledku racionalizačných opatrení znižovania energetickej náročnosti (zatepľovacích programov, výmenou okien ako aj hydraulickým vyregulovaním) sa podstatne menia požiadavky odberateľov, ktoré majú dopad na modernizáciu jestvujúcich domových OST, bytových OST ako aj celej SCZT.

1. Vznik bytových OST

Dôvody, ktoré viedli k vzniku bytových odovzdávacích staníc tepla (BOST) by sme mohli zhrnúť do nasledovných bodov:

Hlavným dôvodom vzniku bytových odovzdávacích staníc tepla (BOST) bolo premiestniť prípravu teplej vody (TV) čo najbližšie k miestu odberu v prípade bytových domov to boli kúpeľne a kuchynská linka resp. kuchynský drez. Príklad takejto sústavy BOST je zobrazená na obr. 1.
Druhým dôvodom bolo eliminovať časté problémy s cirkuláciou TV pri jej centrálnej výrobe v tlakových zásobníkových ohrievačoch príp. prietokových ohrievačoch TV, kde vznikali značné tepelné straty tak pri výrobe ako aj pri transporte k užívateľovi.
Zaistiť možnosť zabezpečenie vykurovania resp. temperovania bytu podľa potreby uživateľa bytu aj mimo vykurovacej sezóny (napr. nepriaznivé počasie alebo zdravotné problémy užívateľa a pod.).
Elegantné riešenie pri rekonštrukcii a obnove bytových jadier u starších bytov ako aj pri prestavbách kuchýň a bytových jadier.
Jednoduchšie meranie spotrebovaného množstva tepla a väčšia spokojnosť odberateľa tepla – užívateľa bytu.

Obr. 1 • Schéma jednoúčelovej BOST slúžiacej na prípravu TV

2. Rozdelenie bytových OST

Rozdelenie BOST je možné uskutočniť podľa rôznych hľadísk:

A) jednoúčelové BOST

– sú určené len na prípravu TV pre príslušné odberné miesto jeden byt, rodinný dom (RD). Principiálna schéma je zobrazená na obr. 1:

Prietokové

Bez cirkulácie TV, sú jednoduchšie.
S cirkuláciou TV, sú zložitejšie.

Zásobníkové

Bez cirkulácie TV.
S cirkuláciou TV.

B) Kombinované BOST

– ktoré okrem prípravy TV zabezpečujú aj potrebu tepla na VYK bytu, resp. potrebu tepla pre teplovodnú vykurovaciu sústavu. Schéma takejto KBOST je zobrazená na obr. 2.

Priame pripojenie VYK sústavy

Regulácia teploty v miestnosti iba pomocou vysokoodporových ventilov s termostatickými hlavicami.
Regulácia priestorovým termostatom + vysokoodporové ventily s termostatickými hlavicami.

Regulácia teploty teplonosnej látky vo vykurovacom okruhu miešaním

Regulácia teploty teplonosnej látky priestorovým termostatom + vysokoodporové ventily s termostatickými hlavicami.
Regulácia teploty teplonosnej látky podľa vonkajšej teploty vzduchu.

Kombinované a viac okruhové BOST.

Jedná sa o také KBOST, ktoré pripravujú TV aj so zásobníkom a zásobujú viac vykurovacích okruhov v nadštandardných bytoch (okruh veľkoplošného podlahového vykurovania a teplovodná vykurovacia sústava) resp. rozľahlejších RD.

Obr. 2 • Schéma zapojenia KBOST zabezpečujúcej VYK a TV

3. Projektovanie BOST

Základné podmienky, ktoré by sme mali rešpektovať pri projektovaní a samotnom návrhu BOST sú zhrnuté do nasledovných bodov:

Nutná konštantná teplota na zdroji tepla (OST alebo kotolňa) minimálne 65 °C do systému, pri domových kotolniach je potrebná aj akumulácia tepla.
Rozvod tepla v objekte je potrebné dimenzovať s uvažovaním súčasnosti odberov, rozvodné potrubie (prívodné a vratné potrubie) riadne izolovať aby sme minimalizovali tepelné straty transportom.
Pre veľké rozľahlé byty s viac ako 4–5 odbermi nestačí jeden prietokový ohrev, sú potrebné dva alebo akumulácia TV do tlakového zásobníkového ohrievača.
BOST je potrebné umiestniť čo najbližšie k zvislým rozvodom a primárne potrubie riadne izolovať, inak dochádza k nežiaducemu prehriatiu chodby prípadne samotného interiéru bytu.
Pokiaľ možno použiť BOST s reguláciou teploty teplonosnej látky pre vykurovaciu sústavu, hlavne pre väčšie byty.
Pre BOST v byte je nutný primeraný manipulačný priestor kvôli údržbe, pričom musíme zabezpečiť dostatočne vetranie kvôli prehriatiu.

4. Výhody a nevýhody BOST porovnané s klasickým vykurovacím systémom

Výhody BOST oproti klasickému modernému vykurovaciemu systému môžeme zhrnúť do nasledovných bodov:

Možnosť dodávky tepla pre vykurovaciu sústavu podľa požiadaviek užívateľa počas celého roka nezávisle od vykurovacieho obdobia.
Možnosť priamej kontroly odberu spotrebovaného množstva tepla a studenej vody na merači resp. na vyhodnocovacom člene BOST.
Podstatné zjednodušenie zdroja tepla, OST alebo kotolne odpadá centrálna príprava TV, odpadajú rozvody TV a cirkulácie TV.
Zjednodušenie rozvodov tepla v objekte, vypadnú tri potrubia TV, rozvod tepla sa uskutoční len dvoma potrubiami – prívodné a vratné potrubie do zdroja tepla.
Psychologický efekt pri predaji bytu – „každý užívateľ si odoberie také množstvo tepla aké momentálne potrebuje“.

Nevýhody BOST oproti klasickému modernému vykurovaciemu systému môžeme zhrnúť do týchto bodov:

Vysoká teplota teplonosnej látky vo vratnom potrubí z bytov do zdroja tepla počas celého roka
– Znevýhodnenie možnosti použitia kondenzačných kotlov, vyššia spotreba paliva cca o 10 až 12 %,
– Zvýšenie teploty vo vratnom potrubí do rozvodu CZT, čomu sa bránia výrobcovia tepla.
Vyššie investičné náklady, cca +1000 €/byt za vybudovanie BOST.
Prehrievanie budov v lete v dôsledku tepelných strát v rozvodoch.
Vyššie tepelné straty v rozvodoch tepla.
Komplikované zariadenie v bytoch s nárokmi na pravidelný servis a údržbu BOST.
Nejasnosť vlastníckych vzťahov v prípade poruchy na primárnom rozvode zo zdroja tepla až po napojenie do BOST.

5. Aplikácie a schémy zapojenia

V nasledovných častiach budú zobrazené podrobnmé KBOST s priamym napojením tzv. tlakovo závislým napojením na primárnu vykurovaciu sústavu a nepriamym ohrevom TV v doskovom výmenníku tepla (DVT).

Jednoúčelové KBOST – sú určené len na prípravu TV pre príslušné odberné miesto jeden byt, RD. Principiálna schéma je zobrazená na obr. 3.

Obr. 3 • Schéma KBOST určenej len na prípravu TV cez cirkulácie

Jedná sa o najjednoduchšie KBOST, ktoré zabezpečujú len prípravu TV v DVT a sú bez cirkulácie. Cez noc rozvody vychladnú a je potrebné množstvo vychladnutej TV vypustiť. Pre väčšie objekty s rozľahlým potrubným rozvodom sú vhodnejšie KBOST s cirkuláciou, ktorej schéma zapojenia je na obr. 4.

Obr. 4 • Schéma zapojenia KBOST určenej len na prípravu TV s cirkuláciou; CČ – cirkulačné čerpadlo, PV – poistný ventil, SV – pätný ventil, DV – doskový výmenník tepla

KBOST je určená pre byty a RD a malé obytné budovy s 10 bytmi. Ohrievač TV obsahuje DVT a termostatickú reguláciu. Akcelerátor snímača TV urýchľuje uzatvorenie ventilu ovládaného termostatom a chráni DVT pred prehriatím a tvorbou vodného kameňa. DVT je vyrobený z nehrdzavejúcej oceli, min. teplota primárnej teplonosnej látky je 60 až 65 °C. Tepelný výkon DVT je od 29 do 90 kW, čím zabezpečí požadovanú dodávku TV. Pre rozľahlejšie sústavy sa aplikuje zostava s cirkulačným okruhom podľa obr. 4, čím sa zabezpečí požadovaný komfort dodávky TV pre užívateľa bytu alebo RD.

Kombinované KBOST, ktoré okrem prípravy TV cez DVT zabezpečujú aj potrebu tepla na VYK bytu, resp. potrebu tepla pre teplovodnú vykurovaciu sústavu. Principiálna schéma takejto KBOST je zobrazená na obr. 5.

Obr. 5 • Schéma zapojenia KBOST určenej na prípravu TV a VYK

Vykurovacia sústava je tlakovo závislo pripojená cez regulačný ventil, pričom sa využíva dispozičný tlak z primárneho okruhu. Vykurovací okruh bytu alebo RD je bez obehového čerpadla. Rez je zobrazený na obr. 6.

Obr. 6 • Schéma zapojenia a rez KBOST s priamym napojením na VYK a prípravou TV v DVT; 1 – výmenník tepla na TV, 2 – regulačný ventil pre prípravu TV, 3 – snímač ohriatej TV, 4 – regulačný ventil VYK, 5 – pohon RV, 6 – regulátor diferenčného tlaku, 7 – snímače teploty prívodnej a vratnej vody VYK, 8 – filter pre VYK, 9 – medzikus na merač tepla, 10 – spätná klapka, 11 – poistný ventil TV, 12 – uzatváracie armatúry guľové kohúty, 13 – prívod primár, 14 –vratné primár, 15 – voda, 16 – výstup TV, 17 – prívod VYK, 18 – vratné VYK

Na obr. 7 je podrobná schéma zapojenia a rez KBOST s nepriamym napojením resp. tlakovo nezávislým napojením na VYK sústavu a nepriamym ohrevom TV pomocou DVT.

Obr. 7 • Schéma zapojenia KBOST na prípravu TV a VYK so samostatnými DVT

Pripojenie KBOST sa hlavný rozvod zo zdroja tepla sa pripojí paralelne. Pokiaľ je to možne, mala by sa napojiť ešte pred prvým spotrebičom. Rez je zobrazený na obr. 8.

Obr. 8 • Schéma zapojenia a rez KBOST s nepriamym napojením na VYK a prípravou TV v DVT; 1 – výmenník tepla VYK, 2 – regulačný ventil VYK, 3 – snímač VYK, 4 – výmenník tepla TV, 5 – regulačný ventil TV, 6 – snímač TV, 7 – regulátor diferenčného tlaku, 8 – miesto na pripojenie snímača teploty, 9 – filter v primárnom potrubí, 10 – medzikus pre merač tepla, 11 – spätná klapka, 12 – poistný ventil TV, 13 – zostava na dopúšťanie systému VYK, 14 – filter VYK, 15 – tlakomer VYK, 16 – expanzná nádoba VYK, 17 – poistný ventil VYK, 18 – obehové čerpadlo VYK, 19 – uzatváracie armatúry – guľové kohúty, 20 – prívodné potrubie primár, 21 – vratné potrubie primár, 22 – studená voda, 23 – výstup TV, 24 – výstupné potrubie VYK, 25 – vratné potrubie VYK

6. Meranie spotreby tepla

Meranie spotreby tepla pre jednotlivých odberateľov byty príp. kancelárie a iné odberné miesta je veľmi podstatná a dôležitá.

Pre riešenia s centrálnym zdrojom tepla OST alebo kotolňou je to možné riešiť podľa obr. 9. Ako vidíme na obr. 9 na vratnom potrubí vykurovacej sústavy je merač tepla s označením 8 a dodávka TV sa meria na vstupe do každej odbernej jednotky (bytu, kancelárie alebo ateliéru). Meranie spotreby tepla pre vykurovacie sústavy je zložitejšie, lebo by sa malo umiestniť do vratného potrubia resp. sledovať merať teplotu prívodnej a vratnej vody do bytu resp. odbernej jednotky. Následne vyhodnocovací člen by mal poskytnúť informáciu o odobratom množstve tepla na VYK.

Obr. 9 • Príklad napojenia bytov na centrálny zdroj tepla; 1 – zdroj tepla, 2 – obehové čerpadlo VS, 3 – merač prietoku SV, 4 – merač prietoku TV, 5 – spotrebič ZT, 6 – vykurovacia sústava, 7 – zásobníkový ohrievač TV, 8 – cirkulačné čerpadlo TV, 9 – centrálny merač SV, 10 – merač prietoku vykurovacej vody

Na obr. 10 je schéma napojenia BOST na centrálny zdroj tepla OST alebo kotolňu, kde na zvislý rozvod (dvojrúrový) sú napojené jednotlivé BOST a tak zabezpečujú dodávku tepla na VYK a prípravu TV, s patričným meraním dodávky tepla.

Obr. 10 • Príklad napojenia bytov na centrálny zdroj tepla s aplikáciou BOST; 1 – BOST, 2 – ZTI, 3 – vykurovacia sústava, 4 – prietokomer SV, 5 – prietokomer vratnej vody, 6 – zdroj tepla, 7 – objektový merač prietoku SV, 8 – centrálny merač prietoku vykurovacej vody

7. Záver

Záverom môžeme konštatovať, že BOST je vhodné aplikovať v bytových domoch iba po dôkladnom technicko-ekonomickom rozbore a porovnaní s inými možnosťami dodávky tepla pre vykurovaciu sústavu a teplej vody.

Aplikácia BOST má ako všetky technické zariadenia svoje výhody aj nevýhody. Investor má možnosť voľby a na základe ekonomického vyhodnotenia prevádzky sa môže rozhodnúť. BOST sú odskúšané zariadenia hlavne v zahraničí, a pri správnom návrhu sú tu minimálne riziká, predovšetkým ide o investičné a prevádzkové náklady, ktoré treba porovnávať.

Príspevok je súčasťou riešenia grantového projektu: VEGA – č. 1/0807/17.

Použitá literatúra

PEKAROVIČ, J. K. a kol.: Vykurovanie budov I. a II. Edičné stredisko SVŠT, Bratislava 1989
PETRÁŠ, D. – LULKOVIČOVÁ, O. – TAKÁCS, J – BAŠTA, J., – KABELE: Vykurovanie rodinných domov a bytových domov. Jaga 2005, Bratislava, str. 231
HOMONNAY G. a kol.: Épületgépészet 2000 – Fűtéstechnika II. Budapest, Épületgépészet kiadó Kft. 2001
HURYCH, M. – DOUBRAVA, J.: Vyvažování potrubních sítí. Praha, IMI International s.r.o., 2000.
DANKO P.: Bytové výmenníkové stanice – Pohľad z iného uhla, Seminár výmenníky a OST, SSTP október 2010 Bratislava
BÁNHÍDI L – CSONKAI, I.: Távfutott lakások résleges fűtés kikapcsolásának következményei, Tanulmány, 2006.
GARBAI L.: Távhőellátás, hőszállítás. Typotex Elektronikus kiadó kft., Budapest 2012, st. 935, ISBN 978-693-279-739-7
BÁBHIDI L. – KAJTÁR L.: Komfortelmélet, Műegyetemi Kiadó, Budapest 2000
Smernica Európskeho parlamentu a rady Európy 2010/31/EÚ z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov.

Poznámka recenzenta

Zatímco potřeba tepla pro vytápění napojovaného bytu může být pouze 2–3 kW, výkon výměníku tepla pro přípravu teplé vody bývá obvykle i více jak desetinásobný, například 40 kW.

Pro dimenzování vodorovného rozvodu a stoupaček k bytovým stanicím je pak nutné poměrně přesně odhadnout současnost odběru teplé vody. Jinak mohou být dimenze napojovacího potrubí buď předimenzované, nebo naopak nedostatečné pro uspokojivou dodávku teplé vody v napojených bytech.

K usnadnění projektování takových systémů mají jejich výrobci programy, které tu současnost předvídají s ohledem na zkušenosti s přechozími realizacemi a počtem napojených bytů.

Application Possibilities of Residential and House Heat Transfer Stations in District Heating System

The author's article deals with residential heat transfer stations. Their advantage is the separate measurement of the heat consumption, own heating regulation in apartments and the approximation of hot water preparation to the point of consumption without unnecessary heat loss.

This solution can be used both for new objects as well as for their reconstruction. Like any technology, also this one has its flaws as described by the author.

The heat source for residential stations can be either a boiler room or a heat transfer station located most often to the lowest floor.

A substantial part of the article deals with possible connection schemes of both residential station itself and the residential station interconnection with a heat source.

Keywords: heating, heat supply, district heating, residential heat transfer stations, heat consumption measurement, energy efficiency of buildings.

Související časopisy

2/2019