Optimalizace rozvodů tepelného hospodářství ve třech krocích

Rekonstrukce rozvodů centralizovaného zásobování teplem, kvůli níž jsme pro investora zpracovali různé varianty optimalizace, 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 20 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 požaduje 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).

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
• Max. provozní tlak: 0,6 MPa

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.

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 jsme dospěli k požadované dimenzi 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 jsme se následně dohodli na úpravě převáděných výkonů pro dodávané objekty a optimalizovali je 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 jsme zvažovali 3 konečné návrhy řešeného projektu. Číselně jsme porovnali výhody a nevýhody 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

V porovnání jsme se zaměřili 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 můžeme 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.

Plastové předizolované potrubí NRG FibreFlex:

Tepelná ztráta plastového předizolovaného potrubí dosahuje 14,8 kW.

Ocelové předizolované potrubí NRG PREMIO:

Tepelná ztráta ocelového předizolovaného potrubí dosahuje 27,5 kW, což je o 12,7 kW více.

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 1 gigajoule vyrobeného tepla přibližně 250 Kč, ročně 66 tisíc, resp. 100 tisíc Kč.

Časový aspekt montáže

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

Výrazně menší šířka výkopu v úsecích, kde nebudou otevřeny stávající kanály.

Dimenze do 2 x d90 mají šířku výkopu 40–50 cm.
Dimenze nad d110 mají šířku výkopu pouze 60–80 cm.

Výrazné snížení počtu spojů na trase – až o 86 %.

Na trase flexibilního potrubí bude pouze 5 spojů a na T-kusu 45 spojů. Počet spojů na trasu při použití flexibilního potrubí dosahuje 50 ve srovnání s 362 spoji u ocelového potrubí, které se svařuje každých 12 metrů. Plastové předizolované trubky se dodávají navinuté na cívkách v souvislých délkách.

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

Připravili jsme srovnání rozpočtů se třemi uvažovanými potrubními systémy.

Počítáme zde s celkovými náklady na materiál a instalaci pro uvažovaný projekt v každé variantě potrubí. V tabulce 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.

Plastové předizolované trubky můžeme flexibilně ohýbat bez nutnosti použití kolen. V místech křížení výkopu a kanálu nedochází k problémům s protažením potrubí uvnitř kanálu. Zúžením výkopů na 40–50 cm pro dvoutrubku se minimalizují náklady a doba 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 flexibilních 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 jsme se také snažili zdůraznit potřebu celkového pohledu na zvažované projekty. Optimalizace probíhala v několika krocích

• posouzení potřeby přenášeného 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.