ANALÝZA POTENCIÁLU ÚSPORA MOŽNOSTI TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ V objektu Markušova 1632-8v Praze
Předmětem analýzy je zjištění možného potenciálu úspor tepla v zatepleném domě, které bylo provedeno po etapách výměna oken kolem roku 2006 a dodatková tepelná izolace v roce 2010. Dům byl kolaudován údajně v roce 1980, to znamená, že byl projekt stavby a otopné soustavy zřejmě proveden podle tepelně-technických norem před tímto rokem. Hodnoty podle norem se tedy řadí do tzv. II. generace s normovými koeficienty prostupu tepla střecha U=0,93 W/m2K; okna U=(2,7 3,7) W/m2K; plášť U=1,45 W/m2K. —
—
PODKLADY A STRUČNÝ POPIS STÁVAJÍCÍHO STAVU Výchozími podklady jsou: 1/ 2/ 4/
Přehled spotřeb tepla v letech 2009-2012 Výkony a počty otopných těles Prohlídka na místě a projednání se zástupci objektu
Celý objekt je rozdělen na tři sekce, tj. podle čísel. Sekce A Č. 1632-1633 (dva vchody); sekce B Č. 1634-1635 (dva vchody)a sekce C Č. 1636-1639 (tři vchody). -
—
—
Nepodařilo se získat původní projekt stávající otopné soustavy či projekt na osazení regulačními prvky termostatické ventily. —
Celý objekt je napojen na CZT (Pražská teplárenská) z jednoho místa, kde jsou řešeny dvě otopné větve. Jedna zásobuje sekce A a B a druhá sekci C. Každá má tedy samostatný rozvod. Podle sdělení pana Tománka je sekce A zateplena tloušťkou dodatkové izolace 120 mm, sekce B a C tloušťkou 100 mm. Tato skutečnost poněkud komplikuje způsob seřízení otopné soustavy. U sekce C nevznikají problémy, jelikož je celá zateplena stejnoměrně stejná kvalita zateplení pro stavbu napojenou na jednu společnou větev. —
Komplikace nastává u sekcí A a B, kde je sekce A zateplena 120mm a sekce B jen
100
mm dodatkové izolace na jednu společnou otopnou větev. Původní konstrukce před zateplením byla jednotná (okna, plášť, střecha, atd.), což umožňovalo provozovat otopnou soustavu celého objektu na stejných teplotních parametrech otopné vody (90/70/20 ÖC Či 92,5/67,5/20 °C). Na stejné parametry byly také navrženy velikosti a výkony otopných ploch —těles. 1
Přidaná tepelná izolace také zvýší tepelný odpor původní stavební ochlazované konstrukce v poměru tloušťky. Předpokládá se, že byl použit materiál o stejné tepelné vodivosti. To znamená zvýšení odporu pro 120mm o 20% oproti materiálu 100 mm. Pokud měl původně plášť U=1,45 W/m2K, přidáním 100 mm se snížil prostup tepla na hodnotu U103=0,32 W/m2K. Pro 120 mm se prostup tepla snížil na hodnotu U123=0,28 W/m2K, tedy asi 12,5%. Jelikož zateplený plášť 120mm představuje kolem 30% celého pláště, pak je dopad zateplení z celkové bilance pro plášť asi (0,3*0,125) = 0,0375, tj. 3,75 %. Samozřejmě má větší význam toto zateplení pro sekci A. Spojení sekcí A a Bv jednu otopovou větev znamená, že bude nutné v rámci přepočtu otopných větví zohlednit různé zatékání těles, jelikož vstupní teplota otopné vody bude stejná pro všechna tělesa větve. To znamená částečnou komplikaci při výpočtech, což je samozřejmě řešitelné. Celý objekt je vybaven cca 562 kusy těles (TRy) na zhruba 37 stoupačkách. Dimenze a umístění nebylo prozatím mapováno. Bude provedeno až po dohodě se zadavatelem, pokud nebude k dispozici projekt otopné soustavy vč. montážních schémat — stoupaček.
Původní výkony instalovaných těles dle mapování pro indikátory isou následuiící: Sekce A Sekce B Sekce C
245,6 kW 218,8 kW 347,9 kW
Celkem
812,3 kW
sekce má ochlazovanou štítovou stěnu sekce nemá ochlazované štítové stěny sekce má ochlazovanou štítovou stěnu a ieden vchod navíc
Tento výkon těles byl navržen na krytí tepelných ztrát prostupem tepla a větráním místností (obvykle s intenzitou výměny vzduchu i=0,5/h objemu místnosti). Po orientačním přepočtu tepelných ztrát metodou pláště bylo zjištěno, že tepelné ztráty prostupem tepla činí 435kw a větráním 210 kW, tedy celkem 645 kW. Při teplotním spádu 20 K byl průtok otopné vody 7,7 kg/s 27,7 m3/h. Po výměně oken klesly tepelné ztráty cca na 550 kW. Při zachování teplotního spádu 20 I< měl být průtok snížen na cca 6,6 kg/s. Tím se snížily hydraulické ztráty na cca 83% z původních 100 %. Tím došlo k tzv. „hydraulickému rozladění~ otopné soustavy, tedy vypočítané seřízení již neodpovídá skutečným potřebám. Porovnáme-li skutečné spotřeby tepla vletech se po výměně oken, ukazuje se, že jsou nižší cca o 40%, což neodpovídá vypočítaným spotřebám v těchto letech podle tepelných ztrát. Značný vliv a skutečnost mají jednak nezahrnuté a neměřitelné tepelné zisky a snížené větrání místností. Tento vliv má za následek ještě větší „hydraulické rozladění“ a 2
původní seřízení ještě méně odpovídá skutečné potřebě hospodárné funkce otopné soustavy. To neumožňuje technicky dosáhnout na nejnižší možnou spotřebu tepla. Po komplexním zateplení objektu (vč. fasád) jsou tepelné ztráty ještě menší a metodou pláště byly vypočítány na hodnotu za všechny tři sekce ve výši (170—350) kW. Menší hodnota je pro současný stav větrání (minimální) a vyšší hodnota je pro plnohodnotné větrání intenzitou =0,5/h. Při takovém poklesu a dynamickém chování otopné soustavy již nelze ponechat stávající seřízení otopné soustavy, která de facto funguje „Jak chce“, což nemůže zaručit a udržet takové parametry, které by přinesly další významné úspory. Stávající seřizovací technikou již prakticky není co regulovat. První důvod proč provést úpravu stávajícího technického řešení otopné soustavy tzv. pomocí technologie Soos (Sofistikovaná Optimalizace Otopné Soustavy)
Při poklesu tepelných ztrát na cca 200kw nelze provozovat tělesa s výkonem 812 kW odpovídajícím způsobem, pokud nebudou adekvátně upraveny teplotní a hydraulické podmínky v objektu (v obou větvích stávajících rozvodů tepla). Skutečné zatížení těles má být pouze na hodnotě cca 25 % původního projektu. Kdybychom provedli pouze omezení průtoku (tj. na cca 2,23 kg/s), klesly by hydraulické odpory až pod 10 % původních. Za těchto okolnostíjiž není možné stá vající armatury seřizovat. Aby bylo možné zachovat stávající armatury, musí být provedeno nastavení parametrů tak, aby dodávka tepla odpovídala potřebě otopné soustavě se sníženými tepelnými ztrátami. Tato část zajišťuje pouze základní nastavení aje předpokladem pro správnou funkci otopné soustavy, druhou podmínkou efektivního hospodaření teplem je schopnost dynamicky reagovat na změny podmínek v otopné soustavě. Druhým důvodem je fakt, že stávající vybavení pat stoupaček a těles neumožňuje dynamické přizpůsobování všech parametrů otopné vody zejména teplotu. —
Řešením je osazení technologie SOOS na patu domu, která „umí“ reagovat na dynamické změny v otopné soustavě a přizpůsobovat trvale parametry otopné vody podle fyzikálních potřeb dynamických změn v domě.
3
ANALÝZA SPOTŘEB TEPLA A POTENCIÁL ÚSPOR Z přiložené tabulky je patrný postupný pokles spotřeby tepla. Vzhledem k tomu, že nejsou k dispozici spotřeby tepla v dřívějších letech před výměnou oken a úpravou fasád, nelze určit celkový pokles vůči původnímu stavu. Patrný je však pokles spotřeby v letech 2010 o cca 24%, v roce 2011 pouze o cca 12% a v roce 2012 o cca 21 %. Jedná se o celý objekt, jelikož rozložení spotřeb jednotlivých subjektů (sekce A, Ba C) bylo prováděno zřejmě solidárně proporcionálně. Sekce A I B měly vykazovanou stejnou spotřebu tepla ročně, protože zahrnují po dvou vchodech a sekce C zahrnuje tři vchody.
BILANCE SPOTŘEB A POTŘEB TEPLA- PROGNÓZY
výchozí stav UT dle EA a skuteč spotř tepla Objekt dle proJektu Délka 129 Pp0 434,74 Pv04 210,06 Výkon těles Pt a ztráty prostupem a větráním Pinst_1ě1 812,300 &W Otopná voda ta~ te= tp tz= 19 -12 90 70 Spotřeba Spotřeba Přepočet Počet Rok GJ/rok GJ/r D‘ 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2392,30 T 2459,71 3352 2010 2576,90 T 2230,02 3982 2011 1873,60 T 2040,83 3164 2012 1971,60 T 1986,60 3421 2013 2014 2016 2016 2017 2016 2019 2020 Průměr 2203,60 7 2179,5 3479,8 Dlouhodobý průměr D° 3446,9 při teplotě vnitřního vzduchu ia= 19,0
r
Minimum Maximum
Okna Siřka Pc0 hpdl Apdl 1806 Celkem Měr spotř GJ/D°
Markušova 1632-38
TABI
30 % 14 644,80 kW 2,8 n podlaží m3 8 40464 14448 m2 kWh/Db
GJIm2
SUMAŘ A+B+C
poměr k 2009
Okna 2006-7 0,733716 0,660281 0,644933 0,580781
203,810 155,634 179,148 161,328
0,170246 0,154403 0,141254 0,137506
0,629928
174,960
0,1508519
0,560281 0,733716
155,634 203,810
0,137505 0,170246
1,00 0,76 0,88 0,79
4
Po zatepleni dIe přepočtu metodou pláště Pp1 Pvl= 145,01 21,01 kW kW Intenzita větráni I i 0,500 Denní potřeba Qdvl Qdpi= 3480,197 5041,427 gpl= 112,264 162,627 gpl= 0,404 0,585
0,050 Qdvl 504,143 16,263 0,059
Pc1 166,0 kW 0,500 Qc1 9521,624 274,391 0,990
Potřeba prúměrněho roku Qrpl= 1393,055
Qdvl 201,798
0c1 3411,039
-
Qdvl 2017,984
Přepočitaná průměrná spotřeba v letech 2010 a 2012 Potenciál úspory tepla přepočítaný vůči průměru roků 2010 a 2012 Potenciál úspory v % k průměru let 2010 a 2012 Potenciál úspor v % k roku 2009 Úspora nákladů při ceně tepla (2012) 500,00 KČ/GJ
0,050 Qc1 3984,340 0,463
kWh/den kWh/D° GJ/D°
0c1 1594,853
GJ/rok
128,527
2086,109 491,256 -23,56% -35,46% 245 628
GJlrok GJlrok KČ/rok
NÁVRH TECHNICKÉHO ŘEŠENÍ SOOS (Sofistikovaná Optimalizace Otopné Soustavy) —
Obecně Základem správné a kvalitní funkce Soos je předchozí analýza spotřeb tepla, dále pak přepočet otopné soustavy a stanovení nových teplotních parametrů, seřízení a teprve při vypracování projektu bude také určeno, zda bude třeba doplnit nějaké prvky otopné soustavy novými podle jejich technického stavu (termostatické ventily a paty stoupaček). stěžejním zařízením je však technologie SOOS, tj. směšovací nebo výměníková stanice, která pomocí speciálních algoritmů a technických prvků „umí“ dynamicky reagovat na změny v otopné soustavě a v dodavatelské síti. Technické řešení technologie SOOS musí respektovat fyzikální princip distribuce tepla a nikoliv otopné vody a přizpůsobovat dodavatelské parametry individuálním potřebám řešeného objektu. Způsob řešení a nastavení parametrů je individuální proto, že jsou v každém bodě dodavatelské sítě odlišné dispoziční tlaky a teploty otopné vody a i naprosto stejně vybavené domy s původně zcela stejnými tepelnými ztrátami se vlivem různého stupně zateplení začnou odlišovat (různá tloušťka izolace, různá okna, různé zateplení dílčích částí objektu balkony, meziokenní plochy, atd.). —
vody
—
Technologie SOOS z uvedených důvodů musí „umět“ přizpůsobit parametry otopné tedy co nejvíce se přiblížit fyzikální skutečnosti vdaném čase a okrajových
podmínkách. Reálný průtok působením hlavic je značně proměnlivý. To znamená, že udržování stabilních diferenčních tlaků na patě domu nemůže vyhovovat proměnlivým hydraulickým
ztrátám, stabilizace diferenčního tlaku na patě domu znamená při poklesu průtoku přenesení přebytku diferenčního tlaku na termostatické ventily těles (hluk, apod.). Ve S
společných trasách ležatých rozvodů je tedy pokles požadovaného dispozičního tlaku i pod 10% původní potřeby‘ Z výše uvedených důvodů je nutný přepočet otopné soustavy, který má přinést nové, fyzikálně správné parametry v průběhu otopné sezony, aby Soos technologie mohla zajišťovat pokud možno optimální dynamicky se měnící parametry v otopné soustavě. To zajišťuje kromě klasické regulace podle ekvitermní teploty i řada nových algoritmů v programovatelném regulátoru SOOS, což je nepřenosné know-how autora. To neznamená, že nelze nikdy do systému uložit programy a algoritmy jiných autorů regulátor (český výrobek) v technologii SOOS je volně programovatelný.
—
SOOS technologie obsahuje také řadu snímačů teplot, průtoků a tlaků, které umožňují plně automatický provoz, tzv. bezobslužně. Výjimku tvoří pouze mechanická závada, či vypadlý jistič‘ Jinak se zařízení samovolně spustí například po výpadku elektrické energie. GSM brána umožňuje zasílat alarmy k rychlému servisnímu zákroku. Napojení na internet poskytuje rozhraní pro přímé řízení systému (všechny ovladatelné funkce a kvalitativní parametry například servopohonů, apod.) z kteréhokoliv místa na Zemi, kde je přístup k internetu. Kromě toho jsou touto cestou sbírána veškerá četná data o teplotách, tlacích a všech funkcí systému, tedy nejen snímaných veličin v krátkých intervalech, ale i tzv. žádaných hodnot. Porovnáním naměřených a žádaných hodnot se ověřuje kvalita funkce m±r. Data jsou průběžně ukládána v měsíčních blocích (dle potřeby ijakýchkoliv kratších intervalech) a slouží k vyhodnocování stavu zařízení a spotřeb tepla. Uložená data a jejich přenos je kódován a lze je do správné podoby převést pouze oprávněnou osobou. Výstupy jsou v tabulce „excel“, tedy snadno použitelná pro práci s PC a přenositelná na běžných nosičích dat. Záruční servis je prováděn na základě smlouvy o dílo na dodání, montáž a uvedení do provozu a pozáruční servis na základě samostatné smlouvy a službách a servisu. Uspořádání v konkrétních podmínkách Aby bylo použito co nejméně rekonstrukčních prací, předpokládá se založení koncepce na jedné hlavní stanici se dvěma směšovacími uzly, ve kterých budou připravovány technické parametry otopné vody pro obě (A + B) a větev C. Dva uzly s jednou řídící jednotkou mají výhodu vtom, že je celkově zařízení levnější namísto dvou řídících jednotek se použije jedna s rozšířeným hardwarem, jehož cena je jeno něco vyšší, než použití dvou samostatných jednotek. Strojní i m+r část by byla umístěna ve vyhrazeném místě podle dohody. Regulační armatury pro jednotlivé větve by byly umístěny —
6
v prostorách stávajících přípojných bodů jednotlivých větví (MB) a C. Pokud by byly navrženy zcela nové přívody k jednotlivým uzlům, muselo by se demontovat více potrubí a nahradit je novým, což by vedlo ke zvýšení nákladů. Za tím účelem bude nutné provést elektrické propojení hlavní stanice m+r a míst s regulačními klapkami. Dále bude nutné určit místo pro samostatně jištěný přívod el. energie pro m±r a také přípojka internetu s veřejně dostupnou zásuvkou, která zajistí dálkové služby (kontrolu, seřizování, posílání alarmů, sledování a sběr dat). Ukázka dřívější realizace. Vpravo řídící jednotka.
Poznámka: Dále je nutné rozhodnout a uzavřít dohodu, zda bude ponecháno jedno společné fakturační měření. Problematika spočívá vtom, že by bylo poměrně snadné instalovat samostatné fakturační měřidlo pro společnou větev A+B a také pro větev C. Komplikace by nastala, kdyby měla být řešena dvě měření pro sekci A a B samostatně. V takovém případě by se musela společná větev (A + B) rozdělit na dvě, což by znamenalo poměrně rozsáhlý zásah do rozdělení ležatého rozvodu tepla na dvě samostatnou část A a samostatnou B. V obou větvích bude umístěn kalorimetr pro účely m+r, který poskytuje údaje o spotřebách tepla aje stejný, jaký používá i PTa.s. (dodavatel). Bohužel jej nelze použít jako fakturační, ale lze je použít pro rozdělování nákladů, pokud by bylo ponecháno pouze jedno společné fakturační měření. Vypracoval: Ing. Vladimír Galád v Praze 12.4.2013
7
ZÁVĚR: Správné vyregulování otopné soustavy technologií SOOS přinese tyto hlavní výhody: o
výrazná úspora v hospodaření s tepelnou energií
o
nižší náklad na bydlení pro jednotlivé uživatele
o
odstranění nežádoucích projevů otopné soustavy, např. hlučnost systému, možnost přetápění jednotlivých bytů atd.
o
„nezávislostĺ‘ na množství dodaného tepla od PT a.s.
o
možnost nastavení správných hodnot na patě objektu dle potřeby objektu, nikoliv dle tabulkových hodnot PT a.s.
o
obnovení plné funkčnosti regulačních prvků vjednotlivých bytech (termostatické ventily a hlavice)
o
rekonstrukce otopné soustavy bude financována z výrazných úspor tepla, nikoliv z peněz jednotlivých uživatelů
8
