BYTOVÁ PŘEDÁVACÍ STANICE SVOČ – FST 2009 Miroslav Punčochář, Komenského 498, 262 42 Rožmitál p. Tř. Česká republika ABSTRAKT Tato práce se zabývá návrhem a posouzením optimálního zapojení předávací stanice pro typový bytový dům dle výkresové dokumentace. Jsou zde navrženy dvě varianty. Jedna pro individuální přípravu topné vody a teplé vody (TV) a druhá pro centrální přípravu topné vody a TV. Obě varianty jsou porovnány jak z hlediska investičních nákladů, tak i z hlediska provozních nákladů. ABSTRACT This work follows a project of a flat heat exchanger station for type multiple dwelling house according to a design documentation and resulting examination of the project. Two variants are projected here. First for individual preparing of heating water and warming up service water. Second for central preparing of heating water and warming up service water. Both variants are compared in term of investment costs and operating costs. KLÍČOVÁ SLOVA Bytová předávací stanice (BPS), předávací stanice, bytový dům, investiční náklady, provozní náklady, příprava teplé vody (TV), topná voda,CZT, ÚVOD Lidé v současnosti vyžadují určitý komfort života. Ať už se jedná o čisté prostředí ve kterém žijí, poskytovanou kvalitu služeb, materiální zajištění nebo určitou úroveň bydlení, lidé požadují jistý standart dané doby. A právě standardem bydlení je v dnešní době spolehlivá dodávka elektřiny, vody a tepla. Hlavními požadavky na tyto dodávky jsou: spolehlivost, nízká cena, bezúdržbový provoz, přizpůsobení se individuálním potřebám spotřebitele a v neposlední řadě i šetrnost k životnímu prostředí. Cílem této práce je návrh vytápění bytového domu pomocí předávací bytové stanice, včetně rozvodů tepla a jako druhá varianta bude návrh vytápění pomocí domovní předávací stanice, také včetně rozvodů tepla. Oba návrhy budou ekonomicky zhodnoceny a porovnány. A to jak z hlediska investičních a provozních nákladu, tak i z hlediska uživatelského komfortu a dalších výhod. Vytápění pomocí bytových předávacích stanic je moderní způsob vytápění, který zcela splňuje výše uvedené požadavky, zejména pak individuální uspokojení potřeb a nároků uživatelů jednotlivých bytů na vytápění a přípravu TV. Tuto technologii mezi svými produkty nabízí firma Systherm, u které byla tato práce zpracovávána a konzultována. PŘEDÁVACÍ STANICE TEPLA Funkce předávací stanice tepla Funkcí předávací stanice je propojení odběratelské soustavy a tepelné sítě. Musí zajistit předání požadovaného množství tepla z tepelné sítě do připojené soustavy a jeho změření. Dále upravení parametrů teplonosné látky na hodnoty, které jsou přípustné nejen z hlediska technického, ale i z hlediska bezpečnostního a hygienického (viz obr. 1). Pokud technické a bezpečnostní parametry splňuje teplonosná látka tepelné sítě, není potřeba použít pro zajištění dodávky tepla předávací stanici. Propojení uskutečníme přímím připojením odběratelské soustavy na tepelnou síť prostřednictvím předávacího místa na potrubí, vybaveného pojistným zařízením a přístrojem pro měření spotřeby tepla. Předávací stanici tedy navrhujeme pouze tehdy, když jsou parametry teplonosné látky tepelné sítě příliš vysoké pro odběratelskou soustavu, nebo pokud chceme oddělit obě tepelné sítě. Zvyšování parametrů teplonosné látky tepelné sítě se provádí za účelem snížení nákladů na materiál rozváděcího potrubí od zdroje ke spotřebiteli. Se zvyšujícími se parametry se zmenšuje průměr potrubí.
Obr. 1: Základní požadavky na BPS Připojení tlakově nezávislé s výměníkem tepla U předávací stanice s povrchovým výměníkem tepla je výhodou tlaková nezávislost otopné soustavy na tepelné síti a naopak, pokud není porušena těsnost teplosměnné plochy. Otopná tělesa mohou být jednoduchého provedení, protože nejsou namáhaná tlakem z tepelné sítě. Výměníků se také používá všude tam, kde se k tepelné síti připojují výškové budovy a kde je nepřípustné, aby se vysoký statický tlak otopné soustavy přenesl do tepelné sítě. To, že otopná síť a tepelná síť jsou od sebe navzájem odděleny umožňuje rozsáhlou regulaci tepelného výkonu. Regulace teploty topné vody sekundárního okruhu je prováděna regulátorem teploty, který řídí přívod primární vody do výměníků. Požadovaná hodnota topné vody je zadávaná podle předem stanoveného programu v závislosti na venkovní teplotě, případně na teplotě vzduchu ve vzorovém objektu. Tento způsob regulace má však i nevýhodu a sice tu, že se zásahy regulace v předávací stanici přenášejí v důsledku změny odebíraného množství vody do tepelné sítě a ovlivňují tak poměry u dalších spotřebičů. Tento vliv je zvláště zřetelný při skokových změnách, které nastávají u dvoupolohové regulace. Příznivějších výsledků dosáhneme nahrazením obyčejného regulačního ventilu ventilem trojcestným, umístěným v přívodním potrubí primárního okruhu. Třícestný ventil řízený podle teploty vody v sekundárním okruhu a podle teploty venkovního vzduchu, řídí průtok primární vody do výměníku tím, že při konstantním množství vody odebíraném z tepelné sítě přepouští část této vody do vratného potrubí. Tímto způsobem se nastaví hydraulicky stabilní poměry v tepelné síti. U výměníků používaných v předávacích stanicích tvoří teplosměnnou plochu svazky trubek kruhového průřezu, nebo dnes velmi často požívané deskové výměníky tepla, které vykazují menší rozměry k stejnému množství předaného tepla, než výměníky trubkové. Další výhodou výměníků je vhodnost jak pro vodní tak i pro parní primární sítě. Centrální předávací stanice Do centrální předávací stanice, která slouží vždy jen pro jeden, nebo více objektů, je přivedeno horkovodní potrubí (z primární sítě). V případě, kdy je předávací stanice určena pouze pro jednu budovu, je uváděn také název objektová předávací stanice (obr.2 ). V objektové předávací stanici je přes výměník tepla upravena teplota topné vody dle ekvitermní křivky a současně je přes další výměník tepla ohřívána studená voda na teplou vodu. Ta je rozváděna po objektu a současně přes cirkulační potrubí přiváděna zpět do předávací stanice k dohřívání. Zařízení může být doplněno pro pokrytí odběrových špiček o zásobník teplé vody.
Obr. 2: Objektové předávací stanice Bytové předávací stanice Pro nejkomfortnější způsob dodávky tepla se v posledních letech u nové bytové výstavby a u rekonstrukcí bytových domů používají bytové předávací stanice ( obr.3 ). Celá budova je připojena k primární horkovodní síti přes transformační stanici. Topná voda je z transformační stanice rozváděna v objektu až k jednotlivým bytům. Teprve v každém z bytů je připravována teplá voda a regulována topná voda dle potřeb uživatele bytu. Byty jsou opatřeny vlastním poměrovým měřením odebraného tepla. Velikost potřebného prostoru pro umístění technického zařízení je srovnatelná nebo menší než je velikost plynového kotle a zařízení může být umístěno ve stoupačkové šachtě, nebo řešeno plochým nástěnným provedením. Plně jsou tak splněny požadavky spotřebitele na individuální regulaci odebraného tepla.
Obr. 3 Bytové předávací stanice NÁVRH VYTÁPĚNÍ Návrh otopné soustavy Jelikož se varianty řešení liší pouze v domovních rozvodech tepla, bylo dimenzování otopné soustavy bytových jednotek pro všechny návrhy vytápění totožné. Při tvorbě návrhu otopné soustavy objektu, je vždy prvním úkolem spočítat jeho tepelnou ztrátu. Podrobný postup výpočtu stanovuje norma ČSN EN 12831, která nahradila starší normu ČSN 06 0210. V porovnání postupu výpočtu obou norem je rozdíl v konečné tepelné ztrátě menší než 2%. Tento rozdíl je zanedbatelný a stanovený postup výpočtu normou ČSN EN 12831 značně náročnější. Z těchto důvodů byl výpočet proveden dle normy ČSN 06 0210. Při výpočtu tepelné ztráty je potřeba znát rozměry a vlastnosti konstrukcí, kterými jsou prostory obestavené. K tomuto účelu bylo použito půdorysů jednotlivých pater, včetně zakótovaných rozměrů. Dalším krokem návrhu pak byla volba zdroje tepla a návrh propojení těchto soustav. Výpočet tepelné ztráty objektu dle normy ČSN 06 0210 Po konzultaci této otázky s firmou SYSTHERM bylo rozhodnuto, že z důvodu daného rozsahu práce, nebude tepelná ztráta všech bytů počítána, nýbrž se vybere pouze jeden vzorový byt, jenž bude uvažován jako univerzální. Výpočet tepelné ztráty byl proveden výpočtovou aplikací - Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN 06 0210, která je k dispozici na webových stránkách www.tzb-info.cz. Celková tepelná ztráta zvoleného bytu je 6 kW. Bytová předávací stanice, která bude použita a je uvedena níže, je konstruována tak, aby umožnila nastavení výkonu v rozsahu 0 – 15 kW. Tento rozsah výkonu plně uspokojí potřebu tepla všech bytů v domě.
Dimenzování potrubí rozvodů tepla v bytě Pro rozvody UT je zvolena varianta dvou měděných trubek o světlém průměru 15 mm. Potrubí rozvodů je tepelně izolováno a uloženo v podlaze. Uložením v podlaze dosáhneme úspory místa a nenarušení estetického vzhledu místnosti. Teplota topné vody je 75/55 °C. Rozvody tepla byly projektovány pomocí programu AutoCAD. Dimenzování otopných těles V této práci byla zvolena desková otopná tělesa české společnosti KORADO, která nabízí velikou škálu otopných prvků prvotřídní kvality. Na webových stránkách firmy KORADO je k dispozici výpočetní software pro dimenzování otopných těles, která jsou v nabídce této společnosti. Tento software byl při dimenzování otopných těles použit. Filozofie programu KORADO plně respektuje moderní teorie návrhu otopných těles. Program prioritně provádí automatický návrh otopných těles podle zadaných vstupních podmínek. Pro návrh otopných těles v jednotlivých místnostech musí projektant znát jejich tepelné ztráty a tyto tepelné ztráty jsou vstupními hodnotami programu. Navržená otopná tělesa mohou být oceněna. Pro společné užitné prostory domu, jako jsou chodby, sklepy, komory atd. bylo vybráno deskové otopné těleso Korado Radik Klasik, pro místnosti bytů deskové těleso Korado Radik VP (ventil kompakt) a pro koupelny trubkové otopné těleso Korado Koralux Rondo – M. Pro správnou regulaci teploty vzduchu v místnosti je nutné osadit otopná tělesa termostatickou hlavicí. Pro přímou montáž se použije termostatické hlavice HEIMEIER WK . Z hlediska ekonomického srovnání návrhů variant vytápění, nebude hrát soustava otopných těles a rozvodů tepla bytu žádnou roli. V obou případech bude soustava totožná a tedy i ekonomické náklady budou stejné. Je ovšem nezbytně nutné znát tepelnou spotřebu bytu. Celkový instalovaný výkon všech otopných těles je 6,6 kW. Domovní rozvody tepla a jejich napojení na CZT Projektování rozvodů tepla je velmi náročné na výpočet hydrauliky potrubí. Musí se zohlednit průtoky médii ale i tlakové ztráty potrubí, tvarovek a T-kusů ve všech větvích. U obou variant domovních rozvodů tepla je použito ocelové potrubí. Rozvody tepla byly projektovány pomocí programu AutoCAD.
Varianta I - bytové předávací stanice: Pro výpočet a návrh hydrauliky rozvodů tepla s bytovými předávacími stanicemi byl firmou SYSTHERM dodán software BJCal. Po zadání topologie systému domovních rozvodů tepla a nastavení parametrů jednotlivých bytových stanic je spuštěn návrh. Program vyhledá hydraulicky nejvzdálenější místo a pak zpětně navrhne parametry zdroje. Podle potřebných průtoků se navrhnou dimenze rozvodů a přepočítají dispoziční tlaky na jednotlivých místech.
Obr. 4: Síť rozvodů v programu BJcal
Po provedení výpočtu je výstupem programu schéma zapojení a soupis materiálu, včetně přibližné cenové kalkulace. Schéma zapojení je soubor ve formátu *.dwg , určené pro program AutoCAD, které určuje přesné umístění stanic, DN rozměry a udává informace o průtocích teplonosného média. Schéma také uvádí parametry zdroje. Soupis materiálu je soubor ve formátu *.doc, určený pro textové editory. Cenová kalkulace obsahuje pořizovací náklady na potrubí, izolace, tvarovky, t-kusy, předávací stanice a také náklady na montáž veškerého materiálu. Připojení domu na CZT je provedeno pomocí transformační stanice Sympatik VNV CH 214 kW, DHW – kW s výtlačným tlakem 27.1 kPa. Schéma zapojení transformační stanice je na obr.5.
Obr. 5: Schéma zapojení transformační stnice Sympatik VNV CH 214 kW, DHW – kW Bytové jednotky jsou na domovní rozvody napojeny prostřednictvím bytových předávacích stanic SYMPATIK BJ-EQ (obr.6). SYMPATIK BJ-EQ tlakově závislé předávací stanice tepla jsou konstruovány pro individuální regulaci tepla, pro vytápění a přípravu teplé vody bytech bytových domů, které jsou vybaveny domovní kotelnou, nebo jsou napojeny pomocí transformační předávací stanice tepla na dálkový rozvod tepla. Součástí stanice je také měření spotřebované tepelné energie a studené vody. Provoz stanic je hospodárný a nezatěžuje životní prostředí. Výkon stanice je plynule regulovaný v rozsahu cca 10 – 100 % a přizpůsobuje se dle potřeb objektu v závislosti na tepelných ztrátách. Vysoký technický standard zajišťují použité špičkové komponenty od předních světových výrobců.
Obr. 6: Bytová předávací stanice SYMPATIK BJ-EQ Varianta II - domovní předávací stanice Při návrhu domovních rozvodů s objektovou předávací stanicí se vyšlo z výše uvedeného výpočtu hydrauliky programem BJcal, pouze s tím rozdílem, že namísto třech trubek – UT a studené vody se bude rozvádět o dvě potrubí navíc. A sice teplá voda a její cirkulace. Snížení průtoku v UT se zanedbalo. Dům je na primární síť CZT připojen prostřednictvím objektové předávací stanice Sympatik VNV CH 100 kW, DHW 93 kW (obr.7) o výtlačném tlaku 37,1 kPa.
Obr. 7: Předávací stanice Sympatik VNV CH 100 kW, DHW 93 kW
EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ V ekonomickém zhodnocení nejsou uvažovány otopné soustavy bytů, jelikož jsou pro obě varianty shodné. Investiční náklady Varianta I - bytové předávací stanice: Materiál 53 501,90 Kč Montáž 130 836,40 Kč BPS (17ks) 425 000,00 Kč Transformační stanice+regulace 190 000,00 Kč Cena celkem 799 338,30 Kč
Varianta II - domovní předávací stanice: Materiál 78 118,45Kč Montáž 103 997,40Kč Objektová stanice+ regulace Cena celkem
V- I V - II Rozdíl :
240 000,00 Kč 422 115,85Kč
799 338,30 Kč - 422 115,85 Kč 377 222,45 Kč
Provozní náklady V provozních nákladech je zahrnuta spotřeba elektřiny čerpadel. Cena je vypočtena z průměrné ceny 4,65 Kč/kWh Varianta I - bytové předávací stanice: Transformační stanice 3 421,66 Kč/rok BPS (17 ks) 4 054,24 Kč/rok Cena celkem 7 475,90 Kč/rok V- II V-I Rozdíl :
Varianta II - domovní předávací stanice: Objektová stanice Cena celkem
10149,02Kč/rok 10149,02 č/rok
10 149,02 Kč/rok - 7 475,89 Kč/rok 2 673,13 Kč/rok
Návratnost Varianty I BPS je 141 let ZÁVĚR Přestože je varianta I BPS finančně náročnější, musíme přihlédnout k jistým výhodám tohoto řešení, které se dají jen obtížně vyčíslit. Tyto výhody jsou: – Individuální možnost regulace Obecně lze říci, že rozdíl jednoho stupně celsia v místnosti, činí přibližně rozdíl 3% v nákladech na vytápění – Přesné rozúčtování nákladů na dodané teplo – Uživatelský komfort Přesto úspora investic 47 % u varianty II –domovní předávací stanice je významná a je jistě přijatelnější volbou pro běžné uživatele. Náročnější uživatelé kteří by chtěli uspokojit své požadavky individuální regulace a komfortu zvolí variantu I - BPS, musí ovšem počítat s vyššími náklady, které se mohou časem, při správné regulaci, alespoň částečně zaplatit. LITERATURA [1] Vávra P. a kol ;Strojnické tabulky pro SPŠ strojnické; Praha;SNTL;1983 [2] Leinveber J.,Vávra P.;Strojnické tabulky; Úvaly;2003 [3] M.sazima,V.Koníček,J.Schneller a kol.;Teplo;Praha;SNTL;1989 [4] J.Urbánek,R.Hromek,V.Sinkule;Teplárenství;Plzeň;VŠSE;1990 [5] J.Šesták,R.Žitný;Tepelné pochody II;Praha;ČVUT;2000 [6] K.Brož;Zásobování teplem;Praha;ČVUT;2002 [7] Norma ČSN 06 0210 [8] Norma ČSN 73 0540-3 WEB [9] www.systherm.cz [10] www.ipplc.cz [11] www.fsid.cvut.cz/cz/u218/peoples/hoffman/PREDMETY/ZSVZ/Fotografie.htm [12] www.tzb-info.cz [13] www.korado.cz
