Návrh optimálnych distribučných systémov teplej vody pre bytové budovy

Úvod

Vnútorný vodovod je jedným z rozhodujúcich článkov v systéme zásobovania budov vodou. Jeho optimálny návrh prináša úsporu vody, energie a zaručuje ekonomickú prevádzku vodovodu vrátane údržby.

Neustále stúpajúce ceny energií, médií a zariadení spôsobujú nárast nákladov spojených s užívaním bytov. Vzhľadom na skutočnosť, že z celkových prevádzkových nákladov významnú časť tvoria náklady na prípravu a distribúciu teplej vody (prevažne spotrebu energie), opatrenia smerujúce k optimalizácii jej prípravy a distribúcie pri zachovaní užívateľského komfortu majú mimoriadny celospoločenský význam.

Návrh a posúdenie distribučných systémov TV v bytových budovách

Pri návrhu distribučného systému TV v budove je potrebné zohľadniť účel objektu a spôsob jeho prevádzkovania. V bytových budovách má veľký vplyv aj veková a sociálna štruktúra obyvateľov. Je nutné dodržať požiadavky na kvalitu TV a zohľadniť investičné náklady, prevádzkové náklady a dosiahnutý komfort bývania.

Distribučný systém TV môže byť v bytovej budove prevedený ako:

• Systém bez distribučného rozvodu TV. TV je pripravovaná v prietokovom ohrievači umiestnenom priamo v mieste odberu nad (resp. pod) zariaďovacím predmetom. Pri ekonomickom posudzovaní je uvažované len s distribučným rozvodom studenej vody v celom objekte.
  
  
• Systém s distribučným rozvodom TV bez zabezpečenia požadovanej teploty TV v rozvodnom potrubí (bez cirkulácie TV). TV je pripravovaná v zásobníkovom (prietokovom) ohrievači inštalovanom priamo v byte v blízkosti zariaďovacích predmetov a je distribuovaná rozvodným potrubím k odbernému miestu. Pri ekonomickom posudzovaní je uvažované s distribučným rozvodom studenej vody v celej budove a rozvodom TV v bytoch.
  
  
• Systém s distribučným rozvodom TV so zabezpečením požadovanej teploty TV v rozvodnom potrubí (s cirkuláciou TV). TV je pripravovaná v zásobníkovom (prietokovom) ohrievači inštalovanom na začiatku distribučného rozvodu TV v objekte a je distribuovaná rozvodným potrubím do jednotlivých bytov k odbernému miestu. Zabezpečenie požadovanej teploty TV v rozvodnom potrubí je zabezpečené cirkulovaním TV a jej opätovným dohrevom v ohrievači vody. Zabezpečenie požadovanej teploty TV v rozvodnom potrubí môže byť zabezpečený aj ohrievaním potrubia samoregulačnými elektrickými ohrevnými káblami. Dohrev TV môže byť neprerušovaný, alebo prerušovaný.

Pri návrhu a posudzovaní technicky a ekonomicky optimálneho distribučného systému je nutné predpokladať rovnaké okrajové podmienky. Popis jednotlivých posudzovaných distribučných systémov je uvedený v tabuľke 1.

Tabuľka 1: Charakteristika posudzovaných distribučných systémov TV

Z technického hľadiska je potrebné v distribučnom systéme zabezpečiť menovitý výtok vody podľa STN 73 6655 [1] pre batériu umývadlovú a drezovú q = 0,2 l/s a pre batériu vaňovú q = 0,3 l/s. Podľa STN 73 6655 [1] musí byť uvedená hodnota menovitého výtoku použitá pri dimenzovaní potrubia studenej vody aj TV.

Okrajové podmienky spracované pri návrhu distribučného systému sú nasledovné:

• teplota TV na začiatku distribučného systému je 55°C,
• teplota TV pri najvzdialenejšom odbernom mieste je 50°C,
• teplota okolia rúr je navrhnutá 20°C,
• tepelná vodivosť tepelnej izolácie λ = 0,04 W/(m.K),
• materiál potrubného rozvodu - oceľové závitové pozinkované rúry,
• spotreba TV na 1. obyvateľa je 17,28 m³ za rok,
• v jednom byte je uvažované s bývaním 3. osôb,
• v jednom byte je nainštalované 1. umývadlo, 1 drez a 1. vaňa

Pre jednotlivé posudzované distribučné systémy uvedené v tabuľke 1. v bytových budovách s počtom bytov 1 až 16 bol vypočítaný pre každú bytovú budovu:

• objem zásobníkového ohrievača vody podľa [2]
• množstvo tepla potrebné na ohrev vody podľa [2],
• množstvo tepla, ktoré sa šíri z povrchu zásobníkového ohrievača vody,
• spotreba elektrickej energie (resp. plynu) na výrobu tepla,
• investičné náklady (podľa platných cenníkov k mesiacu jún 2005),
• prevádzkové náklady bez nákladov na energiu a vodu 3 ,
• náklady na vodu a energie (podľa platných cenníkov VSE a SPP k mesiacu jún 2005).

Návrh optimálnych distribučných systémov TV v bytových budovách

Pri návrhu optimálneho distribučného systému TV je potrebné brať do úvahy investičné náklady, prevádzkové náklady, náklady na energiu, náklady na vodu, charakter bývania a komfort bývania. Pri zohľadnení komfortu bývania môže byť navrhnutý ako optimálny distribučný systém TV aj taký, ktorý nie je z ekonomického hľadiska najvýhodnejší. Porovnaním vypočítaných investičných, prevádzkových nákladov a nákladov na energiu a vodu jednotlivých distribučných systémov TV uvedených v tabuľke 1 je možné navrhnúť optimálny systém distribúcie TV v bytových budovách. Porovnanie celkových nákladov jednotlivých distribučných systémov v prepočte na jeden byt je znázornené na obrázku 1.

Najvýhodnejší systém z hľadiska investičných a prevádzkových nákladov je systém s centrálnou prípravou TV mimo objektu (boli použité ceny tepla v meste Košice). Pri tomto systéme je uvažované s cenou rúr a jej tepelnej izolácie v objekte. Cena rozvodov TV mimo objektu ako aj zariadenia na jej prípravu je zahrnutá v cene dodávanej energie a vody.

Najnevýhodnejší systém je z hľadiska investičných a prevádzkových nákladov systém s prietokovým elektrickým ohrevom TV. Uvedený systém je možné použiť v jednobytových budovách (rodinných domoch), kde ohrievač vody vzhľadom na jeho dostatočný elektrický výkon bude zásobovať viacej zariaďovacích predmetov sústredených blízko seba a kde nebude možné zabezpečiť dohrev TV v zásobníkovom ohrievači v krátkom požadovanom čase z prevádzkových dôvodov.

Z porovnania rôznych distribučných systémov TV z hľadiska celkových ročných nákladov na byt zobrazenom na obrázku 1 je zjavne ekonomicky najvýhodnejší distribučný systém s lokálnou prípravou TV a následne s ústrednou prípravou TV v plynovom zásobníkovom ohrievači vody. Lokálna príprava TV (ZOTV-PL) je vhodná prevažne do bytových budov s 1. až 4. bytmi, kde TV je pripravovaná osobitne v jednotlivých bytoch. Straty tepla v rozvodoch tvoria z celkových ročných nákladov približne 0,35%.

Pre budovy s 5 a viac bytmi je z technického hľadiska potrebné ohrievať TV v zásobníkovom ohrievači vody teplonosnou látkou privedenou z vykurovacieho kotla na plynné palivo. Štandartne sa málo vyrábajú 250 a viac litrové zásobníkové ohrievače na plynné palivo. Vykurovací kotol môže slúžiť zároveň aj na vykurovanie objektu.

Pri navrhovaní distribučného systému TV v novej bytovej budove s viac ako 5 bytmi sa javí z ekonomického a technického hľadiska pri dodržaní všetkých okrajových podmienok distribučný systém s ústrednou prípravou TV so zdrojom na plynné palivo s cirkuláciou TV (UPTV-PL). Straty tepla v rozvodoch pri použití cirkulácie TV tvoria z celkových ročných nákladov približne 10%.

Obrázok 1: Porovnanie rôznych distribučných systémov TV z hľadiska celkových ročných nákladov na byt

Udržiavanie predpísanej teploty TV samoregulačným termokáblom (UPTV-PL+TK) je drahšie o 19% oproti systému TV cirkuláciou, čo je spôsobené zvýšenými investičnými a prevádzkovými nákladmi.

V bytových budovách s počtom viac ako 10 bytov sú investičné náklady najnižšie a predstavujú približne 7% z celkových nákladov. Z analýzy vyplýva, že v bytových budovách s 10 a viac bytmi (UPTV-PL) sú celkové náklady najnižšie.

Ekonomická efektívnosť distribučného systému

Ekonomická efektívnosť distribučného systému s ústrednou prípravou TV s cirkuláciou TV so zdrojom na plynné palivo pri porovnaní s distribučným systémom s centrálnou prípravou TV mimo objektu je vypočítaná podľa 5. Vypočítaná čistá dynamická súčasná hodnota NPV_D (Net Present Value) (vzorec 1) nám zohľadňuje mieru zvyšovania cien energie a infláciu. Vo výpočte je zohľadnený aj rozdielny rast investičných nákladov a cien energie.

Vzhľadom na skutočnosť, že čistá súčasná hodnota pre bytovú budovu so 16. bytmi vyšla v každom uvažovanom prípade kladná (obrázok 2) je možné konštatovať ekonomickú výhodnosť distribučného systému s ústrednou prípravou TV na plynné palivo v budove.

Obrázok 2: Znázornenie analýzy citlivosti nákladov distribučného systému s prípravou TV
v zásobníkovom ohrievači vody na plynné palivo určenom pre 16 bytov.

Záver

Z posudzovania jednotlivých distribučných systémov, ktoré boli navrhnuté pre rovnaké okrajové podmienky je z technického a ekonomického hľadiska pre jednobytové až štvorbytové budovy najvhodnejší distribučný systém s lokálnou prípravou TV v zásobníkovom plynovom ohrievači vody (ZOTV-PL), ktorý je inštalovaný v blízkosti odberných miest.

Pre bytové budovy s viac ako 5. bytmi je najvhodnejší distribučný systém s ústrednou prípravou TV v plynovom zásobníkovom ohrievači vody s cirkuláciou TV. V bytových budovách s 10. a viac bytmi (UPTV-PL) sú celkové ročné náklady najnižšie.

Pre bytové budovy situované v mestách, kde je centralizovaná príprava TV mimo objekt už zrealizovaná, je potrebné previesť modernizáciu systému. Pri modernizovanom systéme a súčasných cenách je CPTV drahšia od systému UPTV-PL približne o 10%.

Literatúra:

[1] STN 73 6655 - Výpočet vnútorných vodovodov
[2] STN 06 0320 - Ohrievanie úžitkovej vody.
[3] DAHLSVEEN T., PETRÁŠ D.: Energetický audit budov, Jaga group, s.r.o., Bratislava 2005
[4] KALAŠ Juraj, KAPALO Peter: Analýza efektívnosti realizácie decentralizovanej prípravy teplej úžitkovej vody v okruhu odovzdávacej stanice OST541, Stavebná fakulta, TU Košice, KTZB, Košice, 2002
[5] BOSZORMÉNYI Ladislav, BOSZORMÉNYI Gabriel: Hybridný paroplynový zdroj s geotermálnou podporou, Košice, 2003