Тенденция към модернизация на отоплителните системи в многофамилни жилищни сгради

Дейностите по обновяване на отдаваните под наем сгради от жилищния фонд постоянно нарастват. Това се дължи на множеството застаряващи сгради и съзнателното отношение към потреблението на енергия. Икономията на енергия, намаляването на разходите за експлоатация и изискванията за по-добър комфорт са главните движещи сили в този процес.

В настоящата статия се описва процеса на модернизация на един жилищен комплекс, който първоначално е бил оборудван с еднотръбна система. Сградите са собственост на кооперативното жилищно сдружение SAB в Сьондерборг, Дания.

Ян Ерик Торсен, Данфосс Топлофикационна автоматика Нордборг, Дания, +45 7488 4494 jet@Danfoss.com
Хенинг Кристенсен от кооперативното жилищно сдружение SAB в Зьондерборг, Дания
Херман Бойсен
, консултант, Данфосс Топлофикационна автоматика

Проектът за обновяване включваше:
– Подобряване на изолацията на сградите;
– Смяна на дограмата за постигане на по-висок клас на енергийна ефективност;
– Модернизиране/подмяна на системата за отопление и битова гореща вода (БГВ);
– Модернизация на кухните и баните.

За да се сведат до възможния минимум бъдещите експлоатационни разходи, специално внимание бе отделено на разходите за отопление и БГВ, и свързаните с тях загуби от разпределението. За постигане на добър общ резултат много важно беше да се вземе правилното решение, така че да се удовлетворят индивидуалните потребности и желанията на заинтересованите лица.

Обикновено факторите за избор на решение са:
– Стандарти и нормативни документи;
– Енергийните доставчици. В този случай Топлофикация Сьондерборг;
– Желанията и изискванията на собствениците на сградите;
– Желанията и изискванията на обитателите.

Фиг. 1: Съществуваща еднотръбна инсталация с централно подаване на битова гореща вода

Фиг. 2: Алтернативни типове системи

Стандарти и нормативни документи;

Приложимите стандарти и нормативни документи са:
– Строителните нормативи, определящи изискванията за изолация и индивидуално измерване на енергията;
– Стандартите за системите за БГВ, определящи изискванията за капацитет и предотвратяване на развитието на бактерии;
– Стандартите, касаещи системите за жилищно отопление.

Енергийният доставчик
Ако доставчик на енергията е топло-фикационната система, типичните изисквания са:
– Тип допустими системи. Освен това, използването на топлообменници;
– Максимално допустима връщана температура както за системата за отопление, така и за БГВ;
– Максимално ΔP или ограничение на дебита в системата.
Желания и изисквания на собствениците на сградите
– Ниска цена на системата;
– Съвременна енергийна и екологична система;
– Ниски разходи за поддръжка;
– Минимална опасност от развитие на бактерии в системата за битова гореща вода;
– Ниски експлоатационни разходи;
– Минимално пространство, необходимо за системата;
– Защитни функции;
– Дълъг експлоатационен живот на системата.

Желания и изисквания на обитателите
Ако обитателите могат да окажат влияние при избора на система, типичните им желания и изисквания биха могли да бъдат:
– Опростена експлоатация и настройка;
– Възможност за индивидуално отчитане на разхода на енергия, битова гореща вода и електроенергия;
– Добър външен вид, ако не е скрита в шкаф например;
– Защитни функции;
– Достатъчно и комфортно отопление и снабдяване с БГВ.

Съществуващата система в сградите на SAB
Системата първоначално е била еднотръбна инсталация за отопление и централна система с бойлер за подаване на БГВ с хоризонтално и вертикално разпределение. Системата е свързана към топлофикационната мрежа. Този вид система обикновено не е в състояние да постигне изискванията за ниска връщана температура в топлофикационната мрежа.

Въпреки факта, че възвратният тръбопровод на системата води до долния студен край на бойлера за БГВ, охлаждането на топлофикационната вода не постига необходимата ниска температура на връщаната вода. Избор на алтернативна система.

За да се изпълнят изискванията за ниска връщана температура посочени в правилника за топлофикация, системата трябваше да бъде преработена в двутръбна инсталация. Освен това, налице бе желание да се сведат до минимум топлинните загуби от разпределителните тръбопроводи.

Предвид на това бяха разгледани следните възможни системи:
1. Централно подаване към няколко блока.
2. Централно подаване в отделен блок.
3. Централно подаване от стълбищната клетка.
4. Система с апартаментни абонатни станции.
Посочените системи по различни начини децентрализират системите за БГВ и отоплителната система, вижте фиг. 2.

При типа системи 1 – 3 е показана индиректно свързана отоплителна инсталация и инсталация за подаване на БГВ посредством проточен топлообменник за БГВ (фиг. 3).

Алтернативно решение на това може да бъде директно свързана система с централно разположен смесителен контур с компенсация по външната температура. Системата за БГВ може да бъде със зареждащ бойлер както е показано на фиг. 3.

Фиг. 3: Двутръбна отоплителна система с алтернативни типове централна инсталация

Индиректно свързана система с проточен топлообменник за осигуряване на БГВДиректно свързана система с проточен топлообменник за осигуряване на БГВДиректно свързана система със зареждаща система с бойлер за БГВ

Централно подаване към един или повече блокове

Централното подаване към един или повече блокове често бива избирано поради:
– Централното регулиране на дебита и температурата;
– Възможността за оптимизация на работното състояние;
– Възможността за оптимизация на разходите за експлоатация и поддръжка на системата.

Централно регулиране на дебита и температурата:
При системи с централно разпределение е лесно да се проверят условията на подаване и при необходимост да се направят корекции чрез усилване или ограничаване. Оптимизация на работното състояние, разходите за експлоатация и поддръжка на системата.

При система с централно разпределение е лесно да се получи информация за работното състояние и разходите, а по този начин и за необходимостта от техническо обслужване.

Част от неудобствата на централното разпределение са:
– Относително високите топлинни загуби от разпределителните тръбопроводи;
– Рискът от развитие на бактерии в системата за битова гореща вода;
– Необходимостта от балансиране на потока в разклоненията, както на отоплителната, така и на системата за битова гореща вода;
– Ограничената възможност за индивидуално оптимизиране на условията в жилищата;
– Ненадеждната и сложна система за отчитане и изчисляване на сметките за индивидуалното потребление в жилищата.    Относително високи топлинни загуби от разпределителните тръбопроводи.

При системата с централно разпределение има 4 подаващи тръбопровода, от които могат да възникнат топлинни загуби. Колкото по-разклонена и системата, толкова по-високи ще бъдат загубите на топлинна енергия.

Опасност от развитие на бактерии в инсталацията за БГВ
Най-обсъжданият риск при системите за снабдяване с битова гореща вода е възможността за поява и развитие на бактерии Легионела. Опитът показва, че температурата на горещата вода трябва да бъде >55 °С, за да се избегне развитие на бактерии Легионела.

Опасността от развитие на бактерии Легионела най-често се проявява в застояли води и в тръби с ниска степен на водообмен. Развитието на бактерии Легионела може да се намали чрез избиране на системи с проточен топлообменник, вместо системи с бойлер за подаване на БГВ.

Също така, правилното използване на баланс вентили в тръбопроводите за циркулация на системата за БГВ ще предотврати застояването на водата в инсталацията и ще намали риска от развитие на бактерии.

Германската наредба DVGW съдържа едно техническо правило (W551 глава 5.2.1), според което температурата на горещата вода трябва да бъде минимум 60 °C при централни системи с обем на водата >3 литра във вторичната тръбопроводна инсталация. При системи, в които обемът на вторичния тръбопровод е под 3 литра обаче не се посочва конкретно изискване за температурата. За Ваша информация, обемът на водата в тръба с вътрешен диаметър 12 мм съответства приблизително на 26 м дължина на тръбата. Балансиране на потока в разклоненията и щранговете на отоплителни и БГВ инсталации

Системите с централно разпределение се нуждаят от внимателно хидравлично балансиране на циркулиращата вода в цялата система. Балансирането на водния поток осигурява равномерна температура и поток в цялата система. Старателното балансиране на цялата система е една скъпо струваща процедура, освен ако не се монтират автоматични баланс вентили.

Ограничена възможност за индивидуално оптимизиране на условията в жилищата
При система с централно разпределение възможностите за оптимизация на работните параметри в отделните жилища са ограничени.    Ниската степен на охлаждане на един радиатор в жилището може да доведе до това да не могат да се постигнат предвидените показатели поради дисбаланс.

Система за отчитане и изчисляване на сметките за индивидуалното потребление в жилищата
Според нормативните документи в някои страни потреблението на топлинна енергия, битова гореща вода и електроенергия трябва да се отчита индивидуално за всеки потребител. Ако в жилищата не са инсталирани децентрализирани измервателни уреди, отчитането, изчисляването и дяловото разпределение на потреблението се усложнява. Един от начините да се извършва това е потреблението да се изчислява въз основа на показанията на уреди за измерване на изпарението, монтирани на отделните радиатори и водомери на подаващите тръбопроводи в отделните жилища.

Фиг. 4: Алтернативни топлоподаващи системи

Фиг. 5: Сравнение на разходите за обекта в Орхус, традиционна система сравнена с апартаментни абонатни станции.

Фиг. 6: Избраната система с апартаментни абонатни станции

Използва се също и разпределение на база площта на жилището или броя на обитателите в жилищата. Това обаче не е надежден начин за изчисляване на потреблението и този метод на дялово разпределение не насърчава обитателите да пестят енергия така, както при индивидуално отчитане на изразходваната енергия.

При централното разпределение на топлинната енергия от стълбищната клетка стойността на регулиращото оборудване се увеличават, но за сметка на това споменатите недостатъци намаляват.

Сред тях са:
– Топлинните загуби от хоризонталните разпределителни тръбопроводи.
– Процедурата за хидравлично балансиране при пускане в действие значително се съкращава.

Системи с апартаментни абонатни станции
Апартаментната абонатна станция е ниско натоварено централно устройство за управление на отоплителна система, обикновено до PN10 и всяко жилище има самостоятелна системата за БГВ. Отоплителната система може да бъде обикновена радиаторна инсталация, подово отопление или комбинация от двете, с или без уред за компенсация по външната температура.

Системата за производство на БГВ обикновено е снабдена с проточен топлообменник.   

Централното захранване на система с апартаментни абонатни станции може да бъде ниско или високо натоварена топлофикационна система или система с котел. Обикновено станцията е снабдена с топломер за отчитане на топлинната енергия и водомер за отчитане разхода на студена вода.

С избирането на система с апартаментни абонатни станции се постигат следните преимущества:
– Ниски топлинни загуби от инсталацията в сградата, благодарение на намаления брой разпределителни тръбопроводи.
– Разстоянието от системата за БГВ до мястото на потребление обикновено е много малко, което означава че не е необходима система за циркулация на БГВ.
– Точно отчитане на потреблението. Това оказва благоприятно въздействие за пестене на енергия и вода.
– Възможност за индивидуална настройка на температурите на БГВ.
– Възможност за създаване на опростена функция за поддържаща температура през нощта посредством зонов вентил и часовников превключвател.
– В зависимост от приложението на системата не е необходимо допълнително хидравлично балансиране на системата. Системата е снабдена с ΔP регулатор или комбиниран регулатор на дебит и ΔP в инсталацията за отопление. В много случаи се избира контролер за БГВ с вграден ΔP регулатор.     Разчетът на разходите за една система в Орхус, Дания, вижте фиг. 5, показва, че инвестициите за система с апартаментни абонатни станции са равностойни с тези за традиционна система. Под традиционна система се има предвид такава с централно производство на БГВ и циркулация.

Избор на система
Във въпросния случай било взето решение еднотръбната система да бъде заменена с двутръбна система с апартаментни абонатни станции.
Главните аргументи за избиране на такова решение били:
– По-ниските топлинни загуби в системата;
– Лесно и сигурно отчитане на индивидуалното потребление;
– Висока степен на хидравличен баланс в цялата система;
– Удобна за ползване система, вследствие на възможностите за индивидуализация;
– Нисък риск за развитие на бактерии.

Данни от измервания в обекта на SAB
Модернизирането на разглежданата система е напълно завършено. За преценка в енергийно отношение бяха избрани 5 жилищни блока, тъй като те са били готови за по-дълъг период от време. Въз основа на измервания и сравнение на данните може да се даде преценка на влиянието върху разхода на енергия.

Фиг. 7: План за осъществяване на модернизацията

…20022003-20052005 …2009-20102010 …
Обикновена сградаОбновяване на сградатаСградата е обновенаИнсталиране на нова
система за отопление и БГВ
Цялостното обновление е завършено
Еднотръбна системаСмесена система с една и две тръбиДвутръбна система

 

Фиг. 8: Потреблението на енергия в 5 блока се измерва от топломер М2

Данните за потреблението на енергия, използвани за сравнението се базират на показанията отчетени от топломерите на топлофикационното дружество през периода 2005 – 2010 година. Разходът на енергия бе коригиран по ден-градус, така че да е представителен за една нормална в климатично отношение година в Дания. Модернизацията на сградата е била осъществена по графика от фиг. 7.

Съгласно този график обновлението на сградата е приключило през 2005 год. Модернизацията и подмяната на системата за отопление и БГВ започва в началото на 2009 г. и приключва до 2010 год. Направено е сравнение за отчитане на ефекта от модернизацията на системата за отопление и БГВ върху разхода на енергия за периода 2005 – 2008 год. и за 2010 година.

От фигура 9 може да се види, че връщаната температура е спаднала от около 65 оС до прибл. 34 оС след модернизацията на системата.    Това се дължи на преминаването от еднотръбна към друтръбна система с апартаментни абонатни станции.

Икономия на енергия
След обновяването на системата става възможно да се постигне икономия на енергия от около 30% на година. Ако се вземе предвид само летния сезон, то икономията на енергия е прибл. 40 %. Вижте фиг. 10.

Заключение
Основният проблем при захранващата система на комплекса на SAB бе, че:
1. Отоплителната система трябваше да изпълнява изискването на доставчика на топлинна енергия за ниска връщана температура.
2. Хоризонталните разпределителни тръби заедно с централната захранваща система се намираха в сутерена, а това водеше до твърде висока температура в това помещение и съответно до доста по-високи топлинни загуби.
3. Възприетата система за начисляване на сметките бе твърде сложна и не много надеждна.

За постигане на цел № 1 обновяваната система трябваше да бъде заменена с двутръбна отоплителна система.

Следващият момент в дискусията бе да се направи избор между система с апартаментни абонатни станции и система с подаване от стълбищната клетка. С оглед на системата за отчитане на потреблението и от гледна точка на икономията на енергия, бе избрана системата с апартаментни абонатни станции. При система с апартаментни абонатни станции можеше да се въведе най-добрата система за отчитане и в същото време обитателите щяха да имат по-големи поведенчески възможности да контролират своето потребление.

Измерванията показаха годишна икономия на енергия от 30%, дължаща се на:
– Подмяната на еднотръбната система с двутръбна;
– Премахването на централната абонатна станция и системата за пречистване на вода в сутерена.

Съответни температури

Фиг. 9: Подавани и връщани температури по време на процеса

Енергийно потребление

Фиг. 10: Разход на енергия и икономии

– Отстраняването на разпределителната система за БГВ в сутерена и на част от вертикалните тръби в стълбищните клетки.
– Премахването на централната система с бойлер за БГВ и системата за пречистване на водата, което значително намалява разходите за техническо обслужване.

Икономията на енергия от общо 30%, постигната от SAB включва:
– 8 % от намаляването на броя на разпределителните тръбопроводи;
– 10 % от избягването на топлинните загуби от централната абонатна станция;
– 12 % от увеличеното съзнателно отношение и съответното поведение на потребители спрямо разхода на енергия.

Реакцията на обитателите спрямо въвеждането на тази система бе, че те оцениха възможността да контролират своето собствено потребление и се приспособиха към това. Намаляването на разходите за потребление също бе посрещнато с голямо одобрение.

Обобщение
Концепцията с апартаментни абонатни станции е съобразена с изискванията на бъдещето за високоефективни в енергийно отношение инсталации. Случаят с жилищния комплекс SAB ясно доказва това.

За повече информация и контакти – www.bg.danfoss.com


 

Вижте също...