Daljinsko ogrevanje

 

Pod daljinsko ogrevanje razumemo sistem, v katerem proizvajamo toploto na osrednjem mestu, katero po obsežnem cevnem omrežju vodimo do oddaljenih uporabnikov. Prvi poskusi segajo že več kot 100 let nazaj. Prednost daljinskega ogrevanja je predvsem zaradi manjšega onesnaževanja zraka, zaradi česar dobiva tudi vse večji pomen. Razlikujejo se glede na vrsto odjemalcev in načina proizvodnje toplote.

Pri blokovnem ogrevanju je oskrba na relativno majhnem področju. Planirana je za potrebe ogrevanja in sanitarne tople vode in v tem smislu ni načrtovana za širitev. Pri uporabi dizelskega motorja lahko dodatno proizvajamo električno energijo.

Toplarna (ali termoelektrarna) je običajno na robu območja pokrivanja. Vsaka stavba, na primer vsak dom je priključen na osrednji in se ogreva izključno z daljinskim ogrevanjem. Izvedba je, bodisi kot ogrevanje s toplo ali vročo vodo do 120 °C. Na splošno pa ni potreben stalen nadzor. Če so uporabniki lastniki naprave, ni v interesu ustvarjanje dobička. Stroški se porazdelijo na potrošnjo in uporabnike.

Proizvodno ogrevanje

Poleg energije za ogrevanje dobavlja tudi produkcijska toplota, bodisi kot para ali kot vroča voda.

Slika 1 – Shema, toplota – moč - povezava

Toplovodno ogrevanje

S toplovodnim ogrevanjem ogrevamo stanovanja, poslovne, proizvodne in javne objekte, vse na podlagi tržnih zakonitosti. Proizvodnja toplote in distribucijsko omrežje sta običajno zasnovana tako, da so omogočene tudi kasnejše dodatne priključitve na omrežje. V toplarnah se izključno proizvaja toplota za ogrevanje. V termoelektrarnah pa sočasno proizvajamo toplotno in električno energijo. Pridobljeno odpadno toploto pa izključno uporabimo za ogrevalne namene.

S tem povečamo učinkovitost sistema za približno 35 odstotkov. Pri soproizvodnji električne energije pa na 70 do 80 odstotkov (za proizvodnjo toplotne in električne energije, slika št. 1). Stroški za pridobljeno toploto so relativno nizki, toda razdelitev stroškov na uporabnike je vseeno visoka. Zato mora biti za uporabo zagotovljeno veliko število odvzemnikov (minimalno okoli 4 tisoč stanovanjskih enot). Daljinsko ogrevanje sestavljajo štiri enote in sicer:

- Termoelektrarna ali toplarna,

- Omrežje daljinskega ogrevanja,

- Hišna postaja (= predajno mesto + hišna postaja)

- Hišni sistem.

Glede na to, da lahko osrednjo dobavljeno toplo vodo uporabimo neposredno za ogrevanje v hišnem sistemu ali pa jo moramo za uporabo še predhodno pripraviti s pomočjo toplotnega menjalnika, govorimo o neposredni ali posredni priključitvi.

Uporaba daljinskega ogrevanja

Prednosti daljinskega ogrevanja v:

- zmanjšan  vpliv na okolje in boljša regulacija zgorevanja,

- povečano udobje (brez potrebnega posredovanja pri posameznem potrošniku),

- varčevanje s prostorom (predajna  postaja zavzame veliko manjši prostor kot lastna kotlovnica),

- velika zanesljivost (neposredno upravljanje in vzdrževanje).

Kot slabost:

- visoki naložbeni stroški (pri majhnem toplotnem odvzemu ni  gospodarno),

- odvisnost od dobavitelja daljinskega ogrevanja

Za gospodarno oskrbo z daljinskim ogrevanjem je treba še posebej izpolnjevati naslednja dva pogoja:

1. Zadostna neprepustnost

Izgradnja cevnega omrežja je bistveno najvišji  cenovni strošek.  Ugodno ceno pri daljinskem ogrevanju dosežemo samo, če je distribucija toplotne energije velika. To je še posebej pomembno v poletju, ko je zmanjšana potreba in ni ogrevanja. Za racionalno se šteje minimalna vrednost okoli 25 MW/km².  Pri  samostojnih hišah se to število doseže le pri hišah s slabo toplotno izolacijo. Drugačen je zgled pri zgradbah z višjo gostoto oziroma z boljšo toplotno izolacijo.

Na mestnem področju je mogoče pridobiti 40 do 45 MW/km². Najvišje vrednosti ležijo pri 100 MW/km². Še posebej zanimivi ali zaželeni so potrošniki, ki porabijo velike količine toplote v poletnih mesecih.

2. Presoja terena pri daljinskem ogrevanju

Pod tem razumemo, da je mogoče cevne razvode po ravnem in suhem delu na terenu izvesti kar se da preprosto, s krajšimi  priključnimi mesti in po bistveno ugodnejši ceni. Seveda pa je ptreba paziti, da ni podzemnih voda, ki še posebej negativno vplivajo na korozijo. Velik strošek pa predstavljajo razne prekinitve delovanja, iskanje okvar in popravila.

 

Slika št. 2 - Primer za potek temperaturo predtoka glede na zunanjo temperaturo

Iz izkušenj je poznano, da morajo uporabniki daljinskega ogrevanja računati tudi na težave, ki so najpogostejše  v začetni fazi.  Do raznih težav najpogosteje prihaja pri s posameznih centralnih ogrevanjih, še posebej, če dela niso izvedeno točno po navodilih lastnika omrežja.

 

Slika  3 – Krožno omrežje (zgoraj) za velike sisteme in spodaj, klasično razdelilno omrežje za srednje in manjše naprave.

Prenos toplote

Pri daljinskem ogrevanju najpogosteje uporabljamo naslednje medije:

Topla voda do 100 °C (po DIN 4751 del 2 in 4), večinoma za ogrevanje in pripravo tople vode. Možna je tudi uporaba temperature, na primer 90/60 °C  ali 100/60 °C. Prednost: dobra regulacija.

Vroča voda 100 do 120 °C (po DIN 4751 del 4), za ogrevanje, pripravo sanitarne tople vode in produkcijsko toploto.

Vroča voda preko 120 °C (po DIN 4752) za ogrevanje, pripravo sanitarne tople vode in produkcijsko toploto.

Prednosti vroče vode so predvsem zaradi predpostavke velikega temperaturnega razpona,

- manjše dimenzije cevi,

- nižja cena električne energije za pogon črpalk,

- nižji naložbeni stroški.

Para

Parni sistemi daljinskega ogrevanja se večinoma opuščajo zaradi problemov pri obratovanju oziroma uporabi. Novejši sistemi vse bolj temeljijo na obtoku vroče vode s temperaturo okoli 100 °C ali tople vode. Pri daljinskih ogrevanjih uporabljamo visokotlačno paro za delovanje od 2 do 15 barov. Slabosti pri tem so naslednje:

- slaba regulacija,

- visoka nevarnost korozije,

- težka izvedba cevnega omrežja (kondenzat),

- zaradi visoke temperature so tudi višje toplotne izgube.

Nizkotemperaturno daljinsko ogrevanje

Gospodarnost vira toplote in zmanjšanje toplotnih  izgub narekujeta uporabo čim nižje temperature vode v obtoku, vendar morajo biti nižji temperaturi prilagojene tudi naprave za ogrevanje v stavbah. Nizko temperaturno ogrevanje mora biti načrtovano pred izgradnjo. Ponekod, zlasti v Skandinaviji so postopoma preurejali sisteme na nižjo temperaturo.

Zelo smotrno je, kadar večji delež toplote potrebujemo za ogrevanje, reguliramo in prilagodimo temperaturo predtoka konkretno na zunanjo temperaturo. Primerljiva nastavitev je prikazana na sliki št. 2).

Razdelilno omrežje

Cevovodno omrežje je v glavnem položeno ob ali  v samo cestno omrežje. Glede na velikost in obliko oskrbovalnega področja se vgrajujejo v krožno omrežje ali klasično razdelilno omrežje (slika 3). Glavni cevni razvod razdeli toploto v posamezna področja.

Glavne razdelilne veje se najpogosteje delijo v pod sklope, od koder se vodijo manjše dimenzije cevnih priključkov do posamezne zgradbe (slika 4). Krožno (obročasto) omrežje se najpogosteje uporablja za obsežnejše naprave. Takšna izvedba je dražja od klasičnega razdelilnega omrežja, vendar je veliko varnejša v obratovanju.

Slika  4 - Osnovna struktura distribucijskega omrežja

Tlačno razmerje v toplovodnem omrežju

V cevnem omrežju so zelo pomembni veliki vodni raztezki in tlačni upori.  Zato so potrebne velike črpalne moči za kroženje vode. Poleg tega je najvišja tlačna razlika odvisna od oblike terena, ki nastane med najnižjo in najvišjo točko v omrežju.

Potrebna črpalna višina pri velikih napravah je zaradi lažjega delovanja narejena tako, da se črpalka vgradi v predtok in povratni vod. Vmes je "tlačno razmerje" za umirjanje tlaka. Primerjave so prikazane na sliki številka 5. K temu sledijo naslednja pravila:

Slika 5 – Tlačne razmere v daljinskem omrežju

Geodetska višina

Geodetska višina vode sega od gladine zajetja do gladine vodohrana preko nadmorske višine (NV, merjene v m) in je vsota  sesalne in tlačne višine ter jo imenujemo geodetska višina.

Umirjevalni tlak

Tudi tlačni mirovalni čas ali diktirani tlak je tlak, ki obstaja v distribucijskem omrežju, kadar je obtočna črpalka v mirovanju. To je v m in se v toplarnah uporabljajo s pomočjo tlačnega regulatorja. Mirovalni tlak je običajno višji od najvišje točke v zgradbi, ki jo ogrevamo.

V stolpnicah je pogosto to nemogoče, saj tukaj moramo pogosto namestiti črpalko za dvig tlaka. Iz varnostnih razlogov je vsekakor v teh primerih priporočljiv neposreden  priključek na ogrevanje preko toplotnega menjalnika (glej sliko št. 5 - hiša št. 3).

Instalacijski tlak je tlak predtoka in povratnega toka, ki ga dosežemo s pomočjo obtočne črpalke. Izhaja iz vsake točke omrežja in sicer: mirovalnega tlaka in črpalnega tlaka minus trenja v cevnem omrežju. Glede na toplotni odvzem je lahko obtočna količina vode različna in je tlak nihanja med P_{V max} in p_{V min}, na primer p_{R max} in p_{R min} (glej sliko št. 5). V velikih omrežjih najpogosteje vgrajujejo brezstopenjske hitrostne črpalke.

Črpalka za dvig tlaka v podpostaji.

Če je pri poznejši gradnji treba premagati bistveno večjo  višinsko razliko ali kadar so prisotni padci pri transportu energije (tlačna izguba v instalacijah) ni dovoljeno več nobeno dograjevanje oziroma razširjanje instalacije ter je treba vgraditi dodatno podpostajo s črpalko za zvišanje tlaka. S tem povečamo tlak v predtoku za dosego treba višine. Voda v povratnem toku ima v takšnem primeru velik padec, zato je treba, da se na koncu novega cevnega razvoda na povratnem toku vgradi tlačni ventil.

Armature za predajno postajo v blok izvedbi in toplarne pri neposrednem priključku

Obstaja skoraj toliko zamisli za hišno postajo (kombinacija od predajne postaje in hišne centrale), kot je daljinskih ogrevanj. Tukaj lahko uporabimo naprave, ki so skladne po DIN 4747 naprav za daljinska ogrevanja. 

Varnostno tehnične izvedbe za hišne postaje za priključitev na vročevodni sistem daljinskega omrežja so učinkovito poenotene. V standardih se zahtevajo za delovanje  armature, ki se v velikih daljinskih omrežjih in tudi v manjših omrežjih, na primer blok grelniki lahko poenotijo. V to so vključene vse armature za funkcioniranje v hišah, na primer za daljinske naprave, kakor tudi za njeno varnost.