Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

1

DBAŁOŚD O SIECI CIEPŁOWNICZE

element racjonalnego gospodarowania energią

Racjonalne gospodarowanie energia jest jednym z podstawowych i najważniejszych celów

jakie stawiają sobie firmy zajmujące się produkcją i dystrybucją ciepła. Warszawski system
ciepłowniczy (w.s.c.) jest jednym z największych w Europie tego typu systemów. Sied ciepłownicza
ma około 1700 km długości. W.s.c. jest zasilany z czterech niezależnych źródeł: Elektrociepłowni
Siekierki, Elektrociepłowni Żerao, Ciepłowni Wola i Ciepłowni Kawęczyn. Rocznie za pośrednictwem
sieci ciepłowniczej dostarczane jest odbiorcom 34



36 PJ (petadżuli) ciepła. Straty w sieci i węzłach

cieplnych stanowią nieco ponad 10 %, mimo tego, że warszawski system ciepłowniczy jest jednym z
największych.

Rurociągi kanałowe są bezawaryjne tylko wtedy, gdy spełnione są pewne warunki. Kanały

muszą byd usytuowane powyżej poziomu wód gruntowych. Kanały te oraz komory muszą byd
skutecznie odwadniane. Muszą mied one odpowiedni system wentylacji, a ich stropy muszą byd
właściwie uszczelnione. Na stalowych rurach przewodowych konieczna jest obecnośd odpowiedniej
powłoki antykorozyjnej. Aktualnie kanałowy system budowy sieci charakteryzuje się dużą
awaryjnością i stratami ciepła na przesyle, wynikającymi z procesów starzeniowych izolacji.

Właśnie dlatego, trzeba było znaleźd alternatywę dla tego typu budownictwa kanałów. Taką

alternatywą są rurociągi preizolowane. Pierwsze pilotażowe przyłącza pojawiły się już w 1976 roku.
Rurociągi preizolowane są układane bezpośrednio w gruncie. Ponadto posiadają mnóstwo zalet,
m.in. możliwośd pełnej prefabrykacji oraz wysoki stopieo uprzemysłowienia produkcji elementów,
podwyższając jednocześnie ich jakośd oraz upraszczając montaż rurociągów. Efektem jest skrócenie
czasu realizacji budowy, minimalizacja nakładu pracy, zmniejszenie gabarytu wykopów, redukcja
kosztów inwestycyjnych, także dzięki mniejszemu udziałowi sprzętu ciężkiego, typu dźwigi, czy
oszczędności na transporcie materiałów. Do zalet należy wliczyd również redukcję kosztów z tytułu
wyłączenia z użytkowania powierzchni dróg i terenów zajętych pod budowę.

Rury preizolowane (systemy preizolowane) dzielimy na:

 zespolone, w którym izolacja trwale wiąże zewnętrzną rurę osłonową z wewnętrzną

rurą przewodową

 ślizgowe, w których izolacja związana z płaszczem osłonowym przesuwającym się po

rurze przewodowej

Inny podział, ze względu na rodzaj płaszcza/rury osłonowej:

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

2

 systemy preizolowane przeznaczone do przesyłu pary wodnej – płaszcz stalowy z

izolacją próżniową

 systemy preizolowane przeznaczone do budowy rurociągów układanych

bezpośrednio w gruncie z płaszczem osłonowym z polietylenu PE

 systemy preizolowane przeznaczone do budowy rurociągów naziemnych z rurą

osłonową typu „spiro” z taśmy stalowej ocynkowanej, aluminiowej lub ze stali
odpornej na korozję

 tradycyjne (sztywne) systemy rur preizolowanych z przewodową rurą stalową ze

szwem lub bez szwu ze stali niskowęglowej niestopowej oraz giętkie rury
preizolowane z przewodową cienkościenną rurą falistą ze stali odpornej na korozję, z
rurą przewodową wykonaną z polietylenu PEX, miedzi lub polibutylenu

 systemy preizolowane ze stalową rurą przewodową przeznaczone do budowy

rurociągów wysokoparametrowych; z rurą przewodową z miedzi i tworzyw
sztucznych do budowy rurociągów niskoparametrowych

 systemy z więcej niż jedną rurą przewodową w rurze osłonowej (system

podwójnych rur stalowych dla rurociągów wysokoparametrowych, system
podwójnych lub poczwórnych rur PEX dla rurociągów niskoparametrowych)

Systemy podwójnych rur stalowych mają zarówno swoje dobre strony, jak i ograniczenia. Ze względu
na małą średnicę tych rur, co jest pewnego rodzaju ograniczeniem, wykopy przy układaniu rur są
węższe i nie tak głębokie. Co za tym idzie, mniejsze są koszty montażu, ale jest on utrudniony.
Zmniejszone jest wystąpienie awarii lecz jeżeli już ona nastąpi, utrudnione jest jej naprawienie. Strata
ciepła na przesyle jest mniejsza w systemach rur podwójnych niż pojedynczych, ze względu na fakt, iż
rura zasilania i powrotu jest objęta jednym płaszczem izolacyjnym.

Jak powstają rury preizolowane?

Jednym z najczęściej stosowanych sposobów produkcji rur preizolowanych (tzw. „rura w rurze”) jest
wtrysk pianki w szczelinę między rurą przewodową i osłonową. Metodę tę dzieli się na: tradycyjną,
ciągłą „Conti” oraz półciągłą. Grubośd izolacji produkowanej metodą tradycyjną warunkowana jest
wymiarami: średnicą i grubością płaszcza osłonowego, dlatego też stosując większe gabaryty rury
osłonowej uzyskuje się efekt zwiększenia grubości izolacji (tzw. izolacja „plus”).
Metoda „półciągła” umożliwia wyprodukowanie rur preizolowanych o dowolnych grubościach
izolacji. Polega na spienieniu pianki w formie stalowej założonej na rurę przewodową, a następnie, po
zdjęciu tejże formy, na nawinięciu płaszcza osłonowego na uformowaną już izolację.
Kolejną wspomnianą wcześniej technologią produkcji rur preizolowanych jest metoda „Conti”. Polega
na jednoczesnym formowaniu izolacji z barierą antydyfuzyjną i wytłaczaniu płaszcza osłonowego. Nie
jest jednak ona metodą stosowaną w Polsce, ze względu na niską opłacalnośd oraz brak technicznych
możliwości przeprowadzania procesu produkcyjnego. Dlatego też, wprawdzie jest to typ rur
najskuteczniej izolowanych, w razie potrzeby sprowadza się je z zagranicy lub stosuje taosze, polskie
zamienniki rur izolowanych metodą „półciągłą”.

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

3

Przewaga metod „Conti” i „półciągłej” (tzw. „półconti”) nad metodą tradycyjną

Stosując metodę Conti i półconti, uzyskuje się równomierną strukturę izolacji. Nie jest to jednak
jedyny czynnik przemawiający za wyborem tego typu rur preizolowanych.
Ważnym parametrem jest współczynnik przewodzenia ciepła



, który określa zdolnośd materiału do

przewodzenia ciepła λtm *W/mK+. Im niższa wartośd współczynnika, tym mniej strat ciepła na
przesyle, tzn. dany materiał jest dobrym izolatorem. Niskim współczynnikiem oraz bardzo wolnymi
zmianami wartości w czasie eksploatacji rurociągu charakteryzują się rury Conti. Są one dodatkowo
zabezpieczone barierą antydyfuzyjną.

Wartości λtm wyznaczane są na tzw. „aparacie rurowym” wg normy ISO 8497.

Wartośd współczynnika przewodzenia ciepła λtm izolacji z pianki poliuretanowej (PUR) w rurach
preizolowanych zależy od:

1. zastosowanego systemu surowcowego i środka porotwórczego,
2. składu gazów w komórkach zamkniętych,
3. wielkości i grubości ścianek komórek zamkniętych,
4. jakości i jednorodności izolacji (związanych technologią i warunkami produkcji rur

preizolowanych oraz długością sztang w przypadku rur produkowanych metodą
tradycyjną)

Wartośd współczynnika przewodzenia ciepła λtm izolacji rośnie wraz z:

1. gęstością pozorną materiału,
2. średnią temperaturą izolacji,
3. czasem eksploatacji.

Źródło SPEC S.A.

Źródło SPEC S.A.

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

4

Wartośd współczynnika przewodzenia ciepła pianki PUR zmienia się w czasie do momentu ustalenia
się równowagi dyfuzyjnej między gazem zawartym w komórkach pianki, a otaczającym powietrzem.

Straty ciepła

Jednostkowe straty ciepła rurociągów q *W/m+ zależą od wartości współczynnika przewodzenia
ciepła izolacji λtm *W/mK+. Zależą one także od: głębokości wykopu, odległości od powierzchni do osi
rurociągów i pomiędzy osiami rurociągów, parametrów (temperatura, wilgotnośd) gruntu.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

Średnica DN rurociągu

Jednostkowe straty

ciepła q (W/m)

Preizolat

Kanał (wełna mineralna)

Kanał (wata szklana)

Naziemna

Średnie w.s.c.

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

5

Jak widad na wykresie, do izolacji najkorzystniej jest stosowad preizolat. Osiąga najmniejsze wartości
jednostkowej straty ciepła, w porównaniu do pozostałych izolatów, tj. wełny mineralnej czy waty
szklanej.

Całkowite straty ciepła w lokalnej sieci ciepłowniczej stanowią sumę strat ciepła przez przenikanie i
strat ciepła w ubytkach wody sieciowej spowodowanych nieszczelnością sieci. Straty ciepła przez
przenikanie Q

strat_q

zależą od jednostkowych strat ciepła q *W/m] (jest to iloczyn q i L – długości

rurociągu *m+).

Straty ciepła przez przenikanie można liczyd, przewidywad, szacowad, można je także zobaczyd.
Monitorowanie rurociągów należy do zadao wykonawców odpowiedzialnych za stan sieci
ciepłowniczej, dlatego też pracownicy firm takich jak SPEC jeżdżą i kontrolują rury, a zadanie ułatwia
im aparat termowizyjny.

Jak zatem zmniejszyd straty ciepła przez przenikanie? obniżając temperaturę wody sieciowej, czy
stosując rury preizolowane wyprodukowane metodą ciągłą „Conti”. Wymierne skutki niesie za sobą
także stosowanie:

1. izolacji plus tylko na zasilaniu,
2. izolacji plus na zasilaniu i powrocie,
3. rur preizolowanych podwójnych (zasilanie i powrót w jednej rurze

osłonowej).

Ma to niestety swoje wady, mianowicie koszty. Niezaprzeczalnym jest, że produkowanie rur
dodatkowo izolowanych jest droższe, za czym idzie cena zakupu oraz montażu. Z tego względu przy
projektowaniu nowych inwestycji niezbędne jest prowadzenie analizy porównawczej całkowitych
kosztów (wynikających ze strat ciepła, materiałów oraz montażu) w rozpatrywanym okresie czasu.
Przeprowadzone badania pozwolą ustalid co jest bardziej opłacalne dla danej inwestycji: wybór rur
preizolowanych z izolacją standard wyprodukowanych metodą tradycyjną, czy też może rur typu
„Conti”.

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

6

Racjonalne alternatywy dla tradycyjnego systemu rurociągów

Kwestią wartą zwrócenia uwagi jest omawiana innowacja, która dosięgła branżę ciepłownictwa.
Zastępując tradycyjne systemy kanałowe, które wymagają większego nakładu pracy, charakteryzują
się wysoką podatnością na awarie i stratami ciepła na przesyle wynikającymi z procesów
starzeniowych izolacji, położono szczególny nacisk na aspekt ekologiczny. Zmniejszone jest
zapotrzebowanie na paliwo w źródle ciepła, co redukuje ilośd emitowanych zanieczyszczeo do
atmosfery. Przedstawiają to poniższe wykresy, na których przyjęto następujące oznaczenia:



izolacja 1-1 – rury preizolowane z izolacją standardową (o takiej samej grubości) na
zasilaniu i powrocie,



izolacja 2-1 – rury preizolowane z pogrubioną izolacją („plus”) na zasilaniu i standardową
na powrocie,



izolacja 2-2 – rury preizolowane z pogrubioną izolacją na zasilaniu i powrocie,



Conti 1-1 – rury preizolowane wyprodukowane metodą ciągłą z barierą antydyfuzyjną i
standardowymi grubościami izolacji na zasilaniu i powrocie,



TWIN PIPE – rury preizolowane z dwiema rurami przewodowymi w jednym płaszczu
osłonowym,



kanał – rury ułożone w technologii kanałowej.

Jednostkowe straty ciepła rur preizolowanych w rozbiciu

na średnice w okresie sezonu grzewczego

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

20

25

32

40

50

65

80

100

125

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

700

800

900

1000

Średnica nominalna DN

J

e

d

n

o

s

tk

o

w

e

s

tr

a

ty

w

W

/m

izolacja 1-1

izolacja 2-1

izolacja 2-2

CONTI 1-1

TWIN PIPE
kanał

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

7

Powyższe dane charakteryzują zużycie paliwa i emisję CO

2

jaka mu towarzyszy. Wykresy dotyczą

okresu bilansowego wynoszącego 12 lat, ze średnimi temperaturami w sezonie grzewczym na
zasilaniu 84,5 °C i na powrocie 48 °C oraz w sezonie letnim na zasilaniu 74°C i na powrocie 42 °C.
Współczynniki przewodzenia ciepła dla nowych izolacji poliuretanowych w rurach preizolowanych
przyjęto na poziomie λ

50

= 0,029 W/mK, dla izolacji z rur CONTI λ

50

= 0,024 W/mK, czas eksploatacji

sieci kanałowej - 20 lat. Sprawnośd kotła węglowego – 80 %, cena ciepła – 25 zł/GJ. Sied rozdzielcza
DN250, L=1000m.

Z grafik jasno wynika, dlaczego tradycyjne systemy kanałowe radzi się zastępowad nowymi,
ulepszonymi technologiami. Ponadto mniejsze zużycie energii wiąże się z niższym zapotrzebowaniem
na paliwo (węgiel), toteż redukowana jest emisja gazów cieplarnianych do atmosfery pochodzących z
procesu spalania węgla.

Porównanie emisji CO

2

dla rur preizolowanych i sieci

kanałowych z różną izolacją w rozpatrywanym okresie czasu

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

rodzaj rur

e

m

isj

a

C

O

2

T

/o

kr

e

s

izolacja 1-1

izolacja 2-1

izolacja 2-2

CONTI 1-1

TWIN PIPE
kanał

Dodatkowe zużycie paliwa na pokrycie strat ciepła

w poszczególnych typach sieci w rozpatrywanym okresie czasu

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

rodzaj rur

d

o

d

a

tko

w

e

zu

życ

ie

p

a

liw

a

T

/o

kr

e

s

izolacja 1-1

izolacja 2-1

izolacja 2-2

CONTI 1-1

TWIN PIPE
kanał

Joanna Maj, Weronika Podsiadła

Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

8

Bibliografia:

- http://www.um.warszawa.pl/v_syrenka/adresy/index_karta.php?grupa=3&adres=576&kat=5
- http://energetyka.wnp.pl/warszawski-system-cieplowniczy-jeden-z-najwiekszych-w-europie,111758_1_0_0.html
- http://zpum.pl/new/pl/oferta-zpum/13-zdjcia
- „KORZYŚCI DLA ŚRODOWISKA WYNIKAJĄCE Z WŁAŚCIWEGO WYBORU TECHNOLOGII I SPOSOBU EKSPLOATACJI
WARSZAWSKIEGO SYSTEMU CIEPŁOWNICZEGO” opracowanie SPEC S.A