Straty energii w układach ciepłej wody użytkowej
Andrzej Kaszycki, Lucjan Przykorski
Praterm, Otwock
Straty energii cieplnej pracujących w sezonie letnim systemów ciepłowniczych są
istotnym problemem ekonomicznym i ekologicznym. Bez większego błędu można przyjąć, że
energia cieplna produkowana w tym okresie dzielona jest następująco:
" 1/3  straty przesyłu sieci ciepłowniczej
" 1/3  straty cyrkulacji sieci c.w.u.
" 1/3  energia wykorzystana do podgrzania ciepłejwody zużywanej przez odbiorców.
Uwzględniając, że w części systemów z
ródła pracują z niższą sprawnością niż w
sezonie grzewczym, co spowodowane jest dużymi zmianami obciążenia, można stwierdzić, że
jedynie 20÷25% energii zawartej w spalanym wÄ™glu wykorzystywane jest efektywnie!
Ponieważ opaÅ‚ stanowi ok. 30÷50% Å›redniorocznych kosztów produkcji energii cieplnej, można
przyjąć, że redukcja zużycia ciepłej wody przez odbiorców o 10% obniża koszt produkcji
energii w z
ródle o 1%. Konsekwencją oszczędności c.w.u. w tej sytuacji jest zwiększanie ceny
produkowanej energii. Istniejący stan musi ulec zmianie z powodów ekologicznych oraz
ekonomicznych. Obligowało do tego rozporządzenie Ministra Finansów z dnia 09.06.1997r.,
dotyczÄ…ce wskaz
nika zużycia energii cieplnej na przygotowanie ciepłej wody. Ponieważ
problem dotyczy całego systemu, optymalnym rozwiązaniem byłaby współpraca producentów,
dystrybutorów i użytkowników energii, zmierzająca do wzrostu efektywności pracy systemów
poprzez:
1. Ograniczenie strat cyrkulacji c.w.u.
2. Ograniczenie strat przesyłu sieci ciepłowniczej
3. Stosowanie rozwiązań technologicznych, zapewniających równomierną pracę z
ródła.
Ad. 1.
Zakładając, że poprawa izolacyjności instalacji c.w.u. jest niemożliwa lub
nieuzasadniona ekonomicznie, redukcja strat możliwa jest poprzez:
a. wyłączanie układów cyrkulacji c.w.u. przy braku poboru
b. obniżenie temperatury c.w.u.
c. ograniczenie przepływu cyrkulacji w okresachznacznego poboru c.w.u.
Rysunek 1 - wpływ wyłączenia pompy cyrkulacji c.w.u.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12 14
czas wyłączenia [h]
sprawność
sprawność [%]
Ad. 1.a.
Wyłączanie układów cyrkulacji c.w.u. jest bezwzględną koniecznością w przypadku
budynków takich jak: szkoły, przedszkola, biura itp., gdzie praca układów cyrkulacji konieczna
jest jedynie przez około 30% czasu średniorocznie. Dotyczy to również tych budynków w
przypadku zasilania ich z węzłów grupowych. Wskazane jest również okresowe wyłączanie
cyrkulacji w wÄ™zÅ‚ach cieplnych zasilajÄ…cych mniej niż 50÷70 mieszkaÅ„. W wÄ™zÅ‚ach
zasilających powyżej 100 mieszkań w okresie braku poboru zalecane jest obniżenie
temperatury c.w.u. Wyłączanie cyrkulacji realizowane jest przez proste urządzenia, kontrolujące
stan wodomierzy. Brak poboru przez np. jedną godzinę powoduje wyłączenie układu.
Załączenie następuje wraz z pojawieniem się pierwszego impulsu z wodomierza. Ponadto
można zastosować urządzenia, realizujące funkcje ograniczania wyłączeń w przypadku
ujemnych temperatur zewnętrznych lub zagrożenia przegrzewania c.w.u. w przypadku wadliwej
armatury. W powyższych przypadkach następuje jedynie obniżenie temperatury c.w.u. bez
wyłączania cyrkulacji.
Rysunek 2 - wpływ temperatury c.w.u.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
40 45 50 55 60 65
temperatura [°C]
sprawność
Ad. 1.b.
Obniżeniu temperatury c.w.u. o 1°C odpowiada zwykle zmniejszenie strat cyrkulacji o
4÷5%. Wynika stÄ…d konieczność rozsÄ…dnego doboru temperatury wody wyjÅ›ciowej dla
mieszkańców oraz realizacji obniżenia nocnego przy braku poboru (jeżeli nie jest realizowana
funkcja wyłączania cyrkulacji).
sprawność [%]
Rysunek 3 - wpływ regulacji hydraulicznej układu c.w.u.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
50 70 90 110 130 150 170 190 210
przepływ [%
]
sprawność
Ad. 1.c.
Obliczeniowy strumień objętości wody cyrkulacyjnej zapewnia właściwą temperaturę
wody u odbiorców przy całkowitym braku poboru c.w.u. Okresowo występujący znaczny pobór
c.w.u. umożliwia redukcję strumienia objętości wody cyrkulacyjnej bez konsekwencji dla
odbiorców. Zmianę strumienia wody cyrkulacyjnej urządzenie regulacyjne realizuje poprzez
pracÄ™ start/stopowÄ… pompy cyrkulacyjnej.
Zastosowanie opisanych wyżej metod umożliwia redukcję strat cyrkulacji w budynkach
mieszkalnych o ok. 30÷50%, w zależnoÅ›ci od stanu wyjÅ›ciowego. W budynkach użytecznoÅ›ci
publicznej możliwa jest redukcja o ok. 50÷70%. Zagrożeniem dziaÅ‚aÅ„ zmierzajÄ…cych do
redukcji strat cyrkulacji jest nielegalny pobór c.w.u. w wyniku fałszowania wskazań
wodomierzy. Efektem takiego poboru jest  przebijanie zimnej wody do instalacji c.w.u.,
powodujące okresowe obniżanie temperatury w pionie. Reklamacje z tego tytułu powodują
reakcje dystrybutora ciepła  podwyższana jest temperatura ciepłej wody oraz zawyżany
przepływ cyrkulacji. Praca start/stopowa pompy cyrkulacyjnej może ułatwić lokalizację
nieuczciwych odbiorców oraz podjęcie działań profilaktycznych (np. wymianę wodomierzy).
Ad. 2.
Działania ograniczające straty cyrkulacji c.w.u. prowadzą zawsze do obniżenia
temperatury wody powrotnej w sieci ciepłowniczej, tj. do poprawy efektywności przesyłu
energii w systemie ciepłowniczym. Obniżenie temperatury zasilenia w systemie
ciepłowniczym, mające największy wpływ na wielkość strat, możliwe jest poprzez właściwe
wykorzystanie zasobników ciepła. Konieczne jest jednak zastosowanie właściwej technologii
we wszystkich węzłach systemu, co znajduje się w gestii dystrybutora ciepła.
Ad. 3.
Stabilna praca z
ródła może być rezultatem właściwych rozwiązań technologicznych
węzła cieplnego, tj. wykorzystania zasobników c.w.u. z ładowaniem i rozładowaniem.
Alternatywą jest budowa zasobników systemu ciepłowniczego.
Reasumując: proponowane rozwiązania (z wyjątkiem obniżenia przepływu cyrkulacji w
okresie znacznego poboru c.w.u.), wdrożone w systemie ciepłowniczym, zmieniły relację
wskaz
nika energii wykorzystywanej do podgrzewania c.w.u. w globalnej produkcji z
ródła
sezonu letniego z 33% do ok. 50÷55%.
sprawność [%]