Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
DBAA
OŚD O SIECI CIEPA
OWNICZE
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 z
ródeł: 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 znalez
d 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 dz
wigi, 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:
1
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
�� 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 .
2
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
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 l�, który określa zdolnośd materiału do
przewodzenia ciepła tm *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.
y
ródło SPEC S.A.
Wartości tm wyznaczane są na tzw.  aparacie rurowym wg normy ISO 8497.
Wartośd współczynnika przewodzenia ciepła tm 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 tm izolacji rośnie wraz z:
1. gęstością pozorną materiału,
2. średnią temperaturą izolacji,
3. czasem eksploatacji.
3
y
ródło SPEC S.A.
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
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 tm *W/mK+. Zależą one także od: głębokości wykopu, odległości od powierzchni do osi
rurociągów i pomiędzy osiami rurociągów, parametrów (temperatura, wilgotnośd) gruntu.
Jednostkowe straty
ciepła q (W/m)
220
200
180
160
140
120
100
80
Preizolat
60
Kanał (wełna mineralna)
40
Kanał (wata szklana)
Naziemna
20
Średnie w.s.c.
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Średnica DN rurociągu
4
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
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 Qstrat_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 .
5
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
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 z
ródle 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
350,0
300,0
250,0
izolacja 1-1
200,0
izolacja 2-1
izolacja 2-2
150,0
CONTI 1-1
TWIN PIPE
100,0 kanał
50,0
0,0
Średnica nominalna DN
6
Jednostkowe straty w W/m
20
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
700
800
900
1000
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
Dodatkowe zużycie paliwa na pokrycie strat ciepła
w poszczególnych typach sieci w rozpatrywanym okresie czasu
3000
izolacja 1-1
izolacja 2-1
2500
izolacja 2-2
CONTI 1-1
2000
TWIN PIPE
kanał
1500
1000
500
0
rodzaj rur
Porównanie emisji CO2 dla rur preizolowanych i sieci
kanałowych z różną izolacją w rozpatrywanym okresie czasu
6000
izolacja 1-1
izolacja 2-1
5000
izolacja 2-2
CONTI 1-1
TWIN PIPE
4000
kanał
3000
2000
1000
0
rodzaj rur
Powyższe dane charakteryzują zużycie paliwa i emisję CO2 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 50 = 0,029 W/mK, dla izolacji z rur CONTI 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.
7
dodatkowe zużycie paliwa T/okres
emisja CO
2
T/okres
Joanna Maj, Weronika Podsiadła
Grupa oś 3, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska
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 WYNIKAJ
CE Z WA
AŚCIWEGO WYBORU TECHNOLOGII I SPOSOBU EKSPLOATACJI
WARSZAWSKIEGO SYSTEMU CIEPA
OWNICZEGO opracowanie SPEC S.A
8