Vprašanje projektantom sNES: Zakaj ne uporabljati grelnih sistemov z višjo dovodno temperaturo od 55°C in širokim temperaturnim razponom?
PURES 2008 je kot prvi postavil dodatno tehnično zahtevo in omejil projektno temperaturo grelnega sistema v stavbah na 55 °C. Zahteva je bila z izdajo PURES 2010 prestavljena v Oddelek 4.3 TSG-1-004:2010, pri tem je bil grelni sistem tudi preimenovan v ogrevalni [1]. Če pustimo ob strani preimenovanje, očitno so tudi pripravljavci PURES 2022 prepoznali omejitev dovodne temperature na 55 °C za energijsko učinkovito, saj so jo ponovno prestavili v sam pravilnik. Pravilnik je bil pred koncem lanskega leta zaradi razvpitega omejevanja uporabe »električnih bojlerjev« spremenjen in MSS je ob priložnosti dajanja pripomb predlagala črtanje omejevanja dovodne temperature v celoti [2], saj se grelna voda ne proizvaja vedno in samo s toplotnimi črpalkami, pri katerih je zaradi čim višjega grelnega števila smiselno izbrati čim nižjo temperaturo dovoda, vendar je omejitev temperature dovoda pri 55 °C ostala. Prestavljena je bila v 10. člen pravilnika z dodano izjemo za primer ogrevanja/gretja »z odpadno toploto z višjo temperaturo«. Izraza »odpadna toplota« zakonodaja ne opredeljuje, energetski zakon (EZ-2), zakon o učinkoviti rabi energije (ZURE), tudi sam PURES, vsi uporabljajo izraz »odvečna toplota«. PURES v svojem 14. členu uporablja izraz »odvečna toplota« v povezavi z energijsko učinkovitim sistemom daljinskega ogrevanja, zato oba izraza pričakovano ni mogoče pomensko izenačiti.
Vezano na daljinske sisteme gretja, ti na splošno dovajajo stavbam preko celega leta grelno vodo s temperaturo dovoda najmanj 70 °C, pri nizkih projektnih temperaturah neredko preko 90 °C, zato si projektant upravičeno postavi vprašanje zakaj tega dejstva ne izkoristiti. To tako zaradi same energijske učinkovitosti kot tudi stroškovne optimalnosti. Zakaj ob projektnih zunanjih stanjih zraka za določitev vršne grelne obremenitve stavbe, ko je na razpolago dovodna temperatura vode iz daljinskega sistema pri 85 °C, ne projektirati sistema s temperaturo dovoda 75 °C namesto 55 °C? Grelne naprave bodo zaradi tega manjše in posledično cenejše.
Odgovor danes je, zato, ker tega ne dovoljuje PURES! Posledično tega ne dovoljujejo tudi sistemski operaterji distribucijskih omrežij v svojih pogojih za priključevanje novih stavb, čeprav je zelo gotovo, da dovodne temperature vroče vode v prihodnosti ne bodo nižali [3]. Če že ne samo zaradi grelnih sistemov v obstoječih stavbah, tudi ne zaradi predpisanih najnižjih temperatur potrošne tople vode v zalogovnikih. Ker omejitve dovodne temperature vode uveljavljena pravila stroke za razliko od PURES ne omejujejo kar poprek, velja izvedeti kaj so slovenski pripravljavci PURES dognali drugače kot tuji pripravljavci energijskih standardov in pravil stroke. Zato smo 30. 12. 2024 v MSS poslali na MNVP tozadevno vprašanje, na katerega odgovor še čakamo. Poslano si lahko preberete tukaj.
Nazaj k praktični uporabi sistema daljinskega gretja. Slika 1 prikazuje primer grelnega sistema stavbe s sestavljenim črpanjem, to je zaporedne vezave štirih zank različnih vrst porabnikov s pripadajočimi obtočnimi črpalkami, pri čemer ni nujno, da so porabniške črpalke po zmogljivosti enake črpalki sistemske zanke (P). Vse črpalke so opremljene z napravami za spreminjanje vrtljajev in s tem pretočnih količin. Če porabniška črpalka P1 pretaka manjšo količino vode kot sistemska črpalka P, je temperaturna razlika preko Porabnikov 1 večja od temperaturne razlike v sistemski zanki med točkama A in B, saj voda teče tudi skozi skupno cev v smeri od A do B. Če pa je porabniška črpalka P2 po pretočni zmogljivosti enaka sistemski črpalki P, sta temperaturni razliki preko Porabnikov 2 in v sistemski zanki od C do D enaki in v skupni cevi ni nikakršnega pretoka vode. Če P3 preseže pretok sistemske črpalke P, pride do mešanja v točki E in je zato v grelni zanki Porabnikov 3 temperatura, ki vstopa v zanko preko črpalke P3, nižja od tiste, ki je na voljo iz sistema, to je tiste v točki D. Posamezne porabniške črpalke so vodene v odvisnosti od porabniških obremenitev, sistemska črpalka v odvisnosti od trenutno potrebne dovodne temperature na vstopnih mestih v posamezne zanke porabnikov. Predstavljena zaporedna vezava različnih vrst porabnikov, npr. grelnih tuljav prezračevalnih naprav, končnih enot z ventilatorjem ali ventilatorskih konvektorjev, kanalskih do-grelnih tuljav, radiatorjev in kot zadnjega, zaradi najnižje potrebne dovodne temperature, sistem podnega gretja, ponuja projektantom veliko možnosti optimalne izrabe razpoložljivega temperaturnega nivoja iz sistema daljinskega gretja.
 |
| Slika 1: Zaporedna vezava večjih sklopov porabnikov kot primer sestavljenega črpanja |
V nadaljevanju so predstavljene prednosti višje dovodne temperature in širšega temperaturnega razpona v grelnem sistemu:
1. Stroškovna optimalnost:
a. Manjše grelne tuljave v napravah za obdelavo zraka in manjši elementi gretja, kar predstavlja nižje začetne stroške in tudi manjši potrebni prostor za njihovo postavitev (v samem prostoru in/ali v tehničnem stropu).
b. Nižje pretočne količine ter posledično manjši premeri cevi ter manjše obtočne črpalke. Tudi manj potrebnega prostora za vodenje cevi.
2. Energijska učinkovitost:
a. (Nekajkrat) zmanjšane pretočne količine vode povzročijo pri enakem tlačnem padcu sorazmerno (nekajkrat) manjšo potrebno energijo za delovanje črpalk.
b. Višje temperature v grelnih tuljavah naprav za obdelavo zraka imajo za posledico prenosnike toplote z manj cevnimi vrstami in s tem nižje padce tlaka na zračni strani, zato nižjo potrebno energijo za delovanje ventilatorjev.
Pri predstavljenih prednostih višje temperature dovoda in širšega temperaturnega razpona ostaja odprto še vprašanje toplotnih izgub cevnega razvoda [5]. Načeloma velja, da povzročajo manjše cevi manjše toplotne izgube, vendar je v tem primeru temperatura dovoda precej višja. V namen iskanja odgovora je izvedena analiza dela grelnega sistema z zmogljivostjo 150 kW. Pretok za temperaturni razpon 40 K (75/35 °C) znaša 0,89 l/s in za temperaturni razpon 10 K (55/45 °C) štirikrat več, to je 3,58 l/s. Za primer izbora velikosti cevovoda na podlagi padca tlaka na dolžinsko enoto ne več kot R = 250 Pa/m, potem odgovarjata cevi DN 40 (R = 160 Pa/m) oziroma DN 65 (R = 230 Pa/m). Ob uporabi debeline toplotne izolacije 50 mm za cev s temperaturo 75 °C in 40 mm za cev s temperaturo 55 °C, kot to določajo uveljavljena pravila stroke [6] za sisteme gretja v odvisnosti od delovne temperature in premera cevovoda [7] ter ob privzetem izhodišču »stroškovne optimalnosti«[8], kar prikazuje slika 2, potem znašajo toplotne izgube na dolžinsko enoto 11,5 W/m oziroma 11,3 W/m, kar je praktično enako. Podroben izračun toplotnih izgub obeh analiziranih cevovodov je podan kot Priloga 1 tega bloga.
 |
| Slika 2: V ASHRAE standardu predpisana najmanjša debelina toplotne izolacije v odvisnosti od nazivnega premera cevi in delovne temperature grelne tekočine, določena ob upoštevanju merila stroškovne optimalnosti |
Pogosto so v novih stavbah, ki se priklapljajo na daljinske sisteme, projektirani sistemi podnega gretja. Zaradi z običajno izvedbo podnega gretja, to je s cevmi, položenimi cevmi v cementni estrih [9], povezanih tehničnih lastnosti, podrobneje predstavljenih v Prilogi 2, se ni mogoče izogniti vprašanju optimalnosti izrabe razpoložljivega temperaturnega nivoja dobavljene toplote. Če je podno gretje z izpostavljenimi lastnostmi, vendar z nizko potrebno dovodno temperaturo vode, zelo primerno za uporabo v povezavi s toplotnimi črpalkami, ni nujno in samo po sebi temu tako tudi za uporabo s priklopi na sisteme daljinskega gretja. Vsekakor bi bilo mogoče razpoložljiv temperaturni nivo tako v energijskem in stroškovnem pogledu bolje izkoristiti.
Vendar, dokler PURES ne bo spremenjen, projektiranje grelnih sistemov s temperaturo dovodne vode višjo od 55 °C ne bo dovoljeno. Ob tem se poraja vprašanje, ali so pripravljavci pravilnika to omejitev postavili, ne z namenom doseganja energijske učinkovitosti, ker jo to precej očitno ne, ampak z namenom tehnične zmožnosti preprostega odklopa stavbe s sistema daljinskega gretja in priklopa na lasten vir toplote, to je toplotno črpalko. Toplotno črpalko, katero marsikatera stavba že uporablja kot hladilnik za pripravo hlajene vode v obdobju hlajenja. Kar nas privede do v novembru poslanega vprašanja obema ministrstvoma o obveznosti projektiranja sNES in priklopov na sisteme daljinskega ogrevanja. Poslano vprašanje s prilogo si lahko preberete tukaj. MNVP nas je precej hitro obvestil, da je vprašanje odstopil MOPE, ta pa nam do danes na vprašanje še ni podal odgovora.
PRILOGA 1:
PRILOGA 2:
Znano je, da plošče z visoko toplotno maso, kot so to betonske/estrih plošče, zahtevajo drugačen pristop krmiljenja od običajnega, to je tistega za plošče z nizko toplotno maso, npr. za lahke sevalne plošče. Zaradi toplotne vztrajnosti je potrebno precej časa, da se masivne plošče prestavijo iz ene obratovalne točke v drugo, recimo iz nastavitve za nezaseden prostor/stavbo nazaj v nastavitev za običajno zasedenost. To lahko povzroči uporabnikom stavbe zaradi zakasnitve (pre)dolga obdobja nelagodja [10], kasneje, zaradi spreminjajočih zunanjih in/ali notranjih toplotnih dobitkov, tudi obdobja neprijetne in energijsko potratne prekoračitve notranje temperature. Natančna analiza modela lahko pokaže, da nočno znižanje temperature v teh primerih ni upravičeno ali celo mogoče. Nemalokrat projektant to težavo rešuje z vpeljavo dodatnega, vzporednega grelnega sistema. Neredki investitorji pri takšni rešitvi postavijo vprašanje, zakaj vgraditi dva sistema, če se prostorsko ugodje lahko zagotovi z enim samim.
Vezano na krmiljenje sistema podnega gretja s cevmi v estrihu velja naslednje. Pri gretju prostora se efektivna površinska temperatura grelne plošče poda vzdržuje na ne več kot 27 do 29°C. Zaradi tega se, kadar predstavlja masivna plošča primarni grelni sistem, tipalo prostorske temperature ne uporablja za vodenje temperature grelne plošče, ampak se ta zaporedno poveže tipalom temperature podne plošče. To tipalo deluje kot omejitev najvišje dovoljene površinske temperature plošče, tipalo temperature zraka v prostoru za krmiljenje ravni ugodja v prostoru. Notranja in zunanja tipala temperature se uporabljajo za spreminjanje temperature poda v obratnem razmerju z zunanjo temperaturo. Če se toplotne obremenitve stavbe izračunane za zunanjo temperaturo med 21 in -11 °C in se efektivna temperatura poda vzdržuje med 21 in 29 °C, je razmerje med spremembo zunanje temperature in spremembo temperature grete plošče 32:8 oziroma 4:1. To pomeni, znižanje zunanje temperature za 5 K zahteva povišanje temperature plošče za 1 K. Za spreminjanje razmerja med zunanjo temperaturo in temperaturo plošče se uporablja prostorsko tipalo.
Novico pripravil: Mitja Lenassi, PI, CxA, BEMP
[1] Ali se sistema imenujeta ogrevalni in ohlajevalni ali grelni in hladilni, saj ogrevalni in hladilni, kot ju imenuje tudi PURES, ne predstavljata slovnični protipomenki, kar ta dva sistema sta.
[2] www.izs.si/assets/media/izsnovo/2024/Dopis%20MNVP%20pripombe%20na%20PURES-priloga-pripombe.pdf
[3] Švedska industrija daljinskega gretja (Lund et al.; Perspectives on fourth and fifth generation district heating; Energy 2021) razvršča daljinske sisteme v pet generacij glede na časovno obdobje, grelni medij in temperature. Pri tem je ima 4G (nizkotemperaturno DG) temperaturni razpon med 50 in 80 °C ter 5G (izjemno nizkotemperaturno DG) temperaturni razpon med 30 in 65 °C. Pri obeh s pripisom, da stavba potrebuje drug način gretja potrošne tople vode nad 60 °C.
[4] Za črpalko velja enačba: P = V'*dp/η. Primer: za temperaturni razpon Δt = 40 K (75/35 °C) je potrebno črpati 4-krat manjšo količino grelne vode kot za Δt = 10 K (55/45 °C) in posledično je za črpanje potrebno 4-krat manj pogonske energije.
[5] V večini primerov poteka cevni razvod znotraj toplotnega ovoja stavbe, zato toplotne izgube same po sebi niso nujno tudi dejansko izgubljene. Za primer vodenja skozi negrete prostore stavbe, je analogija izračuna povsem enaka.
[6] Ne PURES in ne TSG-1-004:2022 ne predpisujeta potrebne najmanjše debeline toplotne izolacije cevovodov sistema gretja, smernica določa zgolj debelino izolacije cevnega grelnega (ne tudi hladilnega) sistema v primerjani referenčni stavbi. Pravilnik o tehničnih zahtevah in učinkovitosti tehničnih stavbnih sistemov (Ur. l. RS, št. 83/24) v prilogi določa, da se razvodne cevi in oprema toplotno izolirajo skladno s standardom, ki določa minimalno toplotno izolacijo, oziroma s pravili stroke. Slovenski prevod ASHRAE Standard 90.1-2016 v Tabeli 6.8.3-1 predpisuje stroškovno optimalno debelino izolacije v odvisnosti od premera cevi in temperature grelne tekočine.
[7] Pravila stroke, to je npr. slovenski prevod ASHRAE Standard 90.1-2016, v Tabeli 6.8.3-1 predpisujejo stroškovno optimalno debelino izolacije v odvisnosti od premera cevi in temperature tekočine: 50 mm za nazivni premer DN 40 do 100 in za delovno območje 61-93 °C oziroma 40 mm za nazivni premer DN 40 do 100 in za delovno območje 41-60 °C.
[8] Stroškovno optimalno raven določa ZURE v 58. točki 4. člena kot raven energetske učinkovitosti z najnižjimi stroški med ocenjenim ekonomskim življenjskim ciklom, pri čemer se najnižji stroški določijo ob upoštevanju stroškov naložb, povezanih z energijo, stroškov vzdrževanja in operativnih stroškov… Drugi odstavek 25. člena, ki se nanaša na sNES, še določa, da se pri določitvi minimalnih zahtev glede energetske učinkovitosti stavb in njihovih elementov upoštevajo stroškovno optimalne ravni za minimalne zahteve glede energetske učinkovitosti stavb in elementov stavb…
[9] Lastnosti cementnega estriha: gostota ρ = 2200 kg*m3, specifična toplota cp = 1050 J/kg*K.
[10] Slovenski prevod ASHRAE Standarda 90.1, ki v Oddelku 6.4.3.3.2 določa zahteva za »Krmiljenje zamika«, kot izjemo od sicer zahtevanega zamika temperature prostora 5,6 K ob njegovi nezasedenosti, omejuje tega samo na 2 K za sevalne sisteme gretja.