Kodėl renkantis šilumokaitį būtina vertinti grįžtamąją temperatūrą, o ne tik kainą?

Kodėl renkantis šilumokaitį būtina vertinti grįžtamąją temperatūrą, o ne tik kainą?

Renkantis šilumokaitį šilumos punktui ar katilinei paprastai lyginami du skaičiai: galia kilovatais ir kaina eurais. Tai suprantama, bet to nepakanka. Yra trečias dydis, kuris per įrenginio tarnavimo laiką dažnai lemia didesnes sumas nei pirkimo kainos skirtumas. Tai grįžtamoji temperatūra.

Svarbu iš karto pasakyti esmę. Grįžtamoji temperatūra nėra vien šilumokaičio savybė, o visos sistemos darbo rezultatas. Tinkamai parinktas šilumokaitis sudaro sąlygas žemai grįžtamajai temperatūrai pasiekti, bet jis neištaisys blogo balansavimo, per didelių srautų ar veikiančių apvadų. Kita vertus, per mažas šilumokaitis gali tapti riba, kurios neįveiks net gerai sureguliuota sistema.

Fizika, kuri viską lemia

Perduodama šiluminė galia aprašoma paprasta lygtimi:

Q = m × c × ΔT

kur Q – galia, m – masės srautas, c – savitoji šiluma (vandeniui apie 4,19 kJ/kg·K), o ΔT – tiekimo ir grįžtamosios temperatūrų skirtumas.

Pastato ar tinklo poreikis (Q) yra fiksuotas. Vadinasi, kuo mažesnis temperatūrų skirtumas, tuo didesnį srautą reikia perpumpuoti tai pačiai galiai perduoti.

Paimkime kvartalinį tinklą, kurio galia 5 MW, o tiekimo temperatūra 90 °C: (žiūrėti straipsnio paveiksliuką)

Rodiklis

Grįžtamoji 65 °C (ΔT = 25 K) / Grįžtamoji 40 °C (ΔT = 50 K)

Masės srautas

~47,7 kg/s / ~23,9 kg/s

Tūrinis srautas

~172 m³/h / ~86 m³/h

Orientacinis vamzdyno dydis (kai v ≈ 2 m/s)

apie DN200 / apie DN125

Iš 1 m³ vandens perduodama šiluma apie 29 kWh / apie 58 kWh

Paskutinė eilutė ir yra visa esmė. Esant dvigubai didesniam temperatūrų skirtumui, tas pats kubinis metras vandens perneša dvigubai daugiau šilumos. Vadinasi, tam pačiam pastatų kiekiui apšildyti reikia perpus mažiau perpumpuoti.

Orientacinis vamzdyno dydis čia pateiktas tik iliustracijai. Galutinis DN parenkamas pagal leistinus slėgio nuostolius, vamzdžio vidinį skersmenį, trasos ilgį ir ekonominį greitį.

Ką tai reiškia praktiškai

Vamzdynas. Mažesnis srautas leidžia projektuoti mažesnio skersmens vamzdynus. Naujo tinklo atveju tai tiesioginė investicijų ekonomija: mažesnės trasos, mažesnė izoliacija, pigesnis montavimas.

Siurbimo energija. Tame pačiame nekeičiamame vamzdyne trinties slėgio nuostoliai apytiksliai kinta proporcingai srauto kvadratui, o hidraulinė siurblio galia – maždaug srauto kubui. Idealiu atveju perpus sumažinus srautą reikalinga hidraulinė galia sumažėtų iki maždaug vienos aštuntosios. Praktikoje rezultatą keičia minimalus reikalaujamas slėgio skirtumas, reguliavimo vožtuvai, siurblio naudingumo koeficientas ir valdymo režimas, tad realus sutaupymas mažesnis, bet vis tiek reikšmingas.

Šilumos nuostoliai trasoje. Nuostoliai priklauso nuo temperatūrų skirtumo tarp vamzdžio ir grunto. Jei gruntas yra apie 8 °C, grįžtamoji linija su 65 °C turi 57 K skirtumą, o su 40 °C – tik 32 K. Esant tam pačiam vamzdžiui ir izoliacijai, grįžtamosios linijos nuostolių temperatūrinė dedamoji teoriškai sumažėtų apie 44 %. Bendras viso tinklo sutaupymas būtų mažesnis, nes tiekimo linija lieka tokia pat karšta, o galutinis rezultatas priklauso nuo vamzdynų konstrukcijos, izoliacijos ir faktinių metinių temperatūrų.

Pralaidumas. Sumažinus srautą, prie esamo tinklo galima prijungti daugiau vartotojų nekeičiant vamzdynų. Augantiems miestams tai dažnai svarbiau už patį energijos sutaupymą.

Verta turėti omenyje, kad naujame tinkle mažesnį srautą galima paversti mažesniais vamzdžiais, o esamame – arba mažesniais slėgio nuostoliais, arba papildomu pralaidumu. Abiejų naudų vienu metu paprastai negaunama.

Šilumos gamyba. Žemesnė grįžtamoji temperatūra didina dūmų kondensacijos, žemos temperatūros atliekinės šilumos ir geoterminės energijos panaudojimo galimybes. Šilumos siurbliams svarbiausias yra temperatūros pakėlimas tarp šaltinio ir šildymo tinklo: kuo jis mažesnis, tuo paprastai didesnis našumo koeficientas. Todėl žemesnės tinklo temperatūros dažniausiai gerina šilumos siurblių efektyvumą, tačiau universalaus sutaupymo „vienam laipsniui" nėra.

Iš kur atsiranda per aukšta grįžtamoji temperatūra

Problema dažniausiai kyla ne pačiame šilumokaityje, o pastato pusėje:

nesubalansuota vidaus šildymo sistema, kurioje dalis stovų prasisuka per dideliu srautu; karšto vandens cirkuliacijos kontūras, grąžinantis vandenį per aukšta temperatūra; palikti veikiantys apvadai ir apeinamosios linijos; per aukšta arba neatnaujinta tiekimo temperatūros kreivė valdiklyje; neveikiantys ar neteisingai nustatyti reguliatoriai, slėgio skirtumo reguliavimo trūkumas; nuosėdos arba užsiteršęs šilumokaitis.

Projektinė ir faktinė temperatūra – ne tas pats

Prieš darant išvadas svarbu žinoti, kokia grįžtamoji temperatūra objekte yra iš tikrųjų, o ne kokia buvo suprojektuota prieš dvidešimt metų.

Vienas momentinis matavimas nieko neįrodo. Vertingesni yra bent 7–14 parų šilumos apskaitos prietaiso duomenys, apimantys skirtingas apkrovas ir lauko temperatūras. Neretai paaiškėja, kad problema yra ne įrangoje, o nustatymuose, ir ją galima pašalinti gerokai pigiau, nei keičiant šilumokaitį.

Ką iš tikrųjų reikia lyginti pasiūlymuose

Du pasiūlymai tam pačiam objektui, abu užrašyti kaip „500 kW", gali skirtis kaina trečdaliu. Priežastis retai būna vien prekės ženklas.

Temperatūrinis priartėjimas (angl. approach temperature). Šildymo režime tai skirtumas tarp pirminės pusės išėjimo ir antrinės pusės įėjimo temperatūrų. Kuo mažesnio priartėjimo siekiama, tuo paprastai reikia didesnio šilumos mainų ploto. Tačiau faktinė pirminio kontūro grįžtamoji temperatūra priklauso ne tik nuo šilumokaičio, bet ir nuo antrinės sistemos darbo, srautų bei apkrovos.

Šilumos mainų plotas ir plokštelių konfigūracija. Plokštelių skaičiaus negalima tiesiogiai lyginti tarp skirtingų modelių ar gamintojų. Plokštelės skiriasi dydžiu, profiliu, kanalo gyliu, gofravimo kampu ir pratekėjimo schema, todėl vertinti reikia ne vien plotą, bet ir apskaičiuotą šilumos perdavimo koeficientą, temperatūras bei slėgio nuostolius. Ryšys tarp temperatūrinio priartėjimo, ploto ir slėgio nuostolių nėra tiesinis, tad dvigubai didesnis plotas nereiškia dvigubai geresnio rezultato.

Faktinis slėgio kritimas abiejose pusėse. Jei skaičiuojant leistas didelis slėgio kritimas, kurio sistema realiai neturi, projektinis režimas nebus pasiektas.

Atsargos ir užterštumo koeficientai. Skirtingi tiekėjai naudoja skirtingas prielaidas. Palyginimas jų nesuvienodinus yra beprasmis.

Medžiagos ir tarpinių tipas. Plokštelių plienas, tarpinių guma ir sujungimo technologija lemia tinkamumą konkrečiai terpei ir realų tarnavimo laiką.

Ar didesnis šilumokaitis visada geresnis?

Ne. Mažesnis įrenginys su didesniu temperatūriniu priartėjimu reiškia aukštesnę grįžtamąją temperatūrą visą tarnavimo laiką, tad taupyti čia rizikinga. Bet ir perteklinis plotas turi kainą: per daug lygiagrečių kanalų sumažina terpės greitį ir turbulenciją, o kartu padidina užsiteršimo riziką.

Tinkamas sprendimas yra pusiausvyra tarp ploto, temperatūrinio priartėjimo ir slėgio nuostolių, o ne kraštutinumas į kurią nors pusę.

Kryptis, į kurią juda šilumos tinklai

Antrosios kartos tinkluose paprastai naudotas aukštesnės nei 100 °C temperatūros slėginis vanduo. Trečiosios kartos sistemose, kurioms priklauso didelė dalis šiandieninių Lietuvos tinklų, tiekimo temperatūros dažniausiai sumažėjo žemiau 100 °C, atsirado iš anksto izoliuoti vamzdžiai ir kompaktiški šilumos punktai. Ketvirtosios kartos tinklai projektuojami dar žemesnėms temperatūroms – literatūroje dažnai nurodomi maždaug 40–70 °C tiekimo ir 20–30 °C grįžtamosios temperatūros intervalai.

Tai kryptis, o ne visiems tinklams privalomas vienodas režimas. Konkrečios temperatūros Lietuvoje skiriasi pagal miestą, zoną, sezoną ir lauko temperatūrą, todėl parenkant įrangą reikia remtis konkretaus tiekėjo temperatūriniu grafiku.

Vis dėlto bendra tendencija svarbi praktiškai: perėjus į žemesnį temperatūrinį režimą, tam pačiam pastatui reikia didesnio šilumos mainų ploto. Todėl seniai parinktas šilumokaitis naujame režime gali nebeatitikti lūkesčių, net jei techniškai yra tvarkingas.

Šilumokaičių tipai

Lituoti variu. Kompaktiški ir palyginti nebrangūs. Neišardomi, todėl praplaunami ir valomi tik chemiškai, be galimybės mechaniškai nuvalyti plokšteles. Temperatūros ir slėgio ribos priklauso nuo konkretaus modelio.

Be vario. Kai varis terpėje netinka, pavyzdžiui, amoniako kontūruose. Naudojamos skirtingos sujungimo technologijos ir užpildai, todėl tinkamumas visada tikrinamas pagal konkrečią terpę ir modelį, o ne pagal bendrą kategoriją.

Išardomi, su tarpinėmis. Didesnėms galioms ir tada, kai reikia galimybės išplėsti, mechaniškai išvalyti ar pakeisti plokšteles. Didžiuosiuose šilumos punktuose ir katilinėse tai dažnas, nors ir ne vienintelis, racionalus pasirinkimas.

Renkantis medžiagas vien pasakyti „agresyvus vanduo" nepakanka. Reikia žinoti pH, chloridų kiekį, laidumą ir darbinę temperatūrą.

Apie gamintojus

Lietuvos rinkoje dirbama su Alfa Laval, Danfoss, Hexonic (anksčiau – Secespol), Kelvion, SWEP, Davhex ir kitų gamintojų šilumokaičiais. Nė vienas iš jų nėra universaliai geriausias. Vienam objektui lemia kompaktiškumas, kitam – aptarnaujamumas, trečiam – medžiagų suderinamumas su terpe.

Todėl racionalu ne pasirinkti gamintoją iš anksto, o pirma apibrėžti režimą, tada palyginti kelių gamintojų atitikmenis vienodomis sąlygomis.

Praktinė išvada

Prieš perkant šilumokaitį verta atsakyti į tris klausimus:

Kokia yra reali, o ne projektinė objekto grįžtamoji temperatūra šiandien? Kokiam temperatūriniam režimui tinklas judės per artimiausius dešimt metų? Ar lyginami pasiūlymai skaičiuoti tomis pačiomis sąlygomis?

Jei atsakymo į pirmąjį klausimą nėra, pradėti verta nuo matavimų, o ne nuo pirkimo.

Turite kelių tiekėjų šilumokaičių parinkimo lapus tam pačiam objektui? Atsiųskite juos – patikrinsime, ar jie apskaičiuoti vienodomis sąlygomis ir ką realiai reiškia kainos skirtumas.

Apie tai, kaip parinkti sugedusios ar nebegaminamos šilumos punkto įrangos pakaitalą, rašėme atskirame straipsnyje „Kaip pasirinkti tinkamą šilumos punkto įrangą ir išvengti brangių klaidų?".

UAB „Absoliuta" – Vilniuje veikianti ŠVOK įrangos tiekimo ir techninio parinkimo įmonė. Atliekame šilumokaičių, cirkuliacinių siurblių ir automatikos parinkimą šilumos punktams bei katilinėms iš kelių gamintojų, dirbame su projektuotojais, šilumos tiekėjais, pastatų administratoriais, rangovais ir serviso įmonėmis.

Išgirstame. Parenkame. Pristatome.