Sieci ciepłownicze i węzły cieplne – projektowanie, modernizacja, wykonawstwo

Nowoczesne rozwiązania dla efektywnej dystrybucji ciepła sieciowego

Artykuł relacjonujący warsztaty „Sieci i węzły cieplne – projektowanie, eksploatacja, modernizacja, wykonawstwo” – zorganizowane 12 grudnia w Warszawie przez zespół CBE Polska.

Przetwarzanie danych w informacje usprawniające zarządzanie dla energetyki cieplnej

Marek Zając, Partner i kierownik ds. konsultingu w ConnectPoint swoje wystąpienie rozpoczął od wymienienia i omówienia korzyści z wprowadzenia innowacyjnych rozwiązań dla firm z branży energetycznej. Pierwszą z nich jest zwiększenie lojalności klientów, które można osiągnąć m.in. poprzez skrócenie czasu likwidacji awarii, eliminację problemów na węzłach czy zmniejszenie liczby reklamacji. Drugą bardzo pożądaną korzyścią jest zwiększenie efektywności energetycznej systemu, co powinno być powiązane z redukcją emisji CO2, lepszym i szybszym wykrywaniem wycieków, zmniejszeniem strat ciepła oraz wsparciem dla wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej w kogeneracji.

Następnym obszarem optymalizacji jest poprawa efektywności pracy, w szczególności skrócenie czasu potrzebnego do podejmowania decyzji, zmniejszenie ilości błędów ludzkich, zwiększenie szybkości reagowania na błędy, a także propagowanie najlepszych dostępnych praktyk. Reczone usprawnienia powinny przełożyć się również na poprawę elastycznego zarządznia dystrybucją i na wydłużenie okresu eksploatacji urządzeń.

Zdaniem eksperta w celu zwiększenia przychodów przedsiębiorstwa ciepłowniczego warto wdrożyć centralne repozytorium danych produkcyjnych. Polityka remontowo inwestycyjna powinna być realizowana w oparciu o analizy ryzyka. Poprawie przychodów w dużej mierze mogą przysłużyć się wdrożenie systemów: analizy poprawności odczytów układów rozliczeniowych, diagnostyki pracy węzłów ciepłowniczych, predykcji mocy systemu ciepłowniczego i klientów oraz wizulizacji wielkoformatowej dla dyspozytorów.

Marek Zając zaprezentował również sposoby optymalizacji parametrów tabeli regulacyjnej dla sieci ciepłowniczej i pracy źródeł ciepła (ekonomiczny rozkład obciążeń). Aktualnie ciepłownictwo powinno jeszcze inwestować we wsparcie pracowników w terenie, choćby poprzez udostępnienie im dostępu do nowoczesnego oprogramowania z poziomu aplikacji mobilnych.

Reprezentant ConnectPoint zaprezentował także doświadczenie z implementacji centralnych repozytoriów danych produkcyjnych – Systemu bazującego na sprawdzonej platformie OSISoft PI. Rzeczone wdrożenie umożliwia podejmowanie decyzji w oparciu o dane w czasie rzeczywistym, obniżenie kosztów pozyskania informacji, skrócenie czasu diagnostyki i szybszą reakcję na wykryte nieprawidłowości.

Gdy wszystkie istotne dane technologiczne zgromadzone w jednym miejscu, są o wiele łatwiej dostępne dla wszystkich użytkowników, którzy ich potrzebują. Ponadto aktualizacja danych dokonywana jest na bieżąco i zgodnie z potrzebami, ilość aplikacji może zostać zredukowana, a silosy danych mogą zostać wyeliminowane, dzięki czemu dane będą bardziej wiarygodne i spójne – podsumował Marek Zając.

Projektowanie, produkcja i modernizacji węzłów cieplnych zgodnie z obowiązującymi procedurami oraz wymiana izolacji sieci napowietrznych

Każdy węzeł cieplny stworzony przez Elektrotermex powstaje na podstawie indywidualnego projektu i wykonuje się go „na miarę”, co daje gwarancję dopasowania do parametrów sieci i instalacji wewnętrznych – podkreślił Zenon Chrostowski, Dyrektor Marketingu, Elektrotermex Sp. z o.o. Ekspert uargumentował dlaczego zamawiający węzły cieplne powinni wybierać dostawców stosujących system jakości ISO 9001:2000, który jest gwarantem dotrzymywania wysokich standardów projektowania, produkcji i serwisu.

Kolejnym ważnym oznaczeniem jest oznakowanie CE – zgodnie z dyrektywami UE, a od 1 maja 2004 roku również przepisami krajowymi, kompaktowy węzeł cieplny musi posiadać rzeczone oznakowanie. Zenon Chrostowski przypomniał, że procedury oceny zgodności możemy podzielić na kategorie w zelżności od mocy węzła i wówczas znając poszczególne moduły (A, A1, D1, E1, B1+D, B1+F, B+E, B+C1, H, B+D, B+F, G, H1) zamawiający wie, jakiej konkretnie dokumentacji powinien oczekiwać oraz które zadania powinny zostać podjęte (np. raport z audytu, raporty okresowe z wizyt kontrolnych, weryfikacje i zatwierdzanie procedór operacyjnych).

Przedstawiciel Elektrotermexu zwrócił również uwagę na zalety modułowej konstrukcji węzłów oraz na ich ergonomię, dzięki czemu przenosze niewęzła jest dużo łatwiejsze, a eksploatacja wygodniejsza. Zenon Chrostowski wymienił i omówił także zagadnienia istotne dla wartościowej analizy ryzyka, w szczególności aspekty dotyczące: doboru materiałów takich jak rury, kołnierze, kształtki itp., kontroli projektu na każdym etapie, weryfikacji uprawnień spawaczy i monterów, identyfikowalności materiałów do produkcji węzłów, badań kontrolnych i deklaracje zgodności.

Zenon Chrostowski podkreślił, że jednofunkcyjne węzły cieplne (pracujące tylko na potrzeby układu centralnego ogrzewania) poprzez transformację parametrów wody sieciowej na wymagane parametry centralnego ogrzewania – za pośrednictwem wymiennika ciepła – umożliwiają uzyskanie bardzo dobrej regulacji temperatury wody w instalacji oraz odseparowanie jej od zakłóceń hydraulicznych w sieci miejskiej. Jednofunkcyjne węzły mają zastosowanie w układach takich jak układy zasilania budynku tylko na potrzeby centralnego ogrzewania (np. hale fabryczne, magazyny, sklepy) lub modernizacji instalacji c.o. w budynkach mieszkalnych, w których użytkownicy mają już ciepłą wodę z innego źródła (np. piecyki gazowe). W dalszej części referatu reprezentant Elektrotermexu omówił zagadnienia dotyczące wymiany izolacji sieci napowietrznych.

Automatyka dla ciepłownictwa w praktyce

Specjalnością firmy SABUR są systemy automatyki o otwartej architekturze i szeroko wykorzystujące technologie internetowe już na poziomie sterowników – poinformował Tomasz Proczkowski, Starszy Specjalista ds. Technicznych w SABUR Sp. z o.o. Ekspert zaprezentował sterowniki, rozwiązania i ich możliwości w ujęciu praktycznym, omówił zalety sterowników swobodnie programowalnych, obszar komunikacji automation serwer/klient w sterownikach Saia (IT i IP) oraz protokoły automatyki ułatwiajce osiąganie lepszych wskaźników ekonomicznych. Wspomniane protokoły powodują obniżenie kosztów eksploatacji instalacji oraz przyczyniają się do wzrostu komfortu i bezpieczeństwa. Przedstawiciel firmy SABUR przybliżył aktualne możliwości zdalnego sterowania, monitoringu, alarmowania oraz metody wizualizacji, analizy pracy i optymalizacji dowolnych węzłów cieplnych, komór ciepłowniczych, stacji podnoszenia/obniżania ciśnień, a także dla całych kotłowni, elektrociepłowni i innych instalacji ciepłowniczych.

Tomasz Proczkowski podkreślił, że reprezentowana przez niego firma ma już za sobą tysiące wdrożeń i projektów, a specjalistów i aplikacje SABUR uwiarygadnia wieloletnie doświadczenie na rynku. Następnie ekspert szczegółowo opowiedział o sterownikach węzłów cieplnych typu SWC, czemu towarzyszył pokaz praktycznych rozwiązań w tym zakresie, a później o sterownikach innych instalacji (komory, stacje ciśnień, przepompownie) oraz o sterowaniu i monitorowaniu obiektów rozproszonych SiMOR dla węzłów, komór i stacje ciśnień.

Na koniec reprezntant SABUR przedstawił referencje z realizacji dla większych i mniejszych węzłów cieplnych, wśród których znalazły się weżły 3-, 4- i 5-funkcyjne. Takie rozwiązania są dedykowane np. dla budynków użyteczności publicznej takich jak urzędy, biurowce lub dworce, dla centów handlowych oraz dla komór ciepłowniczcyh i przepompowni. Warto podkreślić, że oferowane rozwiązania są skalowalne i modułowe oraz że cechuje je „inteligencja” często kojarzone z internetem rzeczy i przemysłem 4.0, dzięki czemu poprawiają elastyczność dystybucji ciepła, a ich rozbudowa jest nieproblematyczna.

Wpływ sposobu produkcji rur preizolowanych na właściwości izolacji poliuretanowej rur preizolowanych

Wymagania dotyczące systemu rur preizolowanych w nawiązaniu do norm europejskich były pierwszym z tematycznych obszarów omówionych przez Ireneusza Iwko, który jest głównym specjalistą ds. systemów rur preizolowanych w firmie LOGSTOR.

Pierwszą z omówionych przez eksperta norm była norma PN-EN 13941+A1:2010 (EN 13941-1:2017; EN 13941-2:2017) dotyczy projektowania i montażu podziemnych preizolowanych sieci cieplnych. Określa klasy projektowe i w zależności od przyjętej klasy projektu narzuca zasady dotyczące projektowania rurociągów preizolowanych oraz wymagania dotyczące dokumentacji projektowej. Ponado opisuje wymagania jakie powinny spełniać rury stalowe, izolacja PUR, płaszcz osłonowy oraz rury i elementy preizolowane. Co więcej, określa zasady związane z montażem rurociągów, kontrolą wykonania spoin spawanych oraz uruchomieniem sieci cieplnej, a także podaje sposób obliczenia naprężeń i wydłużeń dla prostych odcinków rur, w łuków kompensacyjnych, trójników, zwężek oraz stabilności konstrukcji.

Następnie reprezentant LOGSTOR-u przybliżył normę PN-EN 253+A2:2015 dotyczącą preizolowanych rur prostych i określającą wymagania dla rur stalowych (rodzaj stali, średnice, grubości ścianek, tolerancje średnic i grubości ścianek, płaszcza osłonowego PE (właściwości surowca, gotowego płaszcza, sposobu kontroli wy/w właściwości). Wspomniana norma dotyczy również izolacji ze sztywnej pianki poliuretanowej – wytrzymałość na ściskanie, zespołu rurowego (średnice, odchylenie od współosiowości, wytrzymałości na ścinanie, przewodności cieplnej, odporności na pełzanie, a także sposobu wykonania badań i kontroli bieżącej producenta.

Kolejną normą omówioną przez Ireneusza Iwkę była norma Norma PN-EN 448:2015-12, która dotyczy preizolowanych kształtek i określa wymagania dla elementów stalowych: łuków, trójników, zwężek, punktów stałych, dennic oraz wymagań dotyczących wykonania spoin spawanych oraz płaszcza osłonowego PE kształtek oraz sposobu łączenia elementów płaszcza (zgrzewanie doczołowe, zgrzewanie przez wytłaczanie). Norma ta dotyczy ponadto izolacji ze sztywnej pianki poliuretanowej kształtek, jak również sposobu wykonania badań oraz kontroli bieżącej producenta. Następnie ekspert przybliżył normę PN-EN 489:2009 odnoszącą się do połączeń w systemie rur i elementów preizolowanych oraz określającą wymagania dotyczące polączeń rur stalowych – spoin spawanych, złączy izolacyjnych oraz uprawnień spawacza i montera złączy, a także kontroli wykonania spoin i złączy izolacyjnych oraz wytyczne montażu złączy oraz sposobu badań złączy izolacyjnych niezbędnych do wykonania przez producenta.

Norma PN-EN 14419:2009 dotyczy przewodów sygnalizacji stanów awaryjnych w rurach i elementach preizolowanych oraz określa wymagania badań przewodów w rurach i elementach przez producenta: badanie przewodności pętli: prąd stały: ≤ 24 V – natężenie < 100mA, badanie oporności izolacji: prąd stały: ≤ 1000V – oporność ≥ 500M. Ponadto norma dotyczy badań przewodów w rurach i elementach na budowie, a konkretnie badań przewodności pętli: prąd stały: ≤ 24 V – natężenie < 100mA oraz badań oporności izolacji: prąd stały: ≤ 24 V – oporność wg producenta. Ostatnią z omówionych przez przedstawiciela LOGSTOR norm była norma PN-EN 15698-1:2009; PN-EN 15698-2:2015, która odnosi się do preizolowanych rur prostych TWINPIPE i określa wymagania dla rur stalowych (odwołanie do PN-EN 253), płaszcza osłonowego PE (odwołanie do PN-EN 253), izolacji ze sztywnej pianki poliuretanowej (odwołanie do PN-EN 253), zespołu rurowego (średnice, odległości między rurami, skręcenie rur względem osi, wytrzymałości na ścinanie) oraz sposobu wykonania badań i kontroli rur TWINPIPE.

W dalszej części referatu ekspert przybliżył grupę norm PN-EN 15632-1÷4, a ponadto skoncentrował się na wyjaśnieniu dlaczego parametry izolacji termicznej PUR i zespołu rurowego są ważne oraz przedstawił kluczowe parametry izolacji termicznej ze sztywnej pianki poliuretanowej i ich wpływ na trwałość zespołu rurowego, jakość produkowanych elementów oraz zachowanie się izolacji z upływem czasu, a także opisał stosowane obecnie na rynku metody produkcji rur preizolowanych oraz ich wpływ na właściwości gotowych rur preizolowanych.

Proste i efektywne energetycznie rozwiązania Danfoss stosowane w ciepłownictwie

Waldemar Wawrzyniak, Kierownik ds. kluczowych klientów w Danfoss Poland sp. z o.o. merytoryczną część swojego wystąpienia rozpoczął od przedstaiwenia kilku istotnych informacji statystycznych opracowanych przez GUS, które przekładają się na potencjał dla efektywności energetycznej. Ekspert poinformował, że ciepło stanowi 70% energii zużywanej w gospodarstwach domowych, a 11,5% gospodarstw domowych nie zaspakaja swoich potrzeb energetycznych, deklarując brak możliwości zapewnienia optymalnej temperatury w mieszkaniu. W ocieplonych budynkach znajdowało się 58,8% mieszkań, ale tylko 11% gospodarstw domowych posiada możliwość regulacji temperatury, w tym termostaty pokojowe są w zaledwie 3,2% gospodarstw.

Warunkiem prawidłowej pracy układów ciepłowniczych jest wysoka różnica ΔT przy małym natężeniu przepływu. Jest to możliwe do osiągnięcia dzięki prawidłowo zrównoważonym przepływie w całym układzie. Oznacza to, że układ musi mieć ustaloną równowagę hydrauliczną. Równoważenie układu można rozdzielić na na 3 grupy, z których każda jest indywidualnie zrównoważona: sieć ciepłownicza, węzeł ciepłowniczy oraz instalacja wewnętrzna. System ciepłowniczy będzie efektywny, gdy wszystkie trzy obszary będą zrównoważone hydraulicznie i zoptymalizowane do wielkości rzeczywistej układu.

Waldemar Wawrzyniak zwrócił uwagę, iż odpowiedni węzeł znacznie optymalizuje wydajność energetyczną. Wybór właściwego układu rozdziału ciepła dla budynku lub sieci jest istotny w celu uzyskania rozwiązania o najwyższej wydajności energetycznej. Jednolita prędkość przepływu sprawia, że płyn jest lepiej rozprowadzany i mieszany, przez co zwiększa się współczynnik przejmowania ciepła. Unikalna konstrukcja płyty i dodatkowo sposób w jaki rozprowadzana jest woda wewnątrz MPHE, zmniejsza stratę ciśnienia, co oznacza, że potrzeba mniej energii na przetłoczenie wody w systemie, co w konsekwencji obniża koszty eksploatacji instalacji. Ekspert zaprezentował i szczegółowo omówił kilka produktów oferowanych przez Danfoss, m.in. nowe, gotowe do inteligentnej regulacji regulatory ciśnienia i przepływu, regulatory pilotowe typu PCV o największym zakresie regulacji 750:1, regulator pogodowy w systemach SCADA – ECL PORTAL, energooszczędny węzeł cieplny oraz następną generację wymienników ciepła do zastosowań ciepłowniczych, lutowane i skręcane wymienniki ciepła.

Sieci ciepłownicze w świetle prawa budowlanego i energetycznego

Zwieńczeniem warsztatów była prezentacja Marcina Jamrozika, Partnera w Kancelarii Polowiec i Wspólnicy. Ekspert rozpoczął od przypomnienia wszystkich najważniejszych definicji dotyczacych sieci i węzłów cieplnych znajdujących się w ustawach o prawie budowlanym i prawie energetycznym.

Ilekroć w ustawie (Prawo Budowlane) jest mowa o obiekcie budowlanym – należy przez to rozumieć budynek, budowlę bądź obiekt małej architektury, wraz z instalacjami zapewniającymi możliwość użytkowania obiektu zgodnie z jego przeznaczeniem, wzniesiony z użyciem wyrobów budowlanych. Z kolei budowlą – jest każdy obiekt budowlany niebędący budynkiem lub obiektem małej architektury, jak: obiekty liniowe, lotniska, mosty, wiadukty, estakady, tunele, przepusty, sieci techniczne, wolno stojące maszty antenowe, wolno stojące trwale związane z gruntem tablice reklamowe i urządzenia reklamowe, budowle ziemne – poinformował przedstawiciel Kancelarii Polowiec i Wspólnicy.

Ustawa wyróżnia jeszcze obiekty liniowe – to obiekty budowlane, których charakterystycznym parametrem jest długość, w szczególności droga wraz ze zjazdami, linia kolejowa, wodociąg, kanał, gazociąg, ciepłociąg, rurociąg, linia i trakcja elektroenergetyczna. Samą budowę – należy traktować jako wykonywanie obiektu budowlanego w określonym miejscu, a także odbudowę, rozbudowę, nadbudowę obiektu budowlanego.

Zgodnie z ustawą roboty budowlane należy rozumieć jako budowę, a także prace polegające na przebudowie, montażu, remoncie lub rozbiórce obiektu budowlanego, przy czym przebudowa to wykonywanie robót budowlanych, w wyniku których następuje zmiana parametrów użytkowych lub technicznych istniejącego obiektu budowlanego, z wyjątkiem charakterystycznych parametrów, jak: kubatura, powierzchnia zabudowy, wysokość, długość, szerokość bądź liczba kondygnacji. Natomiast remont – to wykonywanie w istniejącym obiekcie budowlanym robót budowlanych polegających na odtworzeniu stanu pierwotnego, a niestanowiących bieżącej konserwacji.

Urządzenia budowlane – urządzenia techniczne związane z obiektem budowlanym, zapewniające możliwość użytkowania obiektu zgodnie z jego przeznaczeniem, jak przyłącza i urządzenia instalacyjne. Zdaniem eksperta przydatna jest jeszcze definicja prawa do dysponowania nieruchomością na cele budowlane – należy przez to rozumieć tytuł prawny wynikający z prawa własności, użytkowania wieczystego, zarządu, ograniczonego prawa rzeczowego albo stosunku zobowiązaniowego, przewidującego uprawnienia do wykonywania robót

budowlanych.

W dalszej części referatu Marcin Jamrozik omówił podstawę prawną prowadzenia robót budowlanych, pozwolnie na budowę, budowę przyłączy (art. 29A PB), kwestie dotycżace zgłoszeń organowi administracji architektoniczno-budowlanej, inwentaryzację geodezyjną, przystąpienie do użytkowania, a także szereg istotnych zapisów z ustawy Prawo Energetyczny i Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 15 stycznia 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemów ciepłowniczych (Dz. U. 2007 Nr 16, poz. 92) m.in. pod kątem warunków przyłączenia do sieci ciepłowniczej, a także eksploatacji tejże.

Niniejszy artykuł został zredagowany przez zespół CBE Polska w oparciu o dyskusje i prezentacje wygłoszone/wyświetlone podczas warsztatów pt. „Sieci i węzły cieplne – projektowanie, eksploatacja, modernizacja, wykonawstwo”, które odbyły się 12 grudnia w Warszawie.