Nowe zadania dla węzłów cieplnych – inteligentne budynki

Po zmianach dotyczących izolacyjności termicznej oraz zużycia energii pierwotnej na ogrzewanie, ciepłą wodę oraz wentylację i oświetlenie nowe wymogi służą zintegrowaniu wszystkich instalacji w budynkach, tak aby były one inteligentne, niemal zeroenergetyczne i wspierały elektromobilność. Cele te zostały określone w czerwcu br. w dyrektywie 2018/844/UE, zmieniającej dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej. Nowe wymagania powinny zostać wdrożone do prawa krajowego do 10 marca 2020 r. [1].

Rola systemów technicznych budynków i automatyki budynkowej w osiąganiu efektywności energetycznej i zapewnianiu komfortu stale rośnie. W polskich miastach jednym z najważniejszych źródeł energii dla ogrzewania i przygotowania ciepłej wody jest sieć ciepłownicza, ale coraz częściej nie jest to jedyne źródło ciepła – wykorzystywane są też kolektory słoneczne i pompy ciepła. Również w budynkach niezasilanych z sieci ciepłowniczych coraz częściej stosuje się układy hybrydowe – np. pompę ciepła i kocioł kondensacyjny gazowy lub kocioł kondensacyjny olejowy. Tym samym rośnie znaczenie wymienników ciepła i węzłów cieplnych.

W Polsce eksperymentalną instalację w budynku mieszkalnym zasilanym z sieci ciepłowniczej i z kolektorów słonecznych zbudowano kila lat temu w Warszawie w ramach projektu Miejski Budynek Jutra 2030 [4]. Założono, że ciepło z sieci w pełni zaspokoi zapotrzebowanie na energię w budynku, a kolektory będą je uzupełniać tylko przy korzystnych warunkach pogodowych.

Kluczowe dla powodzenia tego projektu było wyposażenie węzłów cieplnych w odpowiednie sterowanie i automatykę. W budynku tym zastosowano monitoring i wizualizację pracy węzła sieciowego, co pozwala na bieżąco kontrolować, ile energii wytwarzane jest w kolektorach, a ile pochodzi z sieci ciepłowniczej.

Takie rozwiązania w automatyce i sterowaniu wraz z monitoringiem – w myśl wymagań zawartych w nowej dyrektywie – będą za kilka lat standardem. Tak samo jak wyposażenie każdego nowego i remontowanego budynku w samoregulujące się urządzenia do indywidualnej regulacji temperatury w poszczególnych pomieszczeniach, jeżeli jest to możliwe z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia.

Od wielu lat na rynku oferowane są węzły z automatyką i regulacją pozwalające obniżyć zapotrzebowanie na ciepło oraz zapewniające sprawną obsługę i konserwację. Stawiane obecnie wymagania dla instalacji w celu osiągnięcia poziomu budynku inteligentnego i niemal zeroenergetycznego są oparte na tym, co rynek oferuje od kilkunastu lat i co po wdrożeniu sprawdziło się w praktyce.

Węzły składają się najczęściej z elementów produkowanych przez wielu producentów, lecz ważny jest wymiennik oraz układ sterowania i regulacji. Zasadnicze znaczenie ma elektronika oraz możliwość zdalnej komunikacji z układem sterowania i regulacji, a także pomiarowym. Umożliwia to nie tylko zwiększenie bezpieczeństwa pracy urządzeń, ale i zapewnienie komfortu oraz oszczędnej eksploatacji. Na rynku oferowane są różnorodne węzły: począwszy od parametrów dostosowanych do potrzeb domów jednorodzinnych, po urządzenia dla dużych obiektów, z rozbudowaną automatyką i instalacjami c.o., c.w.u. i klimatyzacji.

Węzły cieplne najczęściej wykonywane są na indywidualne zamówienie, zgodnie z wymaganiami i potrzebami inwestora oraz lokalnymi warunkami techniczno-eksploatacyjnymi. Ich dobór nie stwarza projektantom problemów, gdyż producenci oferują niezbędną pomoc.

Węzły kompaktowe

Dostępna jest spora gama węzłów kompaktowych, które mają budowę modułową, urządzenia umieszczone są na samonośnej, lekkiej konstrukcji. Mają moce od 10 do nawet 100 MW (rys. 1).

W typowych węzłach kompaktowych można wyodrębnić następujące elementy:

• wymiennik ciepła – standardowo płytowy,

• moduł ochronny – zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem ciśnienia (zawory bezpieczeństwa, zamknięte naczynia wzbiorcze), przed zapowietrzeniem (zawory odpowietrzające), przed zanieczyszczeniami (filtry, filtroodmulniki, magnetyzery), przed niepożądanym przepływem (zawory odcinające, zawory zwrotne) oraz izolacje przed stratami ciepła,

• moduł regulacji, w tym z regulacją pogodową,

• moduł pomiarowy – ciepłomierz.

Obok typowych węzłów do budynków oferowane są także układy dla budownictwa jednorodzinnego i małych obiektów użytkowych lub użyteczności publicznej zasilanych z sieci ciepłowniczej. Dostępne są jako dwu- lub jednofunkcyjne z przygotowaniem c.w.u. w zasobniku.

Węzły wyposaża się w układy regulacji i automatyki. Można w nich stosować proste zestawy regulacyjne (włącz/wyłącz), pogodowe oraz programowanie w cyklu dobowym i tygodniowym, a także zdalną regulację za pomocą aplikacji mobilnej, zwłaszcza włączenie w system automatyki inteligentnego budynku. Standardem jest zdalny odczyt wodomierzy i ciepłomierzy.

Indywidualne stacje mieszkaniowe

Wymagania dyrektywy 2018/844/UE w zakresie stosowania samoregulujących się urządzeń do indywidualnej regulacji temperatury w poszczególnych pomieszczeniach opierają się m.in. na tym, że od wielu lat na rynku dostępne są też indywidualne stacje mieszkaniowe (rys. 2).

To są gotowe urządzenia dla parametrów wody instalacyjnej (maks. 90°C) dostarczanej z sieci ciepłowniczej po przejściu przez węzeł cieplny (może być także skojarzony z dodatkowym źródłem OZE) lub z kotłowni w budynku. Ich moc wynosi od kilku do kilkudziesięciu kW – czyli tyle, ile wymagają mieszkania na potrzeby zaopatrzenia ich w ciepłą wodę użytkową i ciepło do centralnego ogrzewania. To są rozwiązanie łączące energooszczędność z możliwością indywidualnego sterowania komfortem cieplnym w poszczególnych mieszkaniach, dzięki czemu każdy lokal lub mieszkanie może indywidualnie zaprogramować harmonogram ogrzewania i indywidualnie ustawić temperaturę w pomieszczeniach oraz temperaturę c.w.u.

W instalacji z węzłami mieszkaniowymi nie ma pionów c.o., c.w.u. i cyrkulacyjnego przechodzących przez mieszkania – jak w tradycyjnym rozprowadzeniu. Są tylko trzy przewody w częściach wspólnych: zasilanie i powrót wody grzewczej oraz zimna woda. Zmniejszenie liczby przewodów daje nie tylko oszczędności inwestycyjne, ale i eksploatacyjne związane z ograniczeniem strat ciepła spowodowanych przez doprowadzenie i cyrkulację c.w.u.

Do węzła mieszkaniowego w wersji podstawowej doprowadza się sześć przewodów:

• dwa przewody – zasilanie i powrót wody grzewczej ze źródła ciepła (instalacja niskotemperaturowa),

• dwa przewody – zasilanie i powrót mieszkaniowej instalacji c.o.,

• jeden przewód – doprowadzenie zimnej wody,

• jeden przewód – wyjście c.w.u. do mieszkania.

W skład typowej stacji mieszkaniowej wchodzą m.in.:

• płytowy wymiennik ciepła do przygotowania c.w.u.

  Wielkość wymiennika jest tak dobrana, aby temperatura c.w.u. była stała niezależnie od pobieranej ilości. Można też zastosować zawór do automatycznej regulacji temperatury c.w.u.,

• proporcjonalny regulator przepływu PM-Regler – zawór trójdrogowy z priorytetem przygotowania c.w.u.,

• izolowane przewody ze stali nierdzewnej gładkiej,

• zawór strefowy z siłownikiem do regulacji ogrzewania za pomocą regulatorów mieszkaniowych,

• filtry siatkowe zabezpieczające stację i instalację mieszkaniową c.o. i wody zimnej przed zanieczyszczeniem,

• układ pomiarowy

  – ciepłomierz dla wody grzewczej (c.o. i c.w.u.) oraz wodomierz wody zimnej z możliwością zdalnego odczytu.

Ponadto stację mieszkaniową można wyposażyć dodatkowo w:

• zawór termostatyczny ograniczający temperaturę powrotu c.o.,

• zawór termostatyczny ograniczający temperaturę wypływu c.w.u.,

• zawór różnicy ciśnień,

• moduł cyrkulacji c.w.u.,

• moduł ogrzewania podłogowego,

• termostatyczny mostek cyrkulacyjny.

Termostatyczny mostek pozwala na cyrkulację czynnika grzewczego w całym pionie i jest zalecany do montażu w ostatniej stacji podłączonej do pionu, tak aby zapobiegać wychłodzeniu wody na odcinku od źródła ciepła do mieszkania (poziomy i piony).

Moduł ogrzewania podłogowego z armaturą służy do obniżenia temperatury i regulacji zasilania tego obwodu. Niskotemperaturowe zasilanie grzejników płaszczyznowych (podłogowych, ściennych, sufitowych) będzie coraz częściej stosowane także w budownictwie wielorodzinnym z uwagi na fakt, że tam, gdzie nie ma zasilania z sieci, realną alternatywą są niskotemperaturowe kotły kondensacyjne lub pompy ciepła.

Moduł cyrkulacji c.w.u. stosujemy, gdy pojemność instalacji doprowadzającej ciepłą wodę do punktu odbioru przekracza 3 dm³ (zgodnie z rozporządzeniem WT).

Indywidualna stacja mieszkaniowa ma budowę kompaktową i łatwo mieści się w szachtach i wnękach lub estetycznej obudowie montowanej na ścianie. Zapewnia przy tym użytkownikowi wysoki poziom higieny, komfortu i bezpieczeństwa, a przede wszystkim ekonomiczne korzystanie z c.o. i ciepłej wody.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/844 z dnia 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 2010/31/UE w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i dyrektywę 2012/27/UE w sprawie efektywności energetycznej (Dz.Urz. UE L 156/75).

2. Rybka K., Węzły cieplne w budynkach nowych i modernizowanych, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2016.

3. Ryńska J., Mieszkaniowe węzły cieplne, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2017.

4. Kaczorek D., Miejski budynek jutra. Współpraca węzła ciepłowniczego z instalacją kolektorów słonecznych w budynku wielorodzinnym, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2015.

5. Materiały producentów węzłów cieplnych.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!