Reálná úspora po modernizaci čerpadel (II) – optimalizace
V předchozím článku je stručně popsán efekt, kterého lze dosáhnout prostou výměnou starých čerpadel za moderní. Jedná se o takřka bezmyšlenkovitý proces, při kterém se pouze vymění staré čerpadlo za stejně dimenzované moderní řízené čerpadlo. „Nejsložitější a nejpracnější“ na celé výměně je nastavení čerpadla pomocí ovládacího kolečka tak, aby nedocházelo ke zbytečným nadprůtokům v soustavě a čerpadlo pracovalo v oblasti, kde je schopné regulovat a tedy i šetřit. To však zdaleka není vše.
Mimo úsporného provozu nám tehdejší Stratosy a nyní nejmodernější čerpadla WILO Stratos Maxo a Stratos Maxo-Z poskytují diagnostický nástroj, který nám umožní udělat si představu o tom, jaké poměry v soustavě skutečně panují. Díky tomu můžeme na přibližně stejné typové soustavy v jiných domech instalovat zpravidla o dost slabší a levnější čerpadla, než byla ta původní. Ta pak logicky šetří ještě více při nižší investici. V neposlední řadě to také umožní sjednocení čerpadel v provozovaných soustavách.
Jak to vše vlastně funguje?
Vraťme se na začátek. Někdy kolem roku 1995 byla původní, docela rozsáhlá, otopná soustava ve Varnsdorfu výrazně modernizována. V dané době se jednalo o řešení na vrcholu tehdejších technických možností. Paty domů byly osazeny kompaktními předávacími stanicemi s oddělenými okruhy pro přípravu otopné vody s řízením podle ekvitermní křivky a umožňující samostatný ohřev TV. Obojí na deskových výměnících. Domy, zejména panelové, byly v té době z hlediska tepelně izolačních vlastností zpravidla prakticky ve stavu, v jakém byly postaveny. V průběhu doby došlo prakticky všude k výměně oken a zateplení. Trochu problematický stav je u současného technického stavu a tepelně izolačních vlastností rozvodů za OPS v jednotlivých domech. To je však zpravidla záležitostí jednotlivých společenství vlastníků.
Pro konkrétní příklad, jak optimalizovat čerpadla na stávající soustavě a minimalizovat jejich čerpací práci, si vyberme jednu z OPS v menším bytovém domě. V současné době je objekt z hlediska obálky domu zateplen a okna jsou vyměněna za plastová. Měření tepla pro rozúčtování je prováděno na vstupu do OPS. Pak jsou již samostatné okruhy topení a přípravy TV. Původní čerpadla byla osazena na topení typem TOP-S 30/10 EM (příkon do 410 W), cirkulace teplé vody pak čerpadlem TOP-Z 25/10 EM (příkon do 335 W, při celoročním nepřerušovaném provozu).
Vzhledem ke konstrukci OPS není možné jednoduše měřit průtoky (chybí dostatečně dlouhé rovné úseky) a diferenční tlaky (např. na cirkulaci TV ani není kde), která původní čerpadla generovala a ani jejich příkony v závislosti na průtocích. V zásadě, mimo fakturačního kalorimetru na vstupu do OPS je k dispozici jen podružný elektroměr pro celou OPS. Řešením pro to, aby tehdy bylo možné zjistit skutečné poměry v soustavě, bylo osazení OPS čerpadly řady WILO Stratos a pro cirkulaci TV Stratos-Z. Tato čerpadla již od jejich uvedení na trh v roce 2001 standardně umožňují odečítání provozních stavů, histogramu jejich zatížení a mj. i grafického zobrazení provozního bodu na nastavené řídící křivce čerpadla. Těchto výhod tedy využijme k diagnostice dané soustavy, následně k návrhu optimálního čerpadla a jeho replikaci na další stejné nebo velmi podobné soustavy. Nově tedy bylo na topení osazeno hydraulicky obdobné čerpadlo WILO Stratos 30/1-10 s max. příkonem již jen 190 W, oproti původním 410 W.
Následně bylo cirkulační čerpadlo nahrazeno typem WILO Stratos-Z 25/1-8 s příkonem do 130 W proti původním 335 W. Obě čerpadla byla, bez zásahů do soustavy, seřízena tak, aby bylo dosaženo běžných (předpokládaných výpočtových) dT. Tedy na topení kolem 15 °K a na cirkulaci TV nakonec kolem 2–3 °K a ne tolerovatelných až 5 °K.
Zde jen malá odbočka. Příprava TV na těchto OPS nemá za deskovým výměníkem již žádnou akumulaci. Při špičkových odběrech dochází ke kolísání teploty teplé vody v rozvodech. Proto je cirkulační čerpadlo nastaveno záměrně na větší průtok, než jaký by byl v ideálním stavu zapotřebí. Větší průtok v cirkulaci je, za cenu trochu vyššího příkonu čerpadla, využit k částečné eliminaci tohoto jevu. V tomto případě byl průtok cirkulací kolem 1 m3/h při dT cca 2–3 K.
Pro dokreslení důležitosti správně izolovaných rozvodů: Pokud by průtok 1 m3/h byl potřebný k pokrytí ztrát v cirkulaci při teplotním spádu dT = 5 °k, znamenalo by to, že na pokrytí tepelných ztrát v cirkulaci teplé vody je třeba 5,8 kW každou hodinu. Tato tepelná ztráta v cirkulaci odpovídá zhruba tepelným ztrátám jednoho bytu.
Histogram Stratos 30/1–10
Zobrazení průtoku cirkulačního čerpadla Stratos 25/1–8 RG
Po nějaké době provozu byly z příslušného čerpadla odečteny informace o provozních stavech, zejména histogramy zatížení čerpadla. Zjištěné informace vedou k jednoznačnému závěru, že původní čerpadla jsou značně předimenzovaná. Nově instalovaná čerpadla pak samozřejmě také. S tím ale bylo od počátku kalkulováno. Díky velikému regulačnímu rozsahu a vysoké účinnosti nové čerpadlo přesto pracuje velice úsporně. Hlavním důvodem pro instalaci takto dimenzovaných čerpadel byla jejich přidaná hodnota. Tedy možnost odečítat stavy v soustavě, díky tomu ji vyhodnotit a optimalizovat. To vše při zachování stavebních délek a dimenzí čerpadel. Vyhodnocením naměřených hodnot, tedy zejména histogramu a maximálního průtoku a dif. tlaku, který čerpadlo musí generovat pak lze poměrně jednoduše navrhnout správná čerpadla pro tuto soustavu. Výsledkem je pak návrh optimálně dimenzovaných čerpadel jak pro topení, tak cirkulaci TV. V praxi tedy lze konstatovat, že pro všechny stejné OPS lze jako čerpadlo na topení použít v optimální variantě WILO Yonos Pico 30/1-8 s příkonem max. pouhých 75 W – oproti původním 410 W. Na cirkulaci TV pak čerpadlo WILO Stratos Pico-Z 25/1-4 s příkonem do 25 W proti původním 335 W. To vše při zachování stejného komfortu distribuce tepla i teplé vody.
Nezanedbatelné jsou i investiční náklady – ceny z r. 2012 a 2014.
V reálných tehdejších cenách stojí Yonos Pico 30/1-8 do 6 000,- Kč vč. DPH – původní TOP-S 30/10 EM mělo v r. 2012 ceníkovou cenu cca 15 800,- Kč s DPH. Stratos Pico-Z 25/1-4 v dané době stojí kolem 8 000,- Kč vč. DPH, zatím co u stále vyráběného původního čerpadla TOP-Z 25/10 EM je běžná cena kolem 15 300,- Kč s DPH.
Optimální náhrada:
Yonos Pico 30/8-1
Příkon 4–75 W
Původní TOP-S 30/10 EM
Příkon 410 W
Optimální náhrada:
Stratos Pico-Z 25/1–4
Příkon 3–25 W
Původní TOP-Z 25/10 EM
Příkon 335 W
To, co bylo uvedeno pro tento případ, samozřejmě platí v principu i pro jiné OPS.
Tedy pro zjištění skutečných poměrů v soustavě použít „Smart“ čerpadla řady Stratos Maxo (i hydraulicky stejná, jako původní čerpadla) a pro všechny další typově stejné soustavy pak použít již správně dimenzovaná a tedy i slabší, výrazně levnější standardní čerpadla řad Yonos Pico nebo Yonos Maxo.
V neposlední řadě je třeba vzít v potaz i logistiku. Tedy zejména snadnou zaměnitelnost a dostupnost čerpadel. Díky širokému rozsahu regulace moderních čerpadel WILO lze snížit počet typů instalovaných čerpadel u daného provozovatele CZT nebo více samostatných kotelen. Tím se výrazně zjednodušuje výměna dožitých, byť jen morálně, čerpadel za správně dimenzovaná úsporná čerpadla. Případné redukování např. z přírubových čerpadel na závitová je více než dost kompenzováno nižší pořizovací cenou optimalizovaných čerpadel. Pro kompenzaci připojovacích rozměrů dodává WILO celou řadu adaptérů a přírubových mezikusů, takže zpravidla není potřeba zasahovat do stávajícího potrubí.
Čerpadla použitá na první OPS lze samozřejmě nahradit optimálně dimenzovanými standardními čerpadly a znovu použít k diagnostice na jiné, výkonově a hydraulicky podobné soustavě.
Z pohledu jak mnoha provozovatelů jak CZT, tak i malých domovních kotelen se otvírá možnost přehodnotit portfolio stávajících čerpadel, zejména z hlediska ekonomiky jejich provozu. Tedy posoudit energetickou náročnost provozu stávajících čerpadel, jejich omezené možnosti regulace a následně zvážit jejich náhradu moderními úspornými čerpadly Wilo. Bez nadsázky lze tvrdit, že oprava 3 st. čerpadel je nerentabilní.
Čerpadla a čerpací technika pro technická zařízení budov, průmysl a komunální oblast. Kompletní sortiment včetně integrované a externí regulace a dalšího příslušenství. Čerpadla oběhová na topení, chlazení a klimatizaci, cirkulační na TV.