Załącznik do Regulaminu Konkursu nr 1/PO IiŚ/9.2/2009 Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko 2007-2013 Priorytet IX. Infrastruktura energetyczna przyjazna środowisku i efektywność energetyczna Działanie 9.2. Efektywna dystrybucja energii i efektywność energetyczna SZACOWANIE STRAT CIEPŁA W WYNIKU REALIZACJI PROJEKTU NARODOWY FUNDUSZ OCHRONY ŚRODOWISKA I GOSPODARKI WODNEJ
Ciepłownictwo I. W celu obliczenia oszczędności wynikających z realizacji projektu w ramach działania 9.2. naleŝy skorzystać z następującego wzoru: Wzór 1 E = E 1 -E 2 [GJ/rok] gdzie: E 1 straty ciepła przed modernizacją [GJ/rok], E 2 straty ciepła po modernizacji [GJ/rok]. II. W celu obliczenia sumy rocznych strat ciepła w sieci przed modernizacją naleŝy skorzystać z następującego wzoru: Wzór 2 E 1 = E q +E n [GJ/rok] gdzie: E q straty ciepła przez przenikanie w całym roku stanowiące sumę strat ciepła w okresie sezonu grzewczego i poza nim [GJ/rok], E n roczne straty ciepła spowodowane nieszczelnością [GJ/rok]. W tym celu naleŝy obliczyć wartości E q oraz E n (na podstawie wzorów 3,4,5,6): Wzór 3 E q = E s + E l, [GJ/rok] we wzorze tym: E l straty ciepła poza sezonem grzewczym [GJ/rok] E s straty ciepła w sezonie grzewczym, które oblicza się ze wzoru: Wzór 4 E s =10-5 8,64 q s L i D s, [GJ/rok] gdzie: Ds liczba dni trwania sezonu grzewczego [dni], Li długość odcinka sieci (podwójnego rurociągu) [m]. q s - jednostkowe straty ciepła w sieci w sezonie grzewczym, które obliczyć moŝna ze wzoru: Wzór 5 q s = u (t 1śr + t 2śr 2 t s ) [W/m] Podane we wzorze 5 wielkości t 1śr oraz t 2śr określa się przy pomocy wykresu regulacyjnego (t 1 =f(t z ) oraz t 2 =f(t z )) (zgodnie z rysunkiem 1), po wstawieniu t z =t zśr1 ; przy czym: t z temperatura zewnętrzna (temperatura otoczenia) [ o C]. t 1śr średnia temperatura wody w okresie ogrzewania w rurociągu zasilającym [ o C], 2/10
Temperatura wody sieciowej, t 2śr - średnia temperatura wody w okresie ogrzewania w rurociągu powrotnym [ o C], tzśr1 średnia temperatura zewnętrzna w okresie ogrzewania [ 0 C] (z tabeli 1), tzśr2 średnia temperatura zewnętrzna poza okresem ogrzewania [ 0 C] (z tabeli 1), ts temperatura na zewnątrz rurociągu; w przypadku, gdy rurociąg połoŝony jest w gruncie ts = 8[ o C], w przypadku rurociągów napowietrznych ts = tzśr1 (w okresie grzewczym) i ts =tzśr2 (poza okresem grzewczym), w przypadku rurociągów umieszczonych w kanałach, t s zaleŝy od nominalnych temperatur sieci, a jej wartość moŝna odczytać w tabl.2. u współczynnik strat ciepła, charakteryzujący rurociąg [W/mK] wyznaczony wg wzoru 8. Rys.1. Przykładowy wykres regulacyjny sieci wysokoparametrowej (150/70) i niskoparametrowej (90/70) 160 140 0 C 150/70 90/70 t 1śr 150/70 t 1śr 90/70 120 100 80 60 40 t 2śr 20 0 20 15 10 5 t zśr1 0-5 - 10-15 - 20 Temperatura zewnętrzna, 0 C 3/10
Tabela 3. Wieloletnie dane meteorologiczne wybranych miast Polski (na podstawie PN-B-02025:2001) l.p. Stacja meteorologiczna Liczba dni trwania sezonu grzewczego - D s Średnia temperatura zewnętrzna w okresie ogrzewania t zśr1 Średnia temperatura zewnętrzna poza okresem ogrzewania - t zśr2 dni ºC ºC 1. Aleksandrowice 222 3,0 14,9 2. Białystok 232 1,5 15,7 3. Bydgoszcz 227 2,6 15,8 4. Chojnice 227 2,0 14,7 5. Częstochowa 222 2,7 15,5 6. Elbląg 227 2,6 15,3 7. Gdańsk 242 3,7 15,8 8. Gorzów Wlkp. 227 3,4 15,9 9. Jelenia Góra 222 2,3 14,0 10. Kalisz 227 2,9 15,8 11. Katowice 222 2,8 15,3 12. Kętrzyn 232 1,9 15,1 13. Kielce 222 2,0 15,3 14. Kłodzko 222 2,6 14,4 15. Koło 227 2,9 16,1 16. Kołobrzeg 242 3,8 15,0 17. Koszalin 242 3,5 15,4 18. Kraków 222 2,9 15,9 19. Legnica 227 3,8 16,0 20. Lesko 232 2,9 15,0 21. Leszno 227 3,3 15,7 22. Lębork 242 3,5 15,3 23. Lublin 222 2,1 15,7 24. Łeba 242 3,5 14,7 25. ŁódŜ 222 2,4 15,7 26. Mikołajki 232 1,8 15,6 27. Mława 222 1,6 15,2 28. Nowy Sącz 222 2,9 15,4 29. Olsztyn 232 2,0 15,2 30. Opole 222 3,3 16,0 31. Ostrołęka 222 1,8 15,6 32. Płock 222 2,6 16,1 33. Poznań 212 2,6 15,5 34. Przemyśl 222 2,7 15,8 35. Racibórz 222 3,4 15,7 4/10
36. Resko 242 3,6 15,4 37. Rzeszów 222 2,4 15,7 38. Sandomierz 222 2,3 15,9 39. Siedlce 232 2,2 15,7 40. Słubice 227 3,8 15,9 41. Suwałki 252 1,7 15,6 42. Szczecin 242 4,2 16,3 43. Szczecinek 242 3,1 15,3 44. Świnoujscie 242 4,2 15,4 45. Tarnów 222 3,2 16,0 46. Tarnopol 232 2,1 16,1 47. Toruń 222 2,1 14,9 48. Wałcz 242 3,4 15,9 49. Warszawa 222 2,4 15,9 50. Wieluń 227 3,0 15,7 51. Włodawa 222 1,7 15,8 52. Wrocław 227 3,6 15,8 53. Zakopane 252 1,4 13,0 54. Zamość 222 1,9 15,5 55. Zgorzelec 222 3,3 15,3 56. Zielona Góra 227 3,5 16,0 Tabela 2. Temperatura powietrza (t s ) w kanałach nieprzechodnich sieci cieplnych (wg PN-85/B-02421) D nom rurociągu Maksymalne obliczeniowe temperatury czynnika (zasilanie/powrót) mm 180/70 150/70 130/70 110/70 90 95/70 do 50 16 14 13 12 11 65 150 21 19 17 16 15 200 350 28 25 23 21 19 400 600 33 29 27 25 22 700 900 36 33 30 27 24 1000 1400 39 35 32 29 25 Straty ciepła w sieci poza sezonem grzewczym: Wzór 6 E l = 10-5 8,64 q l L i (365 D s ), [GJ/rok] gdzie: q l średnie jednostkowe straty w sieci poza sezonem grzewczym [W/m] wyznacza się ze wzoru 7 podobnego do wzoru 5, Li długość odcinka sieci [m], Ds liczba dni trwania sezonu grzewczego [dni] (patrz tabela1) 5/10
Wzór 7 q l = u (110 2 t s ) w tym wzorze: 110 to suma średniej temperatury wody w rurociągu zasilającym (70 0 C) i powrotnym (40 0 C) poza sezonem grzewczym, t s jak we wzorze (5) Współczynnik strat ciepła (u) wyznacza się w następujący sposób: Wzór 8 u = a u 0 a wskaźnik pogorszenia izolacji rurociągu w wyniku jej starzenia, z tabeli 4., u o współczynnik strat uwzględniający średnicę rurociągu, z tabeli 3 Tabela 3. Współczynnik strat ciepła w sieci (przed modernizacją) 2xDnom rurociągu Współczynnik strat ciepła (u 0 ) [mm] [W/mK] 20 0,2885 25 0,3060 32 0,3300 40 0,3570 50 0,3899 65 0,4378 80 0,4840 100 0,5432 125 0,6135 150 0,6802 200 0,8044 250 0,9186 300 1,0256 350 1,1275 400 1,2262 450 1,3232 500 1,4197 600 1,6140 700 1,8122 800 2,0131 900 2,2115 1000 2,3985 1200 2,6893 1400 2,7647 Tabela 4. Wskaźnik (a) pogorszenia izolacji rurociągu (przed modernizacją) Wskaźnik Liczba lat eksploatacji rurociągu pogorszenia izolacji 0 5 6 10 11 15 16 20 21 25 powyŝej 25 a 1 1,2 1,4 1,6 1,75 1,85 6/10
III. W celu obliczenia strat ciepła spowodowanych nieszczelnością sieci naleŝy skorzystać z następującego wzoru: Wzór 9 En=3,26 L i D 2 wn v s (t 1śr +t 2śr 24) 10-9 [GJ/rok] gdzie: D wn wewnętrzna średnica rurociągu w [mm], v s stosunek rocznych ubytków wody w sieci do wielkości zładu. L i, t 1śr, t 2śr jak we wzorach (4) i (5) IV. W celu obliczenia strat ciepła po modernizacji naleŝy skorzystać z tych samych reguł, które zostały zastosowane przy wyliczaniu strat przed modernizacją (wzory 3,4,5,6,7), z tą róŝnicą, Ŝe współczynnik strat ciepła (u) zamiast z tabeli 4, naleŝy uzyskać od dostawcy rur preizolowanych. Straty nieszczelności przyjmuje się zerowe. V. W celu obliczenia zmniejszenia strat ciepła w procentach w wyniku wymiany rur tradycyjnych na preizolowane naleŝy skorzystać ze wzoru: O=( E/E1) 100% 7/10
INSTRUKCJA Przykład: Obliczenie zmniejszenia strat ciepła uzyskane w wyniku modernizacji, polegającej na wymianie 500 m odcinka sieci o średnicy nominalnej 300 mm, umieszczonego w kanale, na podwójny rurociąg preizolowany o średnicy nominalnej 200 mm umieszczony w gruncie. Inwestycja prowadzona jest w miejscowości połoŝonej w pobliŝu Białegostoku. A. Dane ogólne: Na podstawie tabeli 1. określono następujące parametry meteorologiczne: liczba dni trwania okresu grzewczego Ds = 232 [dni], średnia temperatura zewnętrzna w okresie ogrzewania tzśr1 = 1,5 [ 0 C], NaleŜy skorzystać z wykresu regulacyjnego, w celu wyznaczenia temperatur t 1śr i t 2śr na podstawie t zśr1. Rys. 1. Przykładowy wykres regulacyjny sieci wysokoparametrowej (150/70) 160 t 1 t2 t 1śr t 2śr 140 120 100 80 60 40 20 Temperatura wody sieciowej 0 C 20 15 10 5 t zśr1 0-5 -10-15 -20 0 Temperatura zewnętrzna, 0 C Na podstawie powyŝszego wykresu - dla tzśr1 = 1,5 [ 0 C]: średnia temperatura wody w okresie ogrzewania w rurociągu zasilającym t 1śr = 78,5 [ 0 C], średnia temperatura wody w okresie ogrzewania w rurociągu powrotnym t 2śr = 42[ 0 C]. 8/10
B. Dane wymienianego odcinka sieci: długość wymienianego odcinka sieci; Li = 500 [m], średnica zewnętrzna rurociągu Dzw = 323,9 mm (co odpowiada Dnom = 300 [mm]), Dwn = 312,7 [mm], czas pracy sieci 23 [lata], a = 1,75 (tabela 4.), pojemność zładu (całej sieci) Vs = 12 000 [m 3 ], ilość uzupełnianej wody Vu = 38 400 [m 3 ], vs = 38400/12000 = 3,2, temperatura w kanale ts = 25 [ 0 C] (tabela 2), u0 = 1,0256 [W/m K] (tabela 3). C. Dane preizolowanego odcinka sieci: średnica zewnętrzna rurociągu D zw = 219,1 [mm], co odpowiada D nom = 200 [mm], średnica wewnętrzna rurociągu D wn = 210,1 [mm], u =u 0 = 0,425 [W/m K] (przyjęto rurociąg firmy Løgstør produkowany metodą ciągłą, w izolacji standardowej). D. Obliczenia: Straty ciepła przed modernizacją Jednostkowe straty ciepła w okresie ogrzewania przed modernizacją (wg wzoru 5,8) qs = u (t1śr + t2śr 2 ts) = 1,0256 1,75 (78,5 + 42 2 25) = 126,53 [W/m] Jednostkowe straty ciepła poza okresem ogrzewania przed modernizacją (wg wzoru 7,8) ql = u (110 2 ts) = 1,0256 1,75 (110 2 25) = 107,69 [W/m] Straty ciepła w całym roku (wg wzorów 3,4,6): Eq = Es + El = 10-5 8,64 Li (Ds qs + (365-Ds) ql) = 10-5 8,64 500 (232 126,53 + 133 107,69) = 1886,67[GJ/rok GJ/rok] Roczne straty ciepła spowodowane nieszczelnością (wg wzoru 9) : En=3,26 Li D 2 wn v s (t 1śr +t 2śr 24) 10-9 = 3,26 500 210,1 2 3,2 (78,5+42-24) 10-9 = 22,22 [GJ/rok] Suma rocznych strat ciepła w sieci przed modernizacją(wg wzoru 2): E1 = Eq + En = 1886,67+22,22 = 1908,88[GJ/rok] Straty ciepła po modernizacji Jednostkowe straty ciepła w okresie ogrzewania po modernizacji (wg wzoru 5) 9/10
qs = u (t1śr + t2śr 2 ts) = 0,425 (78,5 + 42 2 8) = 44,41 [W/m] Jednostkowe straty ciepła w okresie poza okresem ogrzewania po modernizacji (wg wzoru 7): ql = u (110 2 ts) = 0,425 (110 2 8) = 39,95 [W/m] Straty ciepła w całym roku po modernizacji (wg wzorów 3,4,6): E2 = Eq = Es + El = 10-5 8,64 Li (Ds qs + (365-Ds) ql) = = 10-5 8,64 500 (232 44,41 + 133 39,95) = 674,63 4,63[GJ/rok GJ/rok] Zmniejszenie rocznych strat ciepła w wyniku modernizacji, polegającej na wymianie odcinka sieci ciepłowniczej ułoŝonej w kanale, na sieć preizolowaną o mniejszej średnicy: E = E1 - E2 = 1908,88-674,63= 1234,25[GJ/rok GJ/rok] Udział oszczędności [w %] O=( E/E 1 ) 100[%] = (1234,25/1908,88) 100[%] = 64,66 [%] 10/10