Šilumos Srautas 1m2 Gyvenamųjų Namų: Efektyvumas, Taupymas ir Modernizavimas

Lietuvoje apie 75% daugiabučių gyventojų gyvena senos statybos daugiabučiuose, statytuose iki 1990 metų, kuriems reikia ypatingos priežiūros. Efektyviai šilumos energiją vartoja tik 4,6 proc. Pastaraisiais metais, kai ekonomijos ir komforto klausimai tapo prioritetiniai, žemas vienvamzdės sistemos energinis efektyvumas tapo ypač reikšmingas.

Visų anksčiau pastatytų gyvenamųjų namų šildymo sistemų pakeitimas dvivamzde - tai fantastiška užduotis tiek savo apimtimi, tiek ir kaštų prasme. Ginčai apie vieno vamzdžio ir dviejų vamzdžių šildymo sistemų privalumus ir trūkumus bei jų taikymo tikslingumą renovuojant senus namus nenutyla dešimtmečius.

Vieno ir dviejų vamzdžių sistemų skirtumai

Kaip yra žinoma, esminis skirtumas tarp vieno vamzdžio ir dviejų vamzdžių sistemos - pirmoji neturi grįžtamų stovų. Atiduodamas dalį savo šilumos šildymo įrenginiu, vanduo sugrįžta į stovą, atvėsindamas bendrą šilumnešio srautą, nuolatos cirkuliuojantį kontūre. Taigi srautas nekinta.

Palaipsniui atsisakant elevatorinių schemų, ir pereinant į dinaminį šilumos vartojimo režimą bei įdiegus šildymo automatikos komponentus (automatinius radiatorių termoreguliatorius, montuojamus ant šildymo įrenginių) situacija pasikeitė. Termostatų taikymo idėja galinių įrenginių darbo režimo reguliavimui paaiškinama tuo, kad apribojamas jų šilumos atidavimas, atsižvelgiant į aplinkos sąlygas.

Vieno vamzdžio šildymo sistema su AB-QT ir AB-QM ventiliais (Šaltinis: Danfoss)

Tačiau, jeigu dviejų vamzdžių sistemoje bendras šilumnešio srautas stove sumažėja, tai vieno vamzdžio sistemoje jis išlieka pastovus. Netgi esant išjungtiems radiatoriams, stovai ir toliau šildo patalpą tuo pačiu intensyvumu, o tai akivaizdžiai sumažina reguliavimo efektyvumą. Be to, esant uždarytam termoreguliatoriaus ventiliui, vandens srautas teka per apvadą, jis neatvėsta ir sugrįžta į stovą perkaitintas.

Suprantama, individualaus šilumos punkto automatika reaguoja į grįžtamo srauto temperatūros padidėjimą ir jį kompensuoja. Tai reiškia, kad reguliavimas sistemoje vyksta bendrai, o šilumos atidavimas stovuose gali būti skirtingas. Pavyzdžiui, jeigu vieną fasadą kaitina saulė ir termoreguliatorius užsidaro, tai to fasado stovuose, ir suprantama visame name grįžtamo srauto temperatūra pakyla.

Šilumos punkto automatika koreguoja šilumnešio tiekiamą temperatūrą tol, kol vidutinė namo temperatūra nepasiekia normalaus dydžio. Rezultate gali susidaryti situacija, kuriai esant saulėto fasado pusėje vis tiek bus perkaitinimas, nors ir mažesnis, ir gyventojai bus priversti atidaryti orlaides ir šildyti lauko orą, veltui švaistydami šilumą. Tuo tarpu pavėsyje esantis fasadas negaus pakankamai šilumos.

Vokietijos patirtis ir "Danfoss" sprendimai

Kaip dažnai atsitinka, technikos progreso katalizatoriumi tampa ekonominiai interesai. Ypatingai aštri problema šiuo klausimu iškilo rytinėje Vokietijos dalyje, buvusioje VDR. Ten, kaip ir kai kuriose kitose buvusiose socialistinėse šalyse, buvo statoma gana daug tipinių gyvenamųjų namų su vieno vamzdžio šildymo sistema. Vokietijai susivienijus, gana greit įvyko komunalinė reforma, kurios metu buvo pasiūlyta ir šildymo sistemų modernizacija bei perėjimas prie suvartotos šilumos apmokestinimo pagal apskaitos prietaisų parodymus.

Tačiau, labai greitai tų namų, kuriuose buvo įrengta vieno vamzdžio sistema, gyventojai pastebėjo, kad esant visoms kitoms sąlygoms lygiavertėms, jie moka daugiau, negu jų kaimynai, gyvenantys namuose su dviejų vamzdžių šildymo sistema. Rezultate pastatų administravimo kompanijoms pradėjo plaukti kolektyvinės pretenzijos, reikalaujant sumažinti centralizuotо šildymo tarifus. Akivaizdu, kad komunalininkams tai buvo nuostolinga.

Paieškos atvedė vokiečių komunalininkus į Danfoss kompaniją, kurios specialistai rado netikėtai paprastą susidariusios situacijos sprendimą. Danfoss automatiniai balansavimo ventiliai AB-QM, kurie plačiai naudojami komunaliniame ūkyje gyvenamųjų pastatų šildymo sistemų srauto balansavimui, turi vieną įdomią savybę - tai universalus įrenginys «du viename», atliekantis tiek balansavimo, tiek ir reguliavimo funkcijas, pavyzdžiui, naudojant juos temperatūrai matuoti vėdinimo bei oro kondicionavimo sistemose. Naudojant tokioje sistemoje AB-QM jungiamas su elektros pavara.

Kaip žinoma, balansavimo ventilis montuojamas stove už paskutinio radiatoriaus. Tame pačiame taške ir nustatoma grįžtamo srauto temperatūra. AB-QT elementas - tai ventilis su reguliuojama termostatine galvute. Jos viduje įmontuotas silfonas, pripildytas dujomis, sujungtas iš vienos pusės su ventilio stiebu, o iš kitos - kapiliariniu vamzdeliu su temperatūros jutikliu, kuris tvirtinamas tiesiai ant vamzdžio prieš ventilį.

Termostatinė galvutė nustatoma pagal apskaičiuotą grįžtamo srauto temperatūrą, remiantis numatytu temperatūros palaikymo grafiku. Vamzdžiui perkaitus, veiklioji medžiaga jutiklyje plečiasi ir stumia silfoną, kuris išstumia ventilio stiebą tokiu pat principu, kaip tai vyksta mums visiems jau gerai žinomuose automatiniuose radiatorių termoreguliatoriuose. Esant nedideliems temperatūros pokyčiams, ventilis proporcingai užsidarinėja, sumažindamas vandens srautą kontūre.

Tokiu būdu, su tuo pačiu ventiliu galima atlikti ir stovo balansavimą, ir temperatūros reguliavimą. Sumontavus AB-QT, srautas stove iš pastovaus tampa kintamu, o vieno vamzdžio šildymo sistema pagal savo efektyvumą prilygsta dviejų vamzdžių sistemai.

Tiksliam temostatinių galvučių reguliavimui yra naudojama specialiai sukurta metodika, kuri leidžia operuoti realiais konkrečios šildymo sistemos parametrais, atsižvelgiant į pastato tipą, šildymo įrenginių apkrovas, aukštų skaičių, efektą, pasiektą dėka renovacijos (jeigu ji vyko), bei vidinių šilumos šaltinių. Pavyzdžiui, visiems gerai žinoma, kad bet kuri sistema netgi numatant tai projekte, turi tam tikrą galios rezervą, kad esant pilnai apkrovai būtų galimybė apšildyti pastatą.

Todėl grįžtamo srauto temperatūra stovuose bus visuomet šiek tiek aukštesnė, negu tai numatyta darbinėje kreivėje. Be to, specialistai teigia, kad šildymo stovai pastate, kaip taisyklė, yra išsidėstę vienodos paskirties patalpose, pavyzdžiui, vienas - virtuvėje, kitas - svetainėje, trečias - miegamajame ir t.t. Akivaizdu, kad patalpoms, turinčioms skirtingą paskirtį, reikalingas skirtingas temperatūros režimas.

Bandymų rezultatai Lenkijoje

Pirmieji termostatinio elemento bandymai buvo atlikti 2009-2010 metų žiemą Šcecino mieste, Lenkijos šiaurės vakaruose. Buvo pasirinktas gyvenamasis namas, kurios eksploatacijos laikas 30 metų. Jame buvo atliktas papildomas apšiltinimas bei šildymo sistemos modernizacija, įskaitant šiluminio punkto bei radiatorių termostatų įrengimą. Iki to laiko sistemos balansavimas nebuvo atliekamas, todėl reikėjo pradėti būtent nuo to.

Sistemos balansavimas, naudojant AB-QM ventilius sumažino srautą iki 200 l/val. Vėliau ant ventilių buvo sumontuoti termoelementai QT, sureguliuoti pagal Danfoss metodiką, įvertinant šildymo sistemos ypatumus. Šildymo sezono metu atliekamas šiluminės energijos suvartojimo monitoringas keliuose stovuose. Tuo pačiu metu sistema buvo testuojama dėl šilumos perviršio ar nepakankamo šilumos kiekio atsiradimo, įtraukiant į tai pačius gyventojus.

Rezultatas viršijo lūkesčius: srautas stovuose sumažėjo iki 100 l/val., o papildoma šiluminės energijos ekonomija siekė nuo 19 iki 28%. Tokiu atveju nereikalingi jokie papildomi šildymo sistemos modernizacijos darbai. Termostatines galvutes ant ventilių galima sumontuoti bet kuriuo momentu, netgi šildymo sezono metu. Kaip teigia specialistai, svarbu suprasti, kad naudoti termostatinę galvutę QT galima tiktai kartu su AB-QM ventiliais.

Sėkmingas pavyzdys Lietuvoje: Alytus, Birutės g. 14

Vienas sėkmingiausių pavyzdžių Lietuvoje - Alytuje, Birutės g. 14 įvykdyta daugiabučio namo renovacija. Šis 5 aukštų geltonų apdailos plytų namas pagal šilumos suvartojimą buvo tarp pačių blogiausių mieste ir energijos sąnaudos šildymui šaltaisiais žiemos mėnesiais viršydavo 30 kWh 1 m2. Dabar šis pastatas priartėjo prie I (aukščiausios) daugiabučių kategorijos, kurie suvartoja mažiausiai šilumos - vidutiniškai apie 10 kWh/m2 šildymo mėnesiui. Tokių pastatų Lietuvoje - tik 4,6 procento.

Pastato šildymo sistemos renovacijai buvo pasirinktas 78 metų patirtį turinčios danų įmonės „Danfoss“ novatoriškas 1 vamzdžio šildymo sistemos sprendimas. Šios technologijos investiciniai kaštai sudarė tiktai 1/5 kaštų, reikalingų 1 vamzdžio sistemą pakeisti 2 vamzdžių sistema. Svarbu tai, kad ji tampa tokia pat efektyvi, kaip ir dvivamzdė šildymo sistema.

Danfoss sprendimas užtikrina individualų kambarių temperatūros reguliavimą, sistemos balansavimą, grįžtamo srauto temperatūros reguliavimą ir tolygų šilumos paskirstymą visame pastate. Be to, visuose butuose iš čiaupų teka vienodos temperatūros karštas vanduo. Taigi išeitis iš padėties, kuri ilgą laiką buvo neišspręsta, surasta.

Tačiau techninis progresas nestovi vietoje. Danfoss specialistai šiuo metu atlieka naujus tyrimus, susijusius su sistemos termoreguliavimu stovuose, naudojant elektros pavaras ir valdiklius. Gal būt, netolimoje ateityje ginčai apie vieno vamzdžio ir dviejų vamzdžių šildymo sistemų privalumus ir trūkumus pagaliau nurims.

Kiti šildymo sprendimai

Šilumai žiemą išleidžiame didžiausią sumą iš visų energijso rūšių, todėl taupymas šioje srityje ypač svarbus ir veiksmingas.

Pakeitus neefektyvų pastatų šildymui naudojamą biokuro ar dujų katilą į šilumos siurblį, pasiekiamas didesnis energijos vartojimo efektyvumas, taupomi neatsinaujinantys energijos ištekliai, mažiau teršiama aplinka.

Šilumos siurblio privalumai: šilumos siurbliai automatizuoti, reikalauja mažiau priežiūros ir nereikia sandėliuoti kuro. Taip pat šilumos siurbliai turi vėsinimo funkciją. Galima valstybės parama įsigyjant šildymo katilą ar šilumos siurblį: Atsinaujinančių energijos išteklių (saulės) panaudojimas nepasiturinčių fizinių asmenų elektros energijos reikmėms ir (ar) iškastinį kurą naudojančių šilumos įrenginių pakeitimui (2022-06; Nr. KK-AM-SOC02).

Iš saulės energijos gauta šilumos energija sumažintų poreikį gauti/gaminti ją iš kitų šaltinių. Saulės kolektorių sistemos (įvairios sudėties ir talpos) kaina yra 350-2500 Eur. Galima valstybės parama finansavimui: Atsinaujinančių energijos išteklių (saulės) panaudojimas nepasiturinčių fizinių asmenų elektros energijos reikmėms ir (ar) iškastinį kurą naudojančių šilumos įrenginių pakeitimui (2022-06; Nr. KK-AM-SOC02).

Geoterminis šildymas

Geoterminio šildymo sistemų su vertikaliais zondais panaudojimas individualių gyvenamųjų namų šildymui, populiarėja ir Lietuvoje. Geoterminio šildymo sistemos pagrindinės sudėtinės dalys yra šilumos siurblys ir šilumos paėmėjas - vertikalus ar horizontalus kolektorius, vandens gręžinys ar išorinis oro modulis (oriniame šilumos siurblyje). Vienas iš pagrindinių veiksnių, įtakojančių geoterminio šildymo sistemos darbo efektyvumą yra lauko šilumos šaltinio pasirinkimas.

Geoterminio šildymo schema

Geoterminio šildymo sistemos su horizontaliais paviršiniais kolektoriais

Geoterminio šildymo sistemos su horizontaliais paviršiniais kolektoriais dėl savo pigumo yra bene populiariausios. Tai plonasieniai polietileno PE 40 mm diametro vamzdeliai, užpildyti neužšalančiu (iki - 14 0C) skysčiu. Jo įrengimas gana paprastas, tačiau efektyvumas, tam tikrais atvejais, abejotinas.

Specialistų paskaičiavimais, iš 1 kv.metro grunto (paviršinės uolienos), pagal reikalavimus 1 - 1,5 m gylyje įrengto horizontalaus kolektoriaus pagalba, šiluminės galios galima išgauti sekančiai:

• sausas smėlinis gruntas qE = 10-15 W/m2;
• drėgnas smėlinis gruntas qE = 15-20 W/m2;
• sausas molingas gruntas qE = 20-25 W/m2;
• drėgnas molingas gruntas qE = 25-30 W/m2;
• vandeningas sluoksnis qE = 30-35 W/m2.

Kaip matome iš aukščiau pateiktų duomenų, jei paviršinis gruntas yra sausas smėlis, įrenginėti horizontalaus kolektoriaus nepatartina, nes jis nesuteiks reikalingo šilumos kiekio, o šilumos trūkumas bus kompensuojamas papildomai įrengtų elektros šildymo elementų pagalba. Horizontalus kolektorius taip pat turi neigiamos įtakos pasodintų augalų vegetacijai.

Virš horizontalaus kolektoriaus nepatartina įrenginėti ir kelio dangos, nes horizontalus kolektorius turėtų būti kuo dažniau “maitinamas“ lietaus vandeniu. Taigi, įvertinus paviršinio grunto savybes, gruntinio vandens lygį, turimo sklypo plotą reikia pasirinkti tinkamą šilumos šaltinį: paviršinį gruntą ar giluminius uolienų sluoksnius.

Geoterminio šildymo sistemos su vertikaliais giluminiais kolektoriais

Giluminių sluoksnių šilumos panaudojimas įrengiant vertikalius kolektorius arba kitaip vadinamus šilumos gręžinius, visais atvejais patikimesnis, tačiau brangesnis būdas. Šilumos gręžinys - tai 150 - 200 mm diametro gręžinio skylė į kurią įleista U formos 40 mm arba 32 mm diametro politileno vamzdelių vienguba ar dviguba kilpa. Vamzdeliai užpildyti neužšąlančiu (iki -140C ) skysčiu; gręžinio skylė užpildyta bentonito-cemento suspencija (Vokietijoje) arba žvyru (Lietuvoje). Užpildant gręžinio skylę žvyru, būtina tinkamai izoliuoti vandeningus sluoksnius tarpusavyje ir nuo paviršinės taršos.

Pagal siurblio galingumą apskaičiavus reikalingą gręžinių gylį ir įrengus juos pagal reikalavimus, iš šilumos gręžinio 1 m galima gauti 20-70 W šiluminės galios. Praktika rodo, kad lyginamas šilumos srautas pagal uolienas gręžiniuose vienam zondo metrui yra sekančiai:

• sausa smėlinga uoliena qE = 20 W/m;
• drėgna smėlinga uoliena qE = 40 W/m;
• vandens prisotintas uoliena qE = 60 W/m;
• vandeningas sluoksnis qE = 80 -100 W/m

Vidutinis skaičiuotinas qE = 50 W/m. Populiariausias šilumos siurblys Lietuvoje yra 10 kW galingumo, tad tokio siurblio sklandaus veikimo užtikrinimui reikia dviejų 100 m gylio šilumos gręžinių. Šilumos gręžiniai turi būti išdėstyti vienas nuo kito ne mažesniu kaip 5 - 7 m atstumu. Gręžiniai užima sklype nedaug vietos, dažniausiai jie gręžiami iki 100 - 130 m gylio.

Geoterminio šildymo sistemos su vertikaliais giluminiais kolektoriais yra efektyviausias pasirinkimas lyginant su horizontaliais kolektoriais, tačiau jų įrengimo kaina yra kiek didesnė nei horizontalių kolektorių įrengimas, bet tai ilgainiui atsipirks del patikimo ir ekonomiškesnio siurblio veikimo. Uolienų temperatūra Lietuvoje giliau kaip 7 - 10 m yra santykinai pastovi ir siekia 7 - 9 laipsnių C, kai tuo tarpu paviršinio grunto iki 1m gylio temperatūra šalčiausiais mėnesiais ir be šilumos siurblio kolektoriaus poveikio nukrenta iki 0 C.

Šilumos taupymo patarimai

Šilumai žiemą išleidžiame didžiausią sumą iš visų energijos rūšių, todėl taupymas šioje srityje ypač svarbus ir veiksmingas.

• sumažinus temperatūrą 1 laipsniu (ar daugiau, bet tenkinant higienines sąlygas), vidutiniškai per metus sutaupoma 5 proc. energijos ir iki 40 Eur.
• nebūnant namuose arba naktimis sumažinant temperatūrą iki 17-18 laipsnių, taip sutaupoma 5-7 proc.
• vėdinti tada, kai tam yra poreikis - jei nėra mechaninio vėdinimo sistemos, patalpas reikia intensyviai vėdinti, kai padidėja CO2 koncentracija, nes langų ar durų atidarymas atvėsina patalpas (jei reikia sumažinti temperatūrą, ją reikia reguliuoti termostatiniais reguliatoriais, jei tokie yra arba juos įsigyti).
• šaltuoju metų laiku nelaikyti ilgai atidarytų langų ir durų: patalpas geriau vėdinti intensyviai, bet trumpai, nes nespės atvėsti sienos, lubos, grindys ir patalpose esantys daiktai.
• įvertinti, kiek energijos, kuriose srityse, ir kurios energijos rūšies suvartojama daugiausiai.
• nustatyti, kurie prietaisai namuose suvartoja daugiausiai energijos ir įvertinti galimybes sumažinti sąnaudas.
• pasiteirauti energiją tiekiančios įmonės, ar ji siūlo nemokamą ar nebrangią namų ir inžinerinių sistemų apžiūrą ar konsultaciją energijos taupymo tema.

Pastato sandarumas ir šilumos taupymas

Pastatų energiniu efektyvumu ir šilumos suvartojimu pradėta domėtis nuo 1973 metų, kai kilo energetikos krizė. Tuomet buvo atlikti pirmieji pastatų energinio efektyvumo auditai. Energijos taupymo judėjimą vėliau paskatino visuotinis atšilimas ir sparti klimato kaita.

Pagal naują Europos Sąjungos direktyvą, nuo 2014 metų, parduodamas arba išnuomodamas namą ar butą, šeimininkas turės pateikti duomenis apie realų objekto sunaudojamos energijos kiekį. Nuo 2020-ųjų įsigalios reikalavimas, kad visi statomi arba renovuojami pastatai būtų nulinės energetikos, tiksliau, kad tai būtų pastatai, sunaudojantys labai nedaug arba apskritai nesunaudojantys energijos.

JAV bendrovė „Architectural Energy Corporation“ atliko tyrimus. Buvo paskaičiuoti šilumos nuostoliai per nešiltintas pastato konstrukcijas, vėliau konstrukcijos buvo padengtos ypač sandaria ir šilta šiltinimo medžiaga. Tyrimas parodė, kad šilumos taupymo pagrindas yra sandarumas: ypač sandarios šiltinimo medžiagos sluoksnio šiluminę varžą padidinus 100 proc. (sluoksnį pastorinus nuo 10 cm iki 20 cm), šilumos sutaupoma tik 3 proc. daugiau.

Nepaisant šiltinimo medžiagų sandarumo, taip pat labai svarbus aspektas - paties būsto sandarumas: daug energijos prarandama per įvairius plyšelius, orą praleidžiančias vietas. Kildamas aukštyn šiltas oras iškeliauja iš patalpų, o į jas iš lauko patenka šaltas oras.

Kad sandarumas - pagrindinė šilumos taupymo sąlyga, sutinka ir K. Januševičius: „Šis teiginys visiškai teisingas: daugeliu atvejų sumažinus pastato patiriamus šilumos nuostolius per atitvaras (langus, stogą, sienas, grindis ant grunto ir t. t.) ir dėl mechaninio vėdinimo (įdiegus efektyvią šilumogrąžą) sandarumo lygio padidinimas (statistinė naujos statybos gyvenamųjų vienbučių namų sandarumo vertė yra apie n50=3-2,5 h-1 esant 50 Pa skirtumui) iki n50=0,6h-1, yra ekonomiškai racionalus sprendimas siekiant mažiausių patalpų šildymo sąnaudų.

Estijos būsto renovacijos agentūros „KredEx“ specialistų skaičiavimais, vidutinis sovietiniais laikais statytas daugiabutis namas apie 25-35 proc. šilumos energijos praranda per sienas, 20-25 proc. - per langus ir 10-20 proc. - per stogą. Per pamatus ir grindis prarandama apie 3-6 proc. šilumos, o 20-30 proc. nuostoliai patiriami dėl neišvengiamo poreikio vėdinti buto orą.

Šilumos nuostoliai pastate

Atliktų sandarinimo darbų kokybę šiomis dienomis lengvai galima patikrinti atliekant sandarumo testą, kuris puikiausiai tinka norint išsiaiškinti nesandarias namo vietas, ir vėliau atitinkamai jas tvarkyti. Šio testo metu nustatomas bendrasis pastato sandarumo lygis ir konkrečios vietos, pro kurias patiriami energijos nuostoliai.

Sandarumo testas atliekamas pasitelkus vadinamąją pučiamųjų durų įrangą: į pastato duris įstatomas rėmas su tentu, kuriame įmontuotas ventiliatorius.

Prieš atliekant testą visos įprastai reikalingos angos (pvz., kaminas, orlaidės) laikinai užkamšomos, užklijuojamos ir užsandarinamos, taip pat uždaromi langai, o vidinės durys tarp patalpų paliekamos praviros. Atliekant testą, prietaisais stebima, kiek kartų patalpose per nustatytą laiką pasikeičia visas patalpos oras.

tags: #silumos #srautas #reikalingas #apsildyti #1m2 #gyvenamuju