Mimoriadne zníženie spotreby plynu na vykurovanie výrobnej haly

idb journal
03.2013
PDF icon Stiahnuť ako PDF

Theaterservice GmbH – organizačná zložka sa na Slovensku etablovala v r. 2004 a venuje sa zámočníckej výrobe konštrukcií pre divadelné dekorácie pre divadlá v Rakúsku. Spoločnosť využíva na svoju činnosť v Bratislave prenajatú halu s výškou 8 m a celkovou dĺžkou 120 m, postavenú v 70-tych rokoch minulého storočia s betónovým stropom bez zateplenia. Prenajímateľ – firma KSP – zlepšil pôvodné tepelno-izolačné vlastnosti haly výmenou časti obvodového plášťa budovy, ktorý v súčasnosti pozostáva z penových panelov a polykarbonátového presvetlenia. Časť svetlíkov na strope haly zostala pôvodná (drôtové sklo) a časť bola vymenená (polykarbonát). Hala z vnútornej strany susedí s nevykurovanými priestormi, ktoré oddeľuje priečkami z betónu a drôtoskla. Počas prevádzky riadiaceho systému AGS neboli v hale vykonávané žiadne investície zamerané na úpravu konštrukcie haly.

Úlohy a výzvy

Spoločnosť AUSTYN International, s.r.o. bola oslovená prenajímateľom priestorov, aby znížila spotrebu zemného plynu na vykurovanie výrobných priestorov. „Počas vykurovacej sezóny sme do výrobných hál nainštalovali naše meracie zariadenie a počas niekoľkých dní sme daný priestor monitorovali,“ uvádza Ing. Zdeno Boška, konateľ spoločnosti AUSTYN International, s.r.o. Na základe meraní sa zistilo, že priebeh vykurovania bol nepriaznivý. Doba ranného zákuru a útlmové nočné a víkendové teploty nezohľadňovali aktuálne vonkajšie teploty, čo spôsobovalo značné náklady navyše. Takisto bol nepriaznivý priebeh profilových teplôt, t. j. teplôt od zeme po strop. Veľa tepla sa nachádzalo vo vrchných častiach hál. Pritom išlo o teplo, ktoré bolo treba vyrobiť a zaplatiť. V spodných častiach haly, kde sa pohybujú pracovníci, nebol z neho takmer žiadny úžitok. „Navyše sme zistili nevhodne nastavenú časovú reguláciu, čo býva často dôsledkom lacnejších regulačných zariadení. Tieto boli použité aj vo výrobnej spoločnosti. Boli nevhodne umiestnené na stene a mali možnosť nastavovania programov na určité časové obdobie,“ uvádza Zdeno Boška. Nevýhodou týchto zariadení je, že ak ich už raz niekto nastaví, nedokážu podľa aktuálnych klimatických pomerov upravovať program regulácie. Tieto zariadenia nedokážu zohľadniť vplyv vonkajších teplôt a preto boli v rámci modernizácie znefunkčnené.

Pri modernizácii systému riadenia teploty vnútri výrobných priestorov bolo ponechaných šesť pôvodných lineárnych tmavých infražiaričov od spoločnosti Absolutgaz, s.r.o. Výmena za modernejšie žiariče s vyššou účinnosťou by bola možná, návratnosť by sa pohybovala v rozmedzí 3 – 4 roky. Prenajímateľ priestorov však nechcel investovať do takejto výmeny, preto boli ponechané pôvodné žiariče, ktoré po technickej stránke stále vyhovovali bezpečnej prevádzke. Nainštalovaný bol nový destratifikačný systém, ktorého úlohou bolo práve využiť teplo naakumulované pod stropom a rozvrstviť ho rovnomerne vo vykurovanom priestore. Systém bolo ale potrebné nastaviť tak, aby zapnutý destratifikátor (čo je určitý druh ventilátora, obr. 1) nefúkal vzduch až do pracovnej zóny, ale ho víril len do určitej výšky. Správne nastavenie systému bolo kontrolované aj podľa tzv. cigaretovej skúšky. Vírenie vzduchu je zistiteľné až od úrovne cca 2,5 metra nad zemou.

 
Obr. 1 Destratifikátor

Využívanie slnečnej a geotermálnej energie na temperovanie haly

Počas slnečných dní sa pod stropom akumuluje aj väčšie množstvo tepelnej energie, ktoré vytvára priame slnečné žiarenie. Destratifikačný systém dokáže v zime počas slnečných dní využiť takto naakumulované teplo a znížiť tým čas prevádzky žiaričov. Ako ďalej vysvetľuje Zdeno Boška, „pre správne temperovanie haly sme sa naučili využívať aj geotermálne teplo, ktoré sa nachádza v jej podloží.“ Tento zdroj tepla sa využíva najmä pri odstávkach systému vykurovania, víkendoch či nočnej prevádzke. Systém je nastavený tak, že pri vonkajšej teplote až do -16 °C nepotrebuje spotrebúvať žiadnu platenú energiu a práve vďaka využívaniu slnečnej alebo geotermálnej energie je možné zabezpečiť temperovanie haly na dostatočnú, protinámrazovú teplotu.

Riadiaci systém AGS

Výrobné priestory spoločnosti Theaterservice GmbH – o.z. boli rozdelené na tri teplotné zóny, pričom tento systém rozdelenia sa zachoval aj v rámci nového systému riadenia, ktorý umožňuje samostatne riadiť všetky tri zóny. Okrem toho sa zmenil aj princíp vykurovania.
Ak sa pracuje len v jednej zóne, dokážu priamo pracovníci spoločnosti Theaterservice GmbH – o.z. riadiť teplotu v ostatných zónach tak, aby spotreba plynu bola pre takýto prípad čo najnižšia.

Riadiaci systém AGS obsahuje algoritmy riadenia, ktoré sú know- -how firmy AUSTYN International, s.r.o. a sú vytvorené špeciálne na vykurovanie veľkých priemyselných hál, kde správanie sa teplôt v priestore funguje inak ako v bežných priestoroch kancelárie. Na vstup riadiaceho systému sú privedené hodnoty teplôt z jednotlivých teplotných zón, teploty z rôznych vrstiev haly, na základe ktorých sa riadi činnosť destratifikátorov alebo iných úsporných systémov.
„Pri progresívnych vykurovacích zariadeniach sa nám dokonca darí dosahovať stav, kedy teplota pod stropom je o niečo nižšia ako v pracovnom priestore. V takom prípade sú aj úniky tepla do vonkajšieho priestoru nižšie.“ Do riadiaceho systému môžu vstupovať aj ďalšie merané hodnoty, napr. o kvalite vzduchu, prítomnosti plynu v ovzduší a pod.

Snímače

Do priestorov haly boli nainštalované snímače, ktoré sú špeciálne určené práve na snímanie teplôt vzduchu ohrievaného sálavými systémami a boli rozmiestnené v každej z troch zón. „Okrem samotného snímania teploty dokážu tieto snímače snímať aj sálavú zložku, t. j. infračervenú energiu, ktorú produkuje žiarič. Snímač sčítava teplotu vzduchu s tzv. sálavým príspevkom a výsledkom je údaj o tzv. pocitovej teplote v priestore,“ vysvetľuje Zdeno Boška. „Destratifikátory sú ovládané na základe rozdielu teplôt, a nie absolútnej teploty. Nami nainštalovaný systém sleduje teplotu pracovného priestoru a priestoru pod stropom, a až na základe zisteného rozdielu spúšťa destratifikátory.“ Takto je možné zariadenia využiť aj v noci a počas vikendových dní, keď ide systém do útlmovej teploty. Ak by bol systém nastavený napr. na absolútnu teplotu 26 °C, tak počas činnosti žiaričov cez deň by to fungovalo. Ale v noci, keď žiariče držia teploty, tieto zariadenia sledujú rozdiel teplôt a sú schopné využívať tento potenciál aj v noci pre útlmové teploty. Vďaka tomu sú podstatne efektívnejšie.

Ďalším z cieľov nového systému bolo, aby zapínal infražiariče naozaj len vtedy, keď je to potrebné. Ak sa prevádzka spoločnosti začína o 6:00 hod. ráno, je potrebné zabezpečiť, aby práve v tomto čase bola vo výrobnej hale požadovaná teplota. Ak je vonku teplo, stačí, aby sa systém zapol napr. o 5:30 hod., ak je vonku chladno, systém sa musí zapnúť napr. o 02:00 hod. v noci. V prípade jednoduchej regulácie sa systém bude zapínať vždy o druhej ráno, čo je samozrejme neefektívne. „Práve preto sú do nami inštalovaného systému riadenia stiahnuté aj hodnoty zo snímačov vonkajšej teploty, vďaka čomu funguje celý systém vykurovania podstatne efektívnejšie ako v minulosti,“ dodáva Zdeno Boška.

Dôležitým faktorom pri riadení teploty vnútri výrobných hál sú aj ich vstupné otvory. „Počas našich meraní sme zistili, že k veľkému úniku tepla z haly dochádza aj cez vstupné brány. Preto sme urobili dve zásadné opatrenia – nainštalovali sme závesy brániace úniku tepla a nainštalovali monitoring otvorenia vstupných brán. Táto informácia sa prenáša do systému riadenia teploty v hale,“ komentuje Zdeno Boška. Na každú vstupnú bránu bol nainštalovaný snímač otvorenia (obr. 3). Po dohode s prenajímateľom priestorov bol systém nastavený tak, že ak doba otvorenia brány prekročí vopred zadefinovaný čas na využitie brány (napr. prechod automobilu), tak systém na to reaguje znížením pracovnej teploty v pracovnej zóne, čím dochádza k eliminácii tzv. ľudského faktoru nadspotreby a k úspore zemného plynu.

 

Obr. 2 Snímače teploty sú rozmiestnené v priestore haly

Operátorské rozhranie

Spoločnosť Theaterservice GmbH – o.z. má na riadenie a vizualizáciu priebehu teplôt vo svojich výrobných priestoroch k dispozícii server typu PC. Aplikácia, ktorá na ňom beží, dokáže monitorovať priebehy teplôt v jednotlivých tepelných zónach a zobraziť v grafickej podobe všetky procesy, ktoré súvisia s vykurovaním priestorov (obr. 4). Zároveň je možné jednotlivé merané hodnoty zobrazovať samostatne alebo naraz s intervalom aktualizácie meraných hodnôt 1 min., čo umožňuje vykonávať okamžitú analýzu efektivity vykurovania a určiť vzájomné ovplyvňovanie jednotlivých parametrov systému. Systém zobrazuje vonkajšiu teplotu a teplotu vnútri v rámci jednotlivých zón, teplotu pod stropom a tiež to, či a ktoré destratifikátory a žiariče sú v činnosti, či sú otvorené brány a pod. Systém má aj archív záznamov, ktorý umožňuje zobraziť stav teplôt počas ktoréhokoľvek archivovaného dňa z minulosti.

Spoločnosť AUSTYN International, s.r.o., ako dodávateľ vizualizačného systému, má k dispozícii aj administrátorskú verziu aplikácie. Táto umožňuje nastavovanie dôležitých parametrov, najčastejšie počas prvých troch mesiacov roka, kedy sa spravidla prechádza cez všetky externé teplotné priebehy. Následne systém dokáže fungovať autonómne. Obsluha zo strany používateľa vstupuje do systému len v prípade, keď je potrebné zmeniť čas pracovnej doby alebo zmeniť pracovnú teplotu. „Toto je najdôležitejšia vlastnosť inteligentného riadiaceho systému AGS, a to že obsluha zadáva len údaje, ktoré dobre pozná a nemusí sa venovať nastavovaniu takých parametrov, ako je útlmová teplota, čas predzákuru, rozdiel teplôt ako údaj pre spúšťanie destratifikátorov a pod. To všetko je naše know-how, pričom po našej parametrizácii môže systém fungovať de facto neobmedzene dlho,“ konštatuje Zdeno Boška.

Obr. 3 Snímače otvorenia sú nainštalované na každej vstupnej bráne

Dosiahnuté úspory

Pred modernizáciou systému vykurovania mala spoločnosť Theaterservice GmbH – o.z. ročnú spotrebu zemného plynu na úrovni 48 302 m3 (údaj za rok 2009). Po inštalácii riadiaceho systému AGS, destratifikačného systému a spoluprevádzkovaním systému spoločnosťou AUSTYN International, s.r.o. bola v priebehu vykurovacej sezóny 2012 / 2013 dosiahnutá spotreba zemného plynu na úrovni 19 992 m3. Po technickom prepočte podľa vonkajších teplôt dosiahla spoločnosť Theaterservice GmbH – o.z. počas sezóny 2012 / 2013 porovnávaciu spotrebu zemného plynu na úrovni 14 925 m3.

Celá úspora, ktorú deklarovala spoločnosť Theaterservice GmbH – o.z., sa dosiahla len racionalizáciou pôvodného vykurovacieho systému a režimu vykurovania. Konateľ tejto spoločnosti, Mag. Kurt Schöggl, vyjadril s dosiahnutými ekonomickými výsledkami realizovaného riešenia svoju spokojnosť.

Ďakujeme Mag. Kurtovi Schögglovi, konateľovi spoločnosti Theaterservice GmbH – o.z., za možnosť realizácie reportáže a Ing. Zdenovi Boškovi, riaditeľovi spoločnosti AUSTYN International, s.r.o., za odborný výklad.

Obr. 4 Ukážka operátorského rozhrania