Pāreja uz zemas temperatūras centralizēto siltumapgādi Aleskandrs Zajacs, Rīgas Tehniskā universitāte 2019.gada 17.jūnijs

1. 1
RĪGA 2019
RIGA TECHNICAL UNIVERSITY
Būvniecības inženierzinātņu fakultāte
Siltuma, gāzes un ūdens tehnoloģijas institūts
Pāreja uz zemas temperatūras centralizēto siltumapgādi
Dr.sc.ing. Aleksandrs Zajacs
aleksandrs.zajacs@rtu.lv
+37129874677

2. 22
Īsi par mērķi…
Definēt problēmu (likumdošana)
Apzināties resursus (informācija, zināšanas, speciālisti, pieredze)
Attīstīt diskusiju un aktivizēt domāšanu
Apkopot idejas un risinājumus
Novērtēt un izvēlēties labāko…
Laiks(likumdošana)

3. 33
▪ Direktīva 2010/31/EU 31 un 2015.gada Ministru kabineta noteikumi Nr. 383 "Noteikumi par ēku
energosertifikāciju" visas jaunās daudzdzīvokļu ēkas pēc 2017. gada janvāra ≤ 60 kWh / m2, pēc 2021.
gada janvāra - gandrīz nulles enerģijas ēkas.
▪ 2030 EU Energy Strategy (2014) - 40 % emisiju samazinājums (pret 1990.), un 27 % AUR mērķis.
▪ Parīzes vienošanās (2015) – CO2 40 % samazinājums līdz 2030. zem 1990.gada līmeņa un 60 %
samazinājums līdz 2050. zem 2010 gada līmeņa. 27 % AER īpatsvars, 27 % enerģijas ietaupījums
salīdzinājumā ar «business-as-usual» scenāriju un ierobežot vidējās globālas temperatūras pieaugumu līdz
2°C salīdzinot ar pirms industrializācijas līmeņiem līdz 2030.
▪ ES valstu mērķi
– Dānija 30% AER īpatsvars gala enerģijas patēriņā un 50% elektroenerģijas ir saražots no vēja 2020.
– Zviedrija samazināt kopējo enerģijas patēriņu par 20% pret 2008.g. līmeni, enerģijas patēriņš uz apkurināmās platības
vienību samazinājums par 20% līdz 2020 un 50% līdz 2050 pret 1995.g. līmeni.
– Vācija primāras enerģijas samazinājums par 20% līdz 2020 un 50 % līdz 2050 pret 2008.g. līmeni.
– UK CO2 samazinājums par 34% līdz 2020 un 80% līdz 2050 pret 1990. g. līmeni.
▪ Latvijā laika periodā no 2016. gada līdz 2023. gadam būs pieejams atbalsts daudzdzīvokļu ēku renovācijai
166 milj. EUR apmērā. Paredzams, ka atbalstīs aptuveni 1700 ēkas.
Pašreizējās enerģētikas politikas
tendences un izaicinājumi

4. 44
▪ Attiecībā uz atjaunojamo enerģiju, laika posmā līdz 2020.gadam Latvijā ir noteikti vairāki mērķi:
▪ ○ AER īpatsvars enerģijas bruto gala patēriņā 2020.gadā - 40%, mērķis ir saistošs, noteikts AER Direktīvā 2009/28/EK7 un Latvijas
nacionālajā reformu programmā "ES 2020";
▪ ○ AER īpatsvars enerģijas bruto gala patēriņā transporta sektorā 2020.gadā - 10%, mērķis ir saistošs, noteikts AER Direktīvā
2009/28/EK un Latvijas nacionālajā reformu programmā "ES 2020";
▪ • Samazināt SEG emisijas uz vienu piegādātās degvielas vai enerģijas vienību līdz 2020.gadam par 6%.
▪ Attiecībā uz energoefektivitāti laika posmā līdz 2020.gadam Latvijā ir noteikti vairāki mērķi:
▪ ○ primārās enerģijas ietaupījums 2020.gadā - 0,670 Mtoe (28 PJ), mērķis nesaistošs, noteikts Latvijas nacionālajā reformu
programmā "ES 2020";
▪ ○ valsts obligātais uzkrātais gala enerģijas ietaupījums līdz 2020.gadam - 0,850 Mtoe, mērķis saistošs, noteikts saskaņā ar
Energoefektivitātes Direktīvu 2012/27/ES9;
▪ ○ katru gadu renovēti 3% no tiešās pārvaldes ēku platības (maksimālā prognoze - kopā renovēti 678 460 m2) - mērķis saistošs,
noteikts Energoefektivitātes Direktīvā 2012/27/ES;
▪ ○ samazināt vidējo siltumenerģijas patēriņu apkurei (ar klimata korekciju) par 50% pret 2009.gada patēriņu (202 kWh/m2), līdz
2020.gadam jāsasniedz mērķis 150 kWh/m2 gadā. Mērķis nesaistošs, definēts Enerģētikas stratēģijā 2030.
▪ ○ energointensitātes samazināšanos no 372,9 kg naftas ekvivalenta uz 1000 euro no IKP 2010.gadā līdz 280 kg naftas ekvivalenta
uz 1000 euro no IKP 2020.gadā.
Pašreizējās enerģētikas politikas tendences un izaicinājumi
09.02.2016. Ministru kabineta rīkojums Nr. 129
«Par Enerģētikas attīstības pamatnostādnēm 2016.-2020. gadam»

5. 55
Civilizācijas

6. 66
Enerģiju ražo un patērē cilvēki. Kā samazināt patēriņu?

7. 77
Kāpēc CSA?
Rīgas Tehniskā universitāte

8. 88
Lund H. et.al. 4th generation district heating, integrating smart thermal
grids into future sustainable energy systems// Energy. - 2014. - Vol. 68. -
p. 1-11.

9. 99
▪ Enerģijas avotu diversifikācija
▪ Vieds siltumapgādes tīkls
▪ Zemas enerģijas ēkas
CSA sistēmu attīstība
zemas turpgaitas temperatūra (60-70 ° C), divvirzienu
siltumapgāde, centralizētā dzesēšana, siltumenerģijas
akumulēšana (sezonālā)
siltumenerģijas pārpalikums no rūpniecības,
koģenerācijas biomasa un atkritumi, centralizēts
siltumsūknis, liela mēroga ģeotermālā enerģija un
saules enerģija
no 3G uz 4G
renovācija, energoefektivitāte, viedā pārvaldība
Siltumenerģijas ražošana pie patērētājiem↑
Patērētāju siltumenerģijas patēriņš ↓
Īpatnējie siltuma zudumi s/tīklos ↑
Kopējā CSA sistēmas efektivitāte ?
Siltumenerģijas zudumi s/tīklos ↓

10. 1010
0
50
100
Siltumpatēriņa perspektīvais
samazinājums
Perspektīva attīstība
200 kWh 40 kWh
No 2021. gada 1. janvāra
un turpmāk
gandrīz nulles enerģijas
ēka
?

11. 1111
System Supply flow (oC) Return flow (oC) Type of heating units
High temperature (HT) up to 95 up to 70 Conventional hydronic radiators
Medium temperature (MT) 55 35-40 Low temperature radiators
Low temperatures (LT) 45 25-35
Ventilation radiator baseboard radiator
wall/floor/ceiling heating
Very low temperatures (VLT) 35 25

12. 1212
0
20
40
60
80
100
120
140
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
Temperatureofgridwater,oC
Outdoor air temerature, oC
Supply Return
Siltuma piegādes shēmas

13. 1313
- par efektivitātes prasībām jauniem karstā ūdens apkures katliem, kas tiek kurināti ar šķidriem vai
gāzveida kurināmiem.
▪ Zemas temperatūras gāzes katli;
▪ Kondensācijas tipa gāzes katli;
The Boiler Efficiency Directive (92/42/EEC)
Zemas temperatūras apkures katls: apkures katls, kurš var nepārtraukti
darboties ar ūdens apgādes temperatūru no 35 līdz 40° C, kas noteiktos
apstākļos iespējams izraisa kondensāciju, tostarp kondensējošie apkures katli.

14. 1414
Kondensācijas tipa gāzes katli
54.4oC4.4oC 104.4oC VanWormer, C & Grassl, D. (2018). Best
practices for condensing boilers. ASHRAE
Journal. 60. 18-27.

15. 1515
Renovācijas scenāriji
Retrofitting solution
Existing situation
before renovation
According to existing
legislation without
controlled ventilation
According to existing
legislation with
mechanical ventilation
with heat recovery
Heat consumption for
heating, kWh/m2 142,7 53,8 50,4
Heating consumption for
Hot water , kWh/m2 56 56 56
Lighting, kWh/m2 16,7 16,7 16,7
Electricity consumption
for ventilation, kWh/m2 0 0 14,3
Air infiltration of building
envelope, 1/h
0,7* including windows
opening
0,5* including windows
opening
~0.028* windows are closed
only mechanical ventilation

16. 1616
Āra gaisa temperatūra
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
PHPP V9.3 -2.1 -2.7 0.7 7.0 12.3 15.4 19.0 17.8 12.9 7.4 2.8 -0.6
LBN003-15 -4,7 -4,3 -0,6 5,1 11,4 15,4 16,9 16,2 11,9 7,2 2,1 -2,3
СНиП 2.01.01-82 -4,5 -4,2 -1,1 5,2 11,5 15,4 18 16,5 12,2 6,7 1,6 -2,3
СНиП II-А.6-72 -5.0 -4.8 -2 4.6 10.7 14.3 17.1 15.7 11.7 6.2 1.5 -2.6
IDA-ICE (ASHARE IWEC2
2011)
-0.1 -3.0 1.5 6.5 12.3 15.6 17.4 17.8 12.2 7.7 1.8 -1.6
-2.2 -2.1 1.2 6.8 12.3 16.0 18.8 17.7 13.0 7.2 2.5 -0.8
30 gadu periodā
(1988.- 2017.) vidējā
aritmētiskā.

17. 1717
EXCELL
▪ Passive House Planning Package, PHPP;
▪ Ēkas energoEfektivitātes Aprēķins «EFA» ;
WEB-tool
▪ Heatmod - http://www.heatmod.lv
Aprēķinu programmas
Saskaņā ar EN ISO 13790:2009.

18. 1818
Dinamiskās aprēķinu programmas
▪ ArchiCAD EcoDesigner STAR
▪ MagiCAD Comfort & Energy
▪ IDA- ICE;
▪ IESVE;
▪ RIUSKA

19. 1919
Kad pieslēgt apkuri?
Vieta
Diennakts vidējā gaisa temperatūra £ 8 ° C
perioda ilgums (dienas) vidējā temperatūra (° C)
Ainaži 201 0.6
Alūksne 208 -1.0
Daugavpils 198 -0.4
Dobele 194 0.5
Liepāja 189 1.6
Mērsrags 200 1.2
Priekuļi 201 -0.1
Rīga 189 0.6
Stende 201 0.7
Zīlāni 200 -0.3
Apkures perioda ilgums un vidējā gaisa temperatūra (° C) (dati atjaunināti par periodu 1988.-2017.)
"Apkures perioda ilgums un vidējā gaisa temperatūra (o C)". Par apkures periodu uzskata laiku, kad diennakts vidējā
gaisa temperatūra ir stabili vienāda ar 8,0 o C vai zemāka. Apkures perioda raksturlielumi aprēķināti par 30 gadu datu
periodu (1988.- 2017.).

20. 2020
Lietuvas pieredze
Patrikas Bruzgevičius

21. 2121
Minimālās temperatūras
Temperature 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
Maximum, 0C 2,0 -0,1 5,3 5,5 3,3 4,6 7,5 5,5 5,6 3,5 -2,2 2,7 3,5 4,4
Minimum, 0C -21,5 -33,2 -18,2 -20,1 -17,8 -25,0 -17,9 -16,6 -15,3 -14,3 -20,9 -22,2 -16,1 -25,0
Temperature 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Maximum, 0C 2,0 3,1 2,9 2,7 0,0 8,0 2,2 8,6 3,9 4,5 -2,5 2,1 3,5
Minimum, 0C -19,6 -11,8 -26,1 -31,6 -18,2 -21,7 -31,5 -17,2 -18,2 -20,0 -27,8 -17,4 -21,1
Mārtiņš Ruduks1, Arturs Lešinskis2
1Latvia University of Agriculture
2Riga Technical University
martins.ruduks@inbox.lv

22. 2222𝑡 𝑜 =
𝑡 𝑖+𝑡 𝑠𝑡
2
,˚C
Vidējā starojuma temperatūra
𝑀𝑅𝑇 =
𝑇1 𝐴1+𝑇2 𝐴2+𝑇3 𝐴3 + ⋯
𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3 + ⋯ .
Operatīva temperatūra

23. 2323
Ēku siltināšana
✓ Siltumizolācija;
✓ Logu nomaiņa;
Siltumizolācijas slāņa biezums
Siltumacaurlaidības
koeficients
?????

24. 2424
Sildķermeņu veidi

25. 2525
Siltuma atdeves sadalījums
✓ It is important to prevent any
installation that would block the
heat exchange;
✓ Use of decorative panels in front
of radiators is not recommended;
✓ In case of convectors use, it is
necessary to ensure air movement
across convectors;
DOUBLE PANEL RADIATOR
✓ Radiant output 50 %;
✓ Convective output
50%;
PANEL RADIATORS
✓ Radiant output 15 - 20 %;
✓ Convective output 80% -
85%;
CONVECTOR PANEL
✓ Convective output 100%;

26. 2626
Wang Q., PloskicA., Holmberg S. Retrofitting with low-temperature heating to achieve energy-demand savings and thermal
comfort. Energy and Buildings 109 (2015) 217–229

27. 2727
Ventilācijas risinājumi

28. 2828
Veiktie pētījumi
▪ Brand and Svendsen show that a typical single-family house in Denmark built in 70s and
recently still without any renovation measures can be heated by low-temperature DH with
supply temperature 50oC to an operative temperature of 22oC roughly for 59% of year.
▪ Wand and Ploskic confirm that VLTR will not significantly improve the mean air temperature
if no extra energy-demand renovation is implemented in a building.
Brand M., Svendsen S., Renewable-based low-temperature district heating for existing buildings in various stages of refurbishment, Energy, 2013, 62, 311-319.
Wang Q., Holmberg S., 6th International Building Physics Conference, Combined Retrofitting with Low Temperature Heating and Ventilation Energy Savings,
Energy Procedia, 2015, 78, 1081-1086.
Wang Q., Ploskić A., Holmberg S., Retrofitting with low-temperature heating to achieve energy-demand savings and thermal comfort, Energy and Buildings,
2015, 109, 217-229.
Wang Q., Ploskić A., Song X., Holmberg S., Ventilation heat recovery jointed low-temperature heating in retrofitting—An investigation of energy conservation,
environmental impacts and indoor air quality in Swedish multifamily houses, Energy and Buildings, 2016, 121, 250-264.

29. 2929
Pētījums

30. 3030
Izejas dati
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 2000 4000 6000 8000 10000
Dry-bulbtemperature,Deg-C
Time

31. 3131
Scenāriji
Scenario Supply curve U-values HVAC
1. Non-renovated basic 3GDH
External walls 0.85 (W/m2 K)
Roof 0.80 (W/m2 K)
External floor 0.80 (W/m2 K)
Doors 1.80 (W/m2 K)
Windows 2.21 (W/m2 K)
Thermal bridges are on poor level
PURMO C21 heat convectors;
Air-tightness q50=1.67 (l/s·m2);
Air-exhaust ventilation with q= 0.54
(l/m2·s).2. Non-renovated LTH 4GDH
3. Renovated LTH 4GDH
External walls 0.18 (W/m2 K)
Roof 0.15 (W/m2 K)
External floor 0.15 (W/m2 K)
Doors 1.80 (W/m2 K)
Windows 1.30 (W/m2 K)
Thermal bridges are on good level
PURMO C21 heat convectors;
Air-tightness q50=0.71 (l/s·m2);
Air-exhaust ventilation with q= 0.54
(l/m2·s).

32. 3232

33. 3333

34. 3434
Siltuma avota temperatūras
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-30 -20 -10 0 10 20
Supplywatertemperature,°C
Ambient air temperature, °C
3GDH 4GDH

35. 35

36. 36

37. 37

38. 38
Number of
bedrooms
Averagely weighed number
of hours, h
Averagely weighed number
of hours*, %
below 18 °С 18-20 °С below 18 °С 18-20 °С
21 6 175 0.14 3.88
*total number of simulated heating hours is 4514 h
Temperatūras diskomforts

39. 39
Ierobežojumi

40. 4040
Zemas temperatūras apkures sistēmu
darbības parametru uzlabošana
Ribota gaiša virsma palielina siltuma plūsmu no radiatora
par aptuveni 12% salīdzinājumā ar gludu gaišu virsmu un
samazina siltuma zudumus caur sienu par apmēram 54%
salīdzinājumā ar vienmērīgu melnu virsmu.
Shati A.K.A., Blakey S.G., Beck S.B.M., The effect of surface
roughness and emissivity on radiator output, Energy and Buildings,
2011, 43 (2–3), 400-406.

41. 4141
Mehāniskā ventilācija ▪ Performance of VLTR could be
optimized by narrowing the distance
between convection fins inside the
radiator panels in order to enlarge the
area of heat-transferring surfaces,
while avoiding internal geometry that
increase pressure drop.
Myhren J.A., Holmberg S., Improving the thermal performance of ventilation
radiators – The role of internal convection fins, International Journal of Thermal
Sciences, 2011, 50 (2), 115-123

42. 4242
Sildelementa ietekme uz komfortu
- thermal comfort is more easily
achieved with 11-type radiators,
due to their larger surface area,
and with 22-type serial-
connected radiators, by virtue of
their higher front panel surface
temperature.
K.-V. Võsa et al. / Applied Thermal
Engineering 132 (2018) 531–544

43. 4343
▪ Decentralizētie siltummezgli LTDH dod iespēju ietaupīt 30% no ikgadējie
cirkulācijas siltuma zudumiem.
Xiaochen Yang* , Hongwei Li, Svend Svendsen. Decentralized substations for low-temperature district heating with no
Legionella risk, and low return temperatures. Energy 110 (2016) 65e74
Lokālo siltumsūkņu izmantošana

44. 4444
▪ Lokālo siltumsūkņu izmantošana uzlabo apkures un
karsta ūdens apgādes sistēmu efektivitāti. «Ultra»
zemas temperatūras apkures sistēmas siltuma patēriņš
vidēji par 20% mazāks salīdzinājumā ar zemas
temperatūras apkures sistēmām.
Ommen T., Thorsen J.E., Markussen W.B., Elmegaar B.
Performance of ultra low temperature district heating systems
with utility plant and booster heat pumps. Energy 137 (2017) 544
- 555
Lokālo siltumsūkņu izmantošana

45. 45
Viedoklis
• "Tik tikko Vidzemes plānošanas reģionā Attīstības padomes
sēdē tika apstiprināti divi attīstības dokumenti enerģētikas
jomā - Enerģētikas vīzija un Rīcības plāns “Ceļa karte uz
ilgtspējīgu, oglekļa mazietilpīgu ekonomiku”. Abi dokumenti
ietver arī nākotnes scenārijus par centralizētās siltumapgādes
attīstību Vidzemē. Tāpat eksperti uzsvēra, ka nav vienas
konkrētas metodes par to, kā ieviest zemas temperatūras
centralizēto siltumapgādi. Ir nepieciešama detalizēta esošās
situācijas izvērtēšana, lai definētu individuālu tehnoloģisko
risinājumu"
https://www.dzirkstele.lv/vietejas-zinas/seminara-parruna-par-
nepieciesamibu-sakartot-esosas-centralizetas-siltumapgades-sistemas-
164787

46. 46
PALDIES PAR UZMANĪBU

47. 47
RĪGA 2019
RIGA TECHNICAL UNIVERSITY
Būvniecības inženierzinātņu fakultāte
Siltuma, gāzes un ūdens tehnoloģijas institūts
Pāreja uz zemas temperatūras centralizēto siltumapgādi
Dr.sc.ing. Aleksandrs Zajacs
aleksandrs.zajacs@rtu.lv
+37129874677