Seřízení otopné soustavy po zateplení objektu

Datum: 28.10.2013  |  Autor: Ing. Vladimír Valenta  |  Zdroj: Český instalatér 4/2013  |  Recenzent: Jaroslav Valter, Ing. Ladislav Tintěra

Seřízení vytápěcí soustavy je nutno provádět ve dvou stupních. V prvním stupni jde o teplotní seřízení, které se týká centrálního řízení dodávky tepla do objektu. Ve druhém stupni jde o hydraulické (průtokové) seřízení, které se týká lokálního řízení dodávky tepla do místnosti.

V současnosti se u řady stávajících bytových objektů provádí zvyšování tepelných odporů obvodového pláště, neboli zateplování objektu. Cílem je snížit tepelné ztráty objektu a tím i energetickou náročnost na vytápění objektu. V příspěvku jsou uvedeny vlivy zateplení na vytápěcí soustavy objektů, které se týkají jak centrálního, tak i lokálního řízení dodávky tepla. Doporučené úpravy vytápěcích soustav mohou zajistit další snížení spotřeby tepla na vytápění. Nové provozní stavy lze také zajistit zařízením s proměnným nebo s pevným směšovacím poměrem. Většina současných bytových objektů je napojena na rozvod tepla okrskových tepelných soustav. V tepelném okrsku jsou zdrojem tepla buď kotle, nebo výměníky tepla. V případě rozvodu tepla pouze pro vytápění je v kotelně nebo ve výměníku dodávka tepla řízena centrálně, převážně ekvitermicky. Pokud je některý z objektů okrsku zateplen, má značně sníženou tepelnou ztrátu a pro vytápění mu postačuje nižší teplota oběhové vody, kterou ale z centra nelze zajistit s ohledem na původní potřeby ostatních objektů. Potom je nutné v zatepleném objektu zřídit v odběrném místě směšovací zařízení, kterým se sníží teploty oběhové vody. Zřízení směšovacího zařízení se musí dohodnout s dodavatelem tepla.

Seřízení vytápěcí soustavy je nutno provádět ve dvou stupních. V prvním stupni jde o teplotní seřízení, které se týká centrálního řízení dodávky tepla do objektu. Seřídí se teplota přívodní oběhové vody, přičemž se předpokládá, že průtoky do všech potrubních úseků zůstávají původní. Ve druhém stupni jde o hydraulické (průtokové) seřízení, které se týká lokálního řízení dodávky tepla do místnosti.

Podkladem pro seřízení vytápěcí soustavy je jednoduchý projekt. Pro zpracování podkladu musí být k dispozici tepelné ztráty jednotlivých místností z původního projektu vytápěcí soustavy. Dále se musí provést výpočty snížených tepelných ztrát jednotlivých místností.

První stupeň seřízení

Tepelné ztráty snížené

Po zateplení objektu se sníží jeho tepelná ztráta a ztráty všech místností, přičemž původní tepelná ztráta místnosti [W] ve výpočtovém stavu je dána vztahem:

Qzp = Up × Se × (Ti − Te) + cm × n × Vm × (Ti − Te) (vzorec 1)
 

kde:

Up
– průměrný původní součinitel prostupu tepla vnějších stěn [Wm−2K−1],
Se
– plocha vnějších stěn [m2],
Ti
– teplota vnitřní výpočtová [°C],
Te
– teplota vnější výpočtová [°C],
cm
– měrná tepelná kapacita vzduchu při 0 °C je 0,35 [Wh.m−3.K−1],
n
– intenzita výměny vzduchu = 0,5 [h−1],
Vm
– vnitřní objem místnosti [m3].
 

První člen představuje tepelnou ztrátu prostupem tepla, druhý tepelnou ztrátu větráním.

Snížená tepelná ztráta místnosti [W] ve výpočtovém stavu je dána obdobným vztahem:

Qzs = Us × Se × (Ti − Te) + cm × n × Vm × (Ti − Te) (vzorec 2)
 

kde:

Us
– průměrný nový (snížený) součinitel prostupu tepla vnějších stěn [Wm−2K−1].
 

Poměrné snížení tepelné ztráty místnosti [–], myslí se tím snížení na určitou hodnotu, ne o určitou hodnotu, je dáno vztahem:

qm = Qzs / Qzp (vzorec 3)
 

Z posledních vztahů (1 až 3) získáme po úpravě vztah:

qm = (p × u + 1) / (p + 1) (vzorec 4)
 

kde:

p
– poměrná tepelná ztráta prostupem, viz vztah (vzorec 5) [–],
u
– poměrné snížení souč. prostupu tepla = Us / Up [–].
 

Poměrná tepelná ztráta prostupem vztažená k tepelné ztrátě větráním při původním výpočtovém stavu je dána vztahem:

p = Up × Se / (cm × n × Vm) (vzorec 5) [–]
 

Obr. 1 Závislost poměrného snížení tepelné ztráty na poměrné tepelné ztrátě prostupem a na poměrném snížení součinitele prostupu tepla
Obr. 1 Závislost poměrného snížení tepelné ztráty na poměrné tepelné ztrátě prostupem a na poměrném snížení součinitele prostupu tepla

Vztah (vzorec 4) popisuje poměrné snížení tepelné ztráty místnosti qm po zateplení v závislosti na poměrné tepelné ztrátě prostupem p s původním součinitelem prostupu tepla vnějších stěn Up a na poměrném snížení součinitele prostupu tepla vnějších stěn u (obr. 1).

Pokud má celý objekt jednotnou hodnotu původního součinitele prostupu tepla vnějších stěn Up a také sníženého součinitele prostupu tepla vnějších stěn Us, bude hodnota u konstantní pro všechny místnosti objektu. Pouze hodnota p bude u každé místnosti rozdílná, protože poměr Se / Vm bude také u většiny místností rozdílný. Znamená to, že v objektu jsou místnosti s nejnižší hodnotou qm, u kterých se zateplení projevilo nejvíce, a místnosti s nejvyšší hodnotou, u kterých se zateplení projevilo nejméně.

Je patrné (obr. 1), že místnosti s menší hodnotou p, tj. s menším poměrem tepelné ztráty prostupem tepla vztažené k tepelné ztrátě větráním, mají vždy větší hodnoty qm. A právě nastavení ekvitermické regulace (topných křivek) pro celý objekt musí vycházet z nejvyšší hodnoty qm. Nastavení na nižší hodnoty qm by znamenalo nedotápění místností s nižšími hodnotami qm.

Topné křivky

Centrální řízení dodávky tepla pro vytápěcí soustavy se nejčastěji provádí kvalitativně, tzn. změnou teploty přívodní oběhové vody, a to podle venkovní teploty. Tomuto způsobu řízení se také říká ekvitermická regulace. Teplota přívodní vody se nejčastěji mění směšováním pomocí směšovací spojky. Směšováním se rozumí spojování proudu vstupní vody s částí proudu zpětné vody ve směšovacím bodě, čímž vznikne přívodní voda do vytápěcí soustavy o potřebné teplotě.

Topná křivka přívodní vody je dána vztahem:

t1 = 0,5 × {A × [(Ti − te) / B]m + C × (Ti − te)} + Ti (vzorec 6)
 

Topná křivka zpětné vody je dána vztahem:

t2 = 0,5 × {A × [(Ti − te) / B]m − C × (Ti − te)} + Ti (vzorec 7)
 

V obou vztazích představuje:

t1
– teplotu přívodní vody [°C],
t2
– teplotu zpětné vody [°C],
Ti
– vnitřní teplotu výpočtovou [°C],
te
– vnější teplotu [°C],
A
– konstantu T1 + T2 − 2Ti [K],
B
– konstantu Ti − Te [K],
C
– konstantu (T1 − T2) / (Ti − Te) [–],
m
– exponent = 0,75 pro článková a desková otopná tělesa [–],
T
– teploty označené velkým písmenem představují teploty pro výpočtový stav.
 

Obr. 2 Topné křivky 92,5/67,5, 90/70 a 70/55 / 20 / −12 °C
Obr. 2 Topné křivky 92,5/67,5, 90/70 a 70/55 / 20 / −12 °C

Topné křivky (obr. 2) mohou být vyjádřeny také tabelárně (tab. 1).

Tab. 1 Vybrané topné křivky [°C] pro Ti = 20 °C
te−12−9−6−3036912
t192,587,181,575,870,064,057,751,244,3
t267,564,461,257,954,450,746,842,638,1
t19084,879,574,068,462,656,750,443,7
t2066,763,259,655,952,047,943,538,7
t17066,362,558,654,650,446,141,736,9
t25552,750,347,845,242,539,636,533,2
 
Topné křivky snížené

Poměrné snížení výpočtové tepelné ztráty místnosti [–] je dáno vztahem:

qm = Qs / Qp (vzorec 8)
 

kde:

Qs
– výpočtová tepelná ztráta místnosti snížená [W],
Qp
– výpočtová tepelná ztráta místnosti původní [W].
 

Poměrné snížení výpočtových tepelných výkonů otopného tělesa [–] na straně vzduchu musí vyhovovat vztahu:

qt = [(T1s + T2s − 2Ti) / (T1p + T2p − 2Ti)]1,33 (vzorec 9)
 

Poměrné snížení výpočtových tepelných výkonů otopného tělesa [–] na straně vody musí vyhovovat vztahu:

qv = (T1s − T2s) / (T1p − T2p) (vzorec 10)
 

kde:

T1s
– teplota přívodní vody snížená výpočtová [°C],
T1p
– teplota přívodní vody původní výpočtová [°C],
T2s
– teplota zpětné vody snížená výpočtová [°C],
T2p
– teplota zpětné vody původní výpočtová [°C],
Ti
– vnitřní teplota výpočtová [°C].
 

Pro teplotně ustálený stav platí, že qm = qt = qv = q. Ze vztahů (9) a (10) lze odvodit vztah pro sníženou výpočtovou teplotu přívodní vody:

T1s = 0,5 × (A × q0,75 + D × q + 2Ti) (vzorec 11)
 

případně vztah pro sníženou výpočtovou teplotu zpětné vody:

T2s = 0,5 × (A × q0,75 − D × q + 2Ti) (vzorec 12)
 

kde:

Ti
– vnitřní teplota výpočtová [°C],
A
– konstanta = T1p + T2p − 2Ti [K],
D
– konstanta = T1p − T2p [K].
 

Snížená topná křivka přívodní vody [°C] je dána vztahem:

t1s = 0,5 × {As × [(Ti − te) / B]0,75 + Cs × (Ti − te)} + Ti (vzorec 13)
 

Snížená topná křivka zpětné vody [°C] je dána vztahem:

t2s = 0,5 × {As × [(Ti − te) / B]0,75 − Cs × (Ti − te)} + Ti (vzorec 14)
 

Ve vztazích (13 a 14) představuje:

As
– konstantu = T1s + T2s − 2Ti [K],
Cs
– konstantu = (T1s − T2s) / (Ti − Te) [–].
 

Směšovací zařízení

Směšování se provádí nejčastěji zařízením s proměnným směšovacím poměrem (obr. 3). Ke směšování je zapotřebí kromě regulátoru také směšovací přímá nebo trojcestná armatura s elektrickým pohonem, směšovací spojka a oběhové čerpadlo ve vytápěcí části. Řízení se provádí ve strojovně kotelny nebo v objektové směšovací stanici. Je-li dodáváno teplo do vytápěcí soustavy z výměníku tepla, mění se teplota přívodní vody škrcením průtoku ohřívací látky přímou armaturou s elektrickým pohonem napojenou na regulátor. Regulátor provádí řízení teploty přívodní vody podle zadané matematické funkce, jejíž grafickou podobou je tzv. topná křivka.

Pokud v zatepleném objektu není provedeno směšovací zařízení, dostává se do otopných těles i přes termostatické radiátorové ventily (TRV) větší tepelný výkon, než je zapotřebí. Děje se tak vlivem zvýšené teploty přívodní vody, která má za následek přetápění místností. TRV se samozřejmě snaží přetápění zmírnit, ale to se děje při zvýšení vnitřní teploty o 1 až 2 K. Přitom víme, že zvýšení vnitřní teploty o 1 K znamená zvýšení spotřeby tepla za vytápěcí období o 6,5 %. Úsporu tepla na vytápění plynoucí z činnosti směšovacího zařízení tak lze odhadnout ve výši 10 až 15 %.

Zařízením s proměnným směšovacím poměrem
Obr. 3 Zařízení s proměnným směšovacím poměrem
Obr. 3 Zařízení s proměnným směšovacím poměrem

Již bylo uvedeno, že směšování se provádí nejčastěji zařízením s proměnným směšovacím poměrem. Součástí zařízení (obr. 3) je regulátor, směšovací přímá nebo trojcestná armatura s elektrickým pohonem napojená na regulátor, snímače venkovní teploty a teploty přívodní vody, směšovací spojka a oběhové čerpadlo ve vytápěcí části. Regulátor umožňuje přizpůsobit dodávku tepla požadovaným vnitřním teplotám s různými dobami trvání jednotlivých fází. Naprogramováním doby trvání plné a snížené teploty přívodní vody je potom zajišťováno normální a tlumené vytápění.

 
Zařízením s pevným směšovacím poměrem
Obr. 4 Zařízení s pevným směšovacím poměrem
Obr. 4 Zařízení s pevným směšovacím poměrem

Směšování lze provádět také zařízením s pevným směšovacím poměrem. Součástí zařízení (obr. 4) je pouze směšovací spojka, dvě seřizovací armatury a oběhové čerpadlo ve vytápěcí části. Potřebný směšovací poměr, tj. poměr průtoků v přívodní části a ve vytápěcí části, se nastavuje prostřednictvím obou seřizovacích armatur tak, aby bylo dosaženo správné teploty přívodní vody vytápěcí soustavy odčítané zabudovaným teploměrem. Snížené topné křivky vytápěcí soustavy jsou závislé na normálních topných křivkách v přívodní části. Toto směšování nelze časově programovat. Střídání dob plného a tlumeného provozu vytápění prováděné na zdroji tepla je směšovacím zařízením pouze kopírováno. Zařízením s pevným směšovacím poměrem je oproti zařízení s proměnným směšovacím poměrem podstatně levnější, ale nelze docílit takových úspor jako u předešlého zapojení.

 
Příklad
Zadání

Vytápěcí soustava objektu byla navržena na výpočtové (původní) teploty T1p = 92,5, T2p = 67,5, Ti = 20 a Te = −12 °C. Po zateplení je poměrné snížení tepelné ztráty qm = 0,6. Máme stanovit snížené výpočtové teploty oběhové vody.

Řešení

Nejprve stanovíme pomocné konstanty, uvedené ve vztahu (vzorec 12):

A = 92,5 + 67,5 − 2 × 20 = 120 K
D = 92,5 − 67,5 = 25 K
 

Snížená výpočtová teplota přívodní vody potom bude podle (vzorec 11):

T1s = 0,5 × (120 × 0,60,75 + 25 × 0,6 + 2 × 20) = 68,4 °C
 

Snížená výpočtová teplota zpětné vody bude podle (vz. 12)

T2s = 0,5 × (120 × 0,60,75 − 25 × 0,6 + 2 × 20) = 53,4 °C
 

Druhý stupeň seřízení

Tento stupeň seřízení průtoků do otopných těles se provádí návazně na první stupeň tehdy, když je u určitých místností skutečná vnitřní teplota vzduchu ti vyšší o 2 K a více oproti teplotě výpočtové Ti.

Nejprve se musí stanovit potřebné poměrné snížení tepelného výkonu otopného tělesa [–] dané vztahem:

q = (Ti − te) / (ti − te) (vzorec 15)
 

kde:

Ti
– teplota vnitřní výpočtová [°C],
ti
– teplota vnitřní skutečná [°C],
te
– teplota vnější skutečná [°C].
 

Měření skutečné vnitřní teploty vzduchu v místnosti se musí provádět v době, kdy v místnosti nepůsobí tepelné zisky, zejména od slunečního záření.

Obr. 5 Závislost poměrného nastavení seřizovací armatury na poměrném tepelném výkonu
Obr. 5 Závislost poměrného nastavení seřizovací armatury na poměrném tepelném výkonu

Dále je potřebná znalost závislosti poměrného tepelného výkonu q [–] na poměrném průtoku m [–] a závislost poměrného průtoku na poměrném nastavení seřizovací armatury N [–]. Z uvedených dvou závislostí lze nakreslit diagram (obr. 5). První závislost platí pro vytápěcí soustavu s výpočtovými teplotami oběhové vody T1 = 80 a T2 = 60 °C, s vnitřní a vnější teplotou Ti = 20 a Te = −12 °C. Druhá pak pro lineární průběh poměrného průtoku na poměrném nastavení seřizovací armatury. Tou je buď termostatický radiátorový ventil nebo seřizovatelné zpětné šroubení.

Příklad
Zadání

V určité místnosti vytápěného objektu byla naměřena skutečná vnitřní teplota ti = 24 °C. Výpočtová vnitřní teplota je Ti = 20 °C, skutečná vnější teplota te = 4 °C. Vytápěcí soustava má výpočtové teploty oběhové vody T1 = 80 a T2 = 60 °C, vnější teplotu Te = −12 °C. Máme stanovit poměrné nastavení seřizovací armatury N [–] otopného tělesa.

Řešení

Nejprve vypočítáme potřebné poměrné snížení tepelného výkonu otopného tělesa podle vztahu (vzorec 15).

q = (20 − 4) / (24 − 4) = 0,8
 

Poté z diagramu (obr. 5) odečteme pro poměrný tepelný výkon q = 0,8 hodnotu poměrného nastavení seřizovací armatury N = 0,3. Nastavení seřizovací armatury potom bude ve výši 30 % rozsahu stupnice vybrané armatury původního nastavení a uzavřeného stavu vybrané armatury.

 
English Synopsis
Regulatuon of heating system after additional thermo insulation of the building

Regulation of heating system must be made in two steps. The first step is temperature regulation which is related to central management of heat supply to the building. The second step is hydraulic (flow) regulation which is related to local management of heat supply to the room.

 

Hodnotit:  

Datum: 28.10.2013
Autor: Ing. Vladimír Valenta   všechny články autora
Recenzent: Jaroslav Valter, Ing. Ladislav Tintěra



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (2 příspěvky, poslední 03.11.2013 06:37)


Projekty 2016

Související rubriky

Reklama


Tipy pro topenáře

Partneři oboru

logo DANFOSS
logo THERMONA
logo FV PLAST
logo GEMINOX logo ENBRA

E-mailový zpravodaj

WebArchiv - stránky archivovány národní knihovnou ČR

Spolupracujeme

logo Asociace odborných velkoobchodů

Nejnovější články

 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czPodnikatel úředně napadl stavbu olympijského centra v ProstějověRainline rozdává odměny montážníkůmJak získat na dům dotaci Nová zelená úsporám – doložení realizace stavebních úprav