Co přinesl druhý den 25. konference Vytápění Třeboň 2019

Jen pro pořádek, z letošní konference jsme zveřejnili hned v jejím průběhu články:

• Konference Vytápění 2019 zahájena
• Vytápění 2019 - namátkou z prvního dne konference v Třeboni

Druhý den konference pokračovala:

Blok 4 - Řízení a regulace v otopné soustavě

Jednou z podmínek prediktivní regulace řízení tepelných soustav je on-line snímání toků otopné vody a tepelné energie. Je nutné on-line zpracovávat stovky údajů z datových bodů, čidel, měřidel, nastavení regulačních prvků, čerpadel atd. Velký význam má tento způsob optimalizace provozu na efektivitu čerpací práce a tepelné ztráty ve velkých sítí CZT. Konkrétně šlo o parní zdroj z Elektrárny Ledvice až po teplovodní zásobování teplem Brna. Podle vlastností soustavy a predikce chování odběratelů a klimatu se optimalizují náběhové teploty. Výsledkem je snížení ztráty okolo 10 % ztrát tepla, což představuje asi 1 % z celkové dodávané energie. Provozní pojistkou je automatický přechod na obvyklé ekvitermní řízení.

K vyhodnocení dat získaných během otopné sezóny je nutné přistupovat tak, aby se z tisíců a více dat dala jednoduše a přehledně získat zásadní přehled, a to velmi rychle, tedy aby došlo k rychlému porozumění datům. A následně poznatky umět použít pro optimalizaci. Tento přístup je vhodné použít například u správcovských firem sledujících desítky kotelen, kde je nutné data sjednotit na společný výstup. Jiným případem jsou areály s více objekty, s různým provozem, například šlo o nemocnici v Břeclavi.

V procesu přípravy stavby je zásadně nutné stanovit okamžik, od kterého jsou jakékoliv změny spojeny s vícenáklady. Typické jsou například pozdní změny typů kotlů s jiným ovládáním, napojení na MaR, armatur atp. Tyto náklady by měly být tedy i součástí nabídkové ceny. Často se vyskytují chyby v nezahrnutí ceny modulů pro napojení prvků na sběrnici, neboť ne všechny jsou tímto modulem vybaveny. I tak jednoduchá záležitost, jako je správné označení prvků soustavy štítkem popisujícím jeho funkci, usnadní práci při hledání chyb, poruch a jejich odstraňování.

Nadřazené systémy pro správu a monitorování budov se využívají zpětně i pro optimalizace chování koncových prvků distribuce tepla. Jednou z možností je sběr dat komunikací LoRa, jejich ukládání do cloudu, z něhož mohou být analyzována, zpracovávána a ve vhodné formě předávána servisním organizacím, majitelům budov atp. Důležitý je on-line přístup odkudkoliv a kdykoliv a například i ke sledování vlivů zásahů servisních techniků.

I zónová (ve smyslu vyhlášky místní regulace) regulace může být řešena se vzdáleným přístupem. Nejen ve velkých objektech, ale s velkým přínosem i pro objekty menší, v uvedeném příkladu bytového objektu s 5 byty ve třech podlažích. Šlo o objekt z roku 1937 sledovaný pod dobu 23 let. Během nich proběhla výměna oken, výměna plynového kotle. Následně byla instalována zónová regulace. Úspora se pohybuje okolo 19 % tím, že zónová regulace umožňuje řízení teploty v každé místnosti dle časového programu, zohledňuje klimatické vlivy. Podle vyhodnocení dat je možné například i přesněji nastavovat strmost ekvitermní křivky.

Požadavek lidí zní“ „Chci šetřit ale přitom mít teplý radiátor.“ A lidé si přejí možnost při odchodu plně uzavřít ventily na otopných tělesech ve svých bytech. To souvisí se zvýšenými požadavky na regulační prvky včetně termostatických ventilů. To je realita. A té musí co nejvíce odpovídat návrh hydraulického řešení rozvodů otopné vody. V přednášce bylo ukázáno několik možností zapojení s trojcestným směšovacím ventilem a dvoucestným včetně dvoucestného a regulátoru tlakové diference a upozorněno ne jejich výhody, nevýhody.

Blok 5 - Převážně sálavé vytápění a chlazení

Přes podobnost konstrukcí sálavých panelů dostupných běžně na českém trhu jsou uváděny jen mírně odlišné výkony pro chlazení. Při šířce panelů 900 mm a pracovním rozdílu teplot 6 K od cca 41 do 52 W/m² a při rozdílu 14 K je to od 106 do 129 W/m². Analýzou vyskytujících se parametrů a různých šířek panelů byl odvozen průměrný měrný chladicí výkon q_chl = 9 W/(m².K), který je použitelný pro úvodní posouzení vhodnosti. Tuto hodnotu pak ovlivňuje konkrétní konstrukce panelu, vrchní tepelná izolace aj. Výška zavěšení nemá výrazný vliv na výkon panelu. Velký vliv má konvekce tepla, ať přirozená nebo vynucená větráním - až o 25 %.

Při instalaci chladicích a otopných sálavých panelů pracujících s vodou je nutné myslet i na případné odvzdušnění.

Návrh a dimenzování sálavých systémů vytápění a chlazení integrovaných do stavebních konstrukcí závisí na vlastnostech konstrukce, stavebních materiálech a umístění potrubních rozvodů. Zkoumán byl s ohledem na modernizaci stávajících budov. Nemusí jít jen o řešení stropní, ale i stěnové uplatněné na obvodové stěně. Numerické simulace v konkrétních případech poukázaly na rozptyl chladicích výkonů mezi méně jak 5 W/m² až po cca 28 W/m² při průměrné teplotě chladicí vody 20 °C a ovlivňují jej i rozteče trubek aj. Různé jsou i ztráty chladu jeho odvedením mimo potřebný prostor. Vhodnost uplatnění tak významně ovlivňuje původní konstrukce.

Sálavé otopné plochy lze využít i v průmyslu z hlediska zapojení do technologických procesů. V daném případě šlo o hangár, ve kterém se servisují letadla. Při chlazení, na rozdíl od vytápění, není konvekce ztrátou. Výkon se musí stanovit podle vlastností hmot, které se mají ohřát - ochladit. Možnosti jsou široké, v potravinářském průmyslu, lakovnách aj.

Zájem o využití nízkopotenciálních zdrojů tepla i chladu a zvýšení efektivity výroby chladu (chladicí faktor) se projevuje poptávkou na aktivní využití velkých ploch stropů k chlazení. Zejména v administrativních budovách s mnoha kancelářskými spotřebiči, počítači, tiskárnami atp. v nových budovách se zateplenou obálkou se ukazuje potřeba místnosti chladit až do venkovních teplot i okolo -10 °C.

Využívá se aktivace betonových konstrukcí, kdy se musí počítat se zpožděním reakce až na cca 20 hodin. To znamená předvídat budoucí potřebu chladu podle očekávaných provozních a klimatických poměrů.

Rychlost reakce se zvyšuje instalací potrubních rozvodů chladicí vody nikoliv do středu betonové konstrukce, ale co nejblíže k jejímu povrchu. Z pohledu operativní teploty, která je zásadní pro posouzení tepelného komfortu, má takové řešení někdy i srovnatelnou náběhovou rychlost s fan-coily, neboť dojde k rychlému snížení vlivu povrchové teploty okolních ploch na výslednou operativní teplotu bez nepříznivého vlivu intenzívního proudu studeného vzduchu.

Blok 6 - Ekonomie, ekologie a provoz otopných soustav

Co jsou to integrované technické systémy budov? S poklesem instalačních kapacit a urychlení výstavby roste nutnost prefabrikace částí systémů a jejich vzájemné propojitelnosti. Ověřována byla například integrace prvků TZB do obvodového pláště bytového domu, teplovzdušného vytápění. Integrace systémů pracujících s vodou naráží na problematiku těsnosti spojů. Zatím vycházejí tyto systémy dráže, než realizace na stavbě, ale se zdražováním práce vyškolených techniků se poměry mění.

Výšková budova vyžaduje věnovat zvýšenou pozornost návrhu hydraulického řešení. V daném případě došlo k výraznému rozporu mezi výpočtem a skutečným stavem, který reprezentovalo nevyvážení, nedostatečné vytápění místností. Návrh pro zlepšení počítá s ověřením uplatnění vlastností regulovatelného čerpadla s funkcemi řízení podle proporcionálního tlaku nebo s adaptivní funkcí.

Normativní požadavky na teplovodní kotle na pevná paliva počítají s uplatněním přiměřené akumulace tepla pro zajištění efektivního spalování paliva. V norně ČSN EN 303-5, 2013 je uveden vzorec výpočtu objemu akumulační nádoby. Pro rodinný dům při zachování doporučení normy pro kotel 20 kW vychází objem 300 litrů. Zásadně odlišný požadavek je vložen do podmínek kotlíkových dotací, kde je stanoven pevný poměr 55 litrů na kW výkonu kotle a v daném případě tedy 1100 litrů.

Kondenzační plynové kotle jsou standardem úsporné tepelné techniky. Přesto i nekondenzační litinové plynové kotle stále nacházejí uplatnění. Neboť existují případy s požadavky na vyšší provozní teploty, kdy kondenzace spalin neprobíhá. Nebo jde o rekonstrukce větších kotelen, kam se nedá i částečně demontovaný kotel vzhledem k jeho rozměrům dopravit. Řešením je článkový kotel, ale s optimálně řešeným řízením spalovacího procesu. V případě administrativní budovy došlo jen výměnou kotle, beze změn MaR a otopné soustavy, k úspoře 13 % zemního plynu. Při roční spotřebě 930 MWh tepla jde o významnou finanční částku, ze které mohla být následně financována například výměna oběhového čerpadla za nové s výrazně nižší spotřebou elektrické energie.

Účinnost sdílení citelného tepla při větrání víří nejen odborné, ale i laické diskuze. V daném příkladu byl simulován výměník pracující v nuceném větrání v rodinném domě. Provozně zajímavé zjištění je, že při nižší účinnosti do 60 % zpětného získávání tepla nedochází k riziku namrzání výměníku. Vysoké účinnosti výměníku až 99 % jsou spojeny s jeho vyšší tlakovou ztrátou. Ztráty způsobené vyšší spotřebou elektrické energie ventilátory nepřesahují 5 % z energie zpětně získané. Aby se rekuperace citelného tepla při větráním s výměníkem a elektrickým dohřevem ekonomicky vyplatila, je nutná minimální účinnost okolo 50 až 60 %. Přesný údaj zavisí na tom, jaký zdroj tepla (plyn, elektřina) - cena tepla - je v domě použit. Ale vždy, i s neobvykle nízkou účinností 20 % na trhu se nevyskytujících zařízení, se rekuperací získá zpět energie ztracená vložením výměníku.

Energetický management je zažitý pojem. Vedle něj existuje například i management preventivního sledování a odstraňování poruch. Tento prediktivní systém ve spojení s řízením toků energie je současným trendem.

Průtok otopné vody a její teploty určují možný výkon otopného tělesa. Návrh rozvodu otopné vody musí respektovat ztráty tepla v rozvodech, z potrubí. A to nejen v případě svislých rozvodů, stoupaček. Ale i v horizontálních rozvodech. To je častý případ administrativních budov, kdy je nutné zohlednit postupně klesající střední teplotu otopné vody, tedy klesající výkon otopného tělesa.

Protokol o seřízení otopných soustav, nesprávně označovaný jako „zaregulování“ není dokladem optimálního řešení otopné soustavy a zárukou požadované tepelné pohody ve všech místnostech. Bohužel doslova laické zásahy do otopných soustav, kdy se řeší místní problém, například jen v jednom bytě, způsobují totální rozhození poměrů v jiných bytech. Přestože jsou tato varování obecně známá, varovné případy stále přibývají.

Tepelnou pohodu tak jak ji v celém komplexu cítí lidé, nelze posuzovat jen podle teploty vnitřního vzduchu. Jak ovšem tuto potřebu integrovat do řídicích systémů? Řídicí algoritmus musí být schopen zohlednit i takové parametry, jako je tělesná aktivita lidí, tepelný odpor oblečení, rychlost proudění vzduchu, teploty okolních povrchů a vlhkost. Možné to je, jak dokázala analýza.

Kapacita teplovodního akumulačního zásobníku nezávisí jen na jeho objemu, ale i na rozložení teplot vody v něm, proudění vody. Provést fyzické měření nabíjení a vybíjení zásobníku není prakticky možné. Proto jsou využívány počítačové simulace. Tyto postupy umožňují optimalizovat velikost, tvar různých překážek, které se vkládají do zásobníku za účelem optimalizace rozložení teplot.

Závěr

Jubilejní 25. konference vytápění, Vytápění Třeboň 2019, skončila. Ukázala aktuální trendy a dala tak podnět k nacházení nových řešení požadavků, které na obor Vytápění klade jak legislativa, tak potřeba snižovat finanční náklady, šetřit životní prostředí, ale i lidskou práci.