Úspory tepla 3 – kolik nás stojí vytápění

Úspory tepelné energie úzce souvisí s provozními režimy vytápění, volenými odběratelem tepla. Veřejnost zná jednoduchou pomůcku „1 °C = 6 % spotřeby tepla na vytápění“, ale chybí bližší informace, jak se toto zjednodušení promítá do vlastních provozních nákladů. Tento příspěvek navazuje na články „Úspory tepla skutečné, domnělé a matoucí“ a „Úspory tepla – jak zjistit (a zajistit) návratnost investic“. Uživateli soustavy nabízí jednoduchou pomůcku a odpovídá na nejčastější otázky provozu otopných soustav.

Obecně platí, že nedotápění budovy o 3 °C ohrožuje bytový fond vlhkostí a plísněmi a při přetápění o 7 °C není dosaženo žádných úspor tepla proti nezateplenému stavu. Plná návratnost investic do regulační techniky a do zateplování budov proto vyžaduje, aby otopná soustava automaticky zabránila nechtěnému přetápění objektu a přitom plně využila tepelných zisků k úsporám tepla. Tyto podmínky však zajišťují pouze termohydraulicky seřízené a termicky vyvážené otopné soustavy, ale nikoliv soustavy projektované a seřízené klasicky. V klasicky seřízených soustavách se místo skutečných úspor tepla většinou dosahuje pouze úspor domnělých, uživatelským snižováním vnitřní teploty vytápěných místností.

V tomto článku je proto věnována pozornost individuálnímu provozu vytápění, volenému uživatelem objektu. Hned na začátek patří upozornění, že ústřední vytápění instalované v panelových domech není vytápěním lokálním a zajišťovat libovolné lokální teploty místností, bez lokální výroby tepla, nedokáže. Prodavači termostatických ventilů a další regulační techniky si za celou dobu existence této techniky nevšimli, že instalované otopné plochy, průměry potrubí, diferenční tlaky a průtoky teplonosné látky, nejsou schopny teplo lokálně vyrábět, ani pouze zvýšeným průtokem přivedené teplo do místností fyzikálně přenést. Vypínání a plné otevírání otopných těles je tedy s fyzikálními principy ústředního vytápění v příkrém rozporu a „teoretickým přednáškám“ prodavačů regulační techniky, doporučujícím „libovolné“ provozní režimy, „vděčíme“ za poruchové stavy vytápění, za hlučnost, i za neekonomický provoz otopných soustav.

Vypínání těles v nepoužívaných místnostech může znamenat požadavek na zvýšení výkonu pro vytápěné místnosti až o 100 %, ale zvýšením průtoku na 500 % se zvýší výkon tělesa jen cca o 15 % a ostatní přivedené teplo se bez využití k vytápění neekonomicky vrací zpět. 400 % zkratového průtoku pak u ostatních těles chybí a naopak, při nedostatečném průtoku po uzavírání těles, přestávají fungovat regulátory diferenčního tlaku i ostatní vyvažovací prvky, atd.

Zvyšování průtoků otopnými tělesy bez jejich vypínání, může vést buď k pocitově nepoznatelnému, nebo k ekonomicky nákladnému přetápění místností a „prodavačské doporučení manipulovat s termostatickými hlavicemi“ je opět chybné. Abychom plným otevřením termostatických hlavic dosáhli zvýšení vnitřní teploty cca o 6 °C, musela by teplota topné vody být o 30 °C vyšší než je potřebná k normálnímu vytápění. To by znamenalo silně neekonomickou výrobu a distribuci tepla, s jeho následným silným zdražováním. Pracuje-li otopná soustava se správnou teplotou vody podle otopové křivky, pak plným otevřením termostatické hlavice dosáhneme zvýšení teploty místnosti cca o 1 °C, což téměř nepoznáme (přesné hodnoty jsou uvedeny v článku „Klasické projekty v soustavách s TRV neplatí“ na TZB-info) a „teorie prodavačů“ se opět mýlí.

I malé zvýšení vnitřní teploty místností však překvapivě citelně poznáme na fakturaci za tepelnou energii. Podívejme se, jaká je závislost mezi průměrnou vnitřní teplotou objektu a platbami za teplo. Použijme k tomu příklad konkrétního objektu, pro který byl v článku „Úspory tepla – jak zjistit (a zajistit) návratnost investic“ vypracován PROTOKOL. Objekt má po zateplení tepelnou ztrátu 484,0489 kW a správná spotřeba tepla v Normálovém roce 2008–2009 činí 4340,0355 GJ/rok, při průměrné vnitřní teplotě objektu (včetně nevytápěných místností) 19 °C a průměrné vnější teplotě 4,57396 °C. Cena tepla u odběratele činí 513 Kč/GJ.

Za těchto podmínek znamená přetápění objektu o 1 °C zvýšení fakturace za teplo o 154 334,68 Kč/rok, což v Normálovém roce 2008–2009 představuje zvýšení plateb za teplo o 6,93 %.

Vypracováním PROTOKOLU se zjistilo, že objekt byl přetápěn o 2,1736 °C. Toto přetápění činilo 15,07 % celoroční spotřeby tepla na vytápění a znamenalo zvýšení platby za teplo o 335 461,85 Kč/rok.

I kdyby od roku 2009 v následujících třiceti letech už nikdy nedošlo ke zvýšení ceny tepla (zbožné přání), znamenalo by toto přetápění objektu částku 10 063 855,50 Kč. Za 30 let bychom tak prakticky protopili investici do zateplení objektu, která se nám na úsporách tepla měla naopak vrátit. Byli bychom na nule, měli bychom svůj vlastní dluh a investice do zateplení budovy by se nám nikdy nevrátila.

Většina lidí by zvýšení průměrné teploty o 2,17 °C ani nezaregistrovala, nebyla by schopna nastavit termostatické hlavice tak, aby k promarnění investice za zateplení objektu nedošlo, a už vůbec ne za 30 let uspořit investici do zateplení budovy, bez poklesu normálové vnitřní teploty objektu.

Nepomáhají zde příliš ani „měřiče tepla na radiátorech“, jejichž „přesnost“ je k takovému názvu neopravňuje a teplo se podle nich proto nefakturuje. Měřičem tepla je totiž zařízení, s maximální odchylkou měření +/-10 %, která zde dosažena zdaleka není a proto hovoříme jen o indikátorech a jejich „psychologickém efektu“.

Jediným spolehlivým řešením úspor tepla je termohydraulické seřízení a termické vyvážení otopné soustavy, protože při zvýšení teploty o 2,1736 °C by otopná soustava již dávno žádné teplo neodebírala a uživatel soustavy by nic neplatil. Úspory tepla by přitom byly skutečné a hlavně plně automatické. Termohydraulicky seřízených a termicky vyvážených otopných soustav máme v ČR bohužel necelá 2 %.

Při přetápění objektu o 7 °C spotřebujeme o 48,52 % více tepla a promarníme tím v daném Normálovém roce úspory tepla, které nám přineslo zateplení budovy. Při trvalém přetápění o 2,5 °C promarníme za 30 let veškeré investice do zateplení objektu. Je proto důležité, sledovat režim vytápění budovy ve vypracovaném PROTOKOLU, popsaném v minulém článku a seřízením TH využít zisků i zabránit přetápění.

Závislost průměrné vnitřní teploty objektu na naměřené spotřebě tepla (tj. na platbách za teplo) lze pro objekt řešený v PROTOKOLU vyjádřit jednoduchým GRAFEM 1. Podívejme se na závislosti mezi průměrnou vnitřní teplotou a spotřebou (platbami za teplo), které dosud nikdy zveřejněny nebyly.

Nebude-li objekt vytápěn a nebudou-li působit žádné tepelné zisky, bude průměrná vnitřní teplota objektu v Normálovém roce 2008–2009 činit 4,57 °C. Pokud by objekt nebyl vytápěn, ale tepelné zisky z oslunění, vaření, koupání, provozu elektrospotřebičů a pobytu lidí by v zatepleném objektu činily 35 %, byla by průměrná vnitřní teplota objektu 9,62 °C (vlivem zisků by se zvýšila o 5 °C), ale v této oblasti destrukčního provozu bychom si zničili bytový fond vlhkostí a plísněmi.

GRAF 1 umožňuje uživateli otopné soustavy zjistit důležité údaje pro optimalizaci provozu vytápění a poskytuje okamžitý přehled o důsledcích zvoleného provozního režimu, včetně příslušných úspor tepla.

Při vytápění na průměrnou vnitřní teplotu objektu 19 °C mají vytápěné místnosti teplotu 21 °C až 22,5 °C podle stavební dispozice v objektu (tj. podle počtu vnějších ochlazovaných stěn, poměru zasklení, atd.). Rozhodneme-li se vnitřní průměrnou teplotu objektu zvýšit o 3 °C (a do doby splatnosti úvěru tím protopit investici do zateplení budovy), tak při tis = 22 °C budeme v objektu bez tepelných zisků platit za vytápění ročně o 20 % více. V plně obydleném objektu s plně využitými tepelnými zisky 35 %, budeme ale – i přes zvýšení vnitřní teploty – platit pouze 85 % tepla za rok. Z toho je zřejmé, jak je důležité mít otopnou soustavu seřízenou tak, aby veškeré teplo z tepelných zisků i z přetápění dokázala uspořit automaticky.

Z GRAFU 1 je zároveň možné určit hodnoty naměřených spotřeb tepla při vytápění na hranici destrukčního provozu, tj. při průměrné vnitřní teplotě 16 °C, kdy si byty ještě nezničíme vlhkostí a plísněmi. Pro zajištění kritické vnitřní teploty 16 °C stačí v objektu bez tepelných zisků odebírat (a platit) pouze 80 % tepla a v plně obydleném objektu s tepelnými zisky 35 % stačí odebírat pouze 45 % tepla. Termohydraulicky seřízená a termicky vyvážená soustava tedy neznamená, že „nemůžeme v případě nutnosti úroveň vytápění snížit, nebo obecně změnit“ a seřízení TH tedy umožňuje uživateli soustavy šetřit teplo ve všech režimech vytápění. Dále zde můžeme vidět vliv „šetřivých sousedů“.Poklesne-li vlivem jejich „šetření“ teplota v našem bytě o pouhé 3 °C, zaplatíme za to o 20 % více, ale nejen my. O těchto 20 % zaplatí za své vytápění více i všichni ostatní, kteří se „šetřivým bytem“ sousedí a takové byty mohou být čtyři, takže to je celkem 80 %.

Vnitřní teplota místností je dána nastavením termostatických hlavic, které je projektem TH určeno pro legislativou požadované teploty místností, aby uživatel mohl otopnou soustavu kdykoliv uvést do projektovaného normálového stavu. Nastavení termostatických hlavic bývá obecně mylně chápáno jako „nastavení vnitřní teploty místnosti bez vlivu na hydraulické vyvážení soustavy“. Ve skutečnosti je nastavení termostatických hlavic důležitou součástí hydraulického vyvážení a může mít dokonce i větší vliv, než nastavení hydraulického odporu uvnitř tělesa ventilu. S libovolně nastavenými termostatickými hlavicemi je na tom soustava stejně špatně, jako kdyby byla nevyprojektovaná a hydraulicky nevyvážená.

Instalované regulátory diferenčního tlaku sice zabrání nadměrnému zkratování soustavy přes stoupačku s plně otevřenými hlavicemi, ale nemohou zajistit správné průtoky tělesy uvnitř stoupaček a nemohou ani správně fungovat při nižších průtocích, než na jaké byly projektovány. Pouhá instalace termostatických ventilů na přípojkách těles a regulátorů diferenčního tlaku na patách stoupaček tedy žádnou správnou funkci soustavy, ani žádné skutečné úspory tepla nezajišťuje. Pokud takto klasicky „upravená soustava“ vůbec funguje (a často nikoliv) a nehlučí (hlučí téměř vždy), pak jsou „úspory tepla“ pouze domnělé“, dosahované jen snižováním tepelné pohody v bytech a navíc ještě za cenu zásadního porušení hydraulicky rovnovážného stavu celé soustavy.

Důsledkem takových „klasických úprav“ a takového provozování otopných soustav je hlučnost a naprosto nedostatečné úspory tepla po zateplení budov.

Úspory tepla po zateplení budovy by měly být vždy větší než 50 %, protože cca 50 % připadá pouze na vlastní tepelné ztráty objektu. Ušetříme-li tedy po zateplení objektu jen 50 % tepla proti nezateplenému stavu, pak to znamená, že instalovaná regulační technika vůbec nefunguje a žádné teplo nešetří. Kdyby působící tepelné zisky činily jen 10 % (a to už způsobí jen přítomnost čtyř lidí v bytě), pak bychom s fungující regulační technikou museli proti nezateplenému stavu ušetřit 60 % tepla, aniž bychom otopná tělesa vypínali, nebo jakkoliv snižovali teploty místností.

Otopné soustavy, které po zateplení budovy a při legislativou stanovených (nesnížených) teplotách místností nevykazují úsporu tepla alespoň 70 %, potřebují seřízení nové, kterým se současně odstraní hlučnost i všechny poruchové stavy vytápění. Vyregulování soustav je problém, kterému věnujeme samostatný článek.

Nešetříme, protože dodavatel tepla „topí, jako kdybychom objekt zateplený neměli“

Tato argumentace jen dokazuje, že otopná soustava je vyprojektována, seřízena a vyvážena chybně. V každé soustavě s termostatickými ventily je spotřeba tepla řízena vnitřní teplotou místností a nikoliv jen hydraulickým seřízením a vyvážením, které jsou jediným výsledkem klasického projektování, klasické diagnostiky a dalších klasických postupů. Klasické postupy projektují, seřizují, vyvažují nebo diagnostikují otopné soustavy jako kdyby žádné termostatické ventily neměly a proto k úspěchu nevedou.

Klasickými postupy nejsou vůbec řešeny funkční vztahy mezi řídicími teplotami místností a průtoky teplonosné látky, které znamenají odběr tepla z tepelného zdroje a tedy i naše platby za teplo.

Aby termostatické ventily mohly správně fungovat, musejí průtoky vody garantovat správnou aktivaci teplotních čidel požadovaným přenosem tepla od zdroje k jednotlivým spotřebičům a termostatické hlavice musejí být nastaveny v souladu s vnitřními teplotami místností, které odpovídají jejich tepelným ztrátám. Všimněme si, že množství protékající vody závisí na vnitřní teplotě vzduchu v místnostech a nikoliv na teplotě topné vody, dodávané dodavatelem tepla. Bude-li teplota vody maximální a teplota v místnosti minimální, proteče radiátorem maximální množství vody, téměř bez ohledu na klasické hydraulické výpočty. To platí i při opačném poměru teplot. Důležité proto je, aby soustava pracovala s proporcionálním pásmem XP = 2K a nikoliv s libovolným proporcionálním pásmem při libovolně nastavených termostatických hlavicích.

Termohydraulicky seřízené a termicky vyvážené soustavy se správně projektovanými termostatickými ventily mají všechny výše uvedené vztahy vyřešeny. Dodavatel tepla tedy může topit jak chce, ale uživatel soustavy TH přitom odebírá jen takové množství tepla, které skutečně potřebuje.

Uživatel klasicky seřízené soustavy tuto výhodu samozřejmě nemá a teplo šetří jen málo nebo vůbec.

„Příliš šetřiví sousedé“

Teploty v nevytápěných místnostech, obklopených vytápěnými místnostmi, se většinou pohybují v rozmezí 10 °C až 16 °C a tato teplota některým lidem „stačí“, i když okolí na jejich šetrnost doplácí.

GRAF 1 v tomto případě poskytuje informaci, kolik by měl šetřivý soused s vypnutým vytápěním platit za teplo, aniž by poškozoval bytový fond destrukčním provozem. Z GRAFU 1 vidíme, že pro udržení nedestrukčního provozu (16 °C) by měl v objektu bez tepelných zisků platit minimálně 80 % tepla a v objektu s úrovní tepelných zisků 35 % by měl platit nejméně 45 % tepla.

„Chceme se od CZT odpojit“

Požadavek na odpojení je zdůvodňován buď nedostatečným vytápěním, nebo naopak přetápěním s „neúnosnými“ platbami za teplo“. Přetápění objektu bezpečně zabrání termohydraulicky seřízená a termicky vyvážená soustava a při vysokých nákladech na vybudování vlastní kotelny bojovat s legislativními bariérami je zbytečné. Při přetápění proto stačí jen soustavu správně seřídit. Správně seřízená soustava bez vyřešení kvalitativní subregulace objektu sice přejde do režimu „pulzujícího vytápění“, ale přetápění objektu bezpečně zabrání i bez kvalitativní subregulace. Není tedy pravda, že „přetápění objektu bez vlastního směšovacího ventilu zabránit nelze“ a takové tvrzení platí jen u klasicky projektovaných a klasicky seřízených soustav.

Nedostatečné vytápění nemusí být způsobeno jen nedostatečnými teplotami vody v tepelném zdroji a příčinou je často nedostatečný průtok v bodě připojení objektu na vnější distribuční síť, nebo jeho kolísání spojené s různými režimy vytápění jednotlivých objektů. V těchto podmínkách se pak můžeme legislativním bariérám i vysokým pořizovacím nákladům na kotelnu vyhnout instalací SOOS.

Nechceme seřizovat soustavu, dokud nemáme zatepleno

Toto je zásadní omyl, šířený klasickými projektanty z nepochopení toho, co má vlastně úprava otopné soustavy řešit. Klasické úpravy vycházejí z mylného přesvědčení o správnosti klasického projektování soustav s TRV a proto se zaměřují převážně na výměny armatur, snížení průtoků „seškrcením přebytečného tlaku“, nebo dokonce „zmenšování otopných těles“. Nic z toho správné není a ničím takovým správného, nehlučného a úsporného provozu soustavy po zateplení budovy nedosáhneme.

Životnost termostatických ventilů je 15–30 let a se správným vyprojektováním úpravy otopné soustavy nemá nic společného, takže jejich výměny jsou až tím posledním. Snížení průtoků je zásadní omyl, protože by ve stávajících průměrech potrubí došlo k významnému poklesu rychlosti proudění vody a tím i k výraznému poklesu její teploty ve vzdálenějších bodech soustav a rozvodných sítí, čímž by byla fatálním způsobem porušena přenosová schopnost vnitřních i vnějších potrubních rozvodů. Zmenšování těles je nebezpečný nesmysl, protože v konečné fázi zateplování budov bude teplota vody cca o 30 °C nižší a zmenšená otopná tělesa by pak nemohla požadované vnitřní teploty místností zajistit.

Všechny „klasické představy“ o úpravách otopných soustav bývají téměř vždy spojeny s nějakými instalacemi, protože „jen na projektu by si firma nevydělala“. Ano, někdy jsou instalace skutečně nutné, ale pokud je otopná soustava správně osazena armaturami podle zákona 406/2000 Sb., a pokud osazené armatury umožňují přesné plynulé nastavení projektovaných hodnot, není potřebné instalovat nic a celá úprava spočívá jen v seřízení soustavy.

Správné seřízení soustavy je však právě tím, co klasické úpravy nezajistí ani po reinstalaci celé soustavy. Nově nainstalované termostatické ventily, i všechny ostatní armatury, budou opět nastaveny na průtoky, které nezajišťují ani správný přenos tepla od zdroje ke všem spotřebičům, ani správnou aktivaci teplotních čidel. Soustava opět nebude termicky vyvážena, aby mohla šetřit veškeré teplo z tepelných zisků a opět nebude poskytovat správné hodnoty signálních veličin pro řízení svého tepelného výkonu. Budeme mít jen soustavu s novými ventily, která opět nešetří teplo a případně opět hlučí, protože nebyly odstraněny zkratové průtoky, vyplývající z funkce termicky nevyvážené dynamické soustavy.

Správné seřízení otopné soustavy po zateplení budov projektované průtoky prakticky nemění a průtoky jsou stejné u budov zateplených i nezateplených. Stejné je proto i nastavení všech armatur a je lhostejné, zda úprava otopné soustavy byla provedena v budově zateplené nebo nezateplené. V obou případech zajišťuje správná úprava soustavy její správné vlastnosti, tj.:

1. Aby garantovala správné nehlučné vytápění všech otopných těles, bez ohledu na jejich vzdálenost od tepelného zdroje.
2. Aby zabránila nechtěnému přetápění objektu.
3. Aby reagovala na tepelné zisky jako na poruchovou veličinu nastavených regulačních procesů a byla schopna tepelných zisků plně využít k úsporám tepla.

Splnění těchto požadavků vyžaduje, aby soustava byla seřízena jinak než klasicky a toto seřízení platí stejně v zateplených i nezateplených budovách. Soustava hlučí a nepracuje správně, ani když byla nedávno profesionální firmou vyvážena.

Na Internetu se to v nabídkách i diskusích hemží ujišťováním, že hydraulické nebo hydronické vyvážení soustavy odstraní problémy a že takové vyvážení potřebují otopné soustavy po zateplení budov. Ve skutečnosti potřebují správné vyvážení všechny soustavy bez ohledu na stav zateplení budov, ale pouhé hydraulické ani hydronické vyvážení požadovaný výsledek nezajistí.

Závěr první části

V první části článku jsme se zmínili o požadavcích na správné seřízení soustavy po zateplení budov. V navazujícím pokračování článku popíšeme některé rozdíly mezi způsoby vyvažování otopných soustav, některé chybné úvahy o fungování soustav ústředního vytápění a uvedeme nové možnosti řešení.

Autor své znalosti využívá i v praxi a v oblasti panelových domů provádí:

1. Vyhodnocení úspor zateplením a funkcí stávající regulační techniky v zateplených i nezateplených budovách.
2. Projekty termohydraulického seřízení a termického vyvážení soustav pro dosažení maximálních úspor tepla v zateplených i nezateplených panelových domech.
3. Projekty pro nápravu funkce vytápění.
4. Poradenství v oblasti vytápění panelových domů.

e-mail: centrotherm@seznam.cz, T 286 591 550, M 607 660 843