Konference Vykurovanie 2020 – část 7.

Stručně z 28. ročníku mezinárodní vědecko-odborné konference Vykurovanie 10. až 14. února 2020, kterou pořádá Slovenská společnost pro techniku prostředí ve spolupráci se Stavební fakultou STU Bratislava, Katedra TZB a Slovenskou komorou stavebních inženýrů.

Odborný program konference se skládal z těchto bloků:

1. ENERGETICKÁ LEGISLATÍVA
2. ENERGETICKÁ HOSPODÁRNOSŤ BUDOV
3. ZDROJE TEPLA
4. KOGENERAČNÉ ZDROJE ENERGIE
5. SÚSTAVY CZT A OST
6. ZDROJE TEPLA NA BÁZE BIOMASY
7. TEPELNÉ ČERPADLÁ
8. SLNEČNÁ ENERGIA
9. MERANIE A ROZPOČÍTAVANIE TEPLA
10. REGULÁCIA A RIADENIE VYKUROVACÍCH SÚSTAV
11. HYDRAULICKÉ VYREGULOVANIE VYKUROVACÍCH SÚSTAV
12. ENERGETICKÝ MANAŽMENT
13. PROGRESÍVNE VYKUROVACIE SÚSTAVY

V pokračujícím textu jsou zachyceny citace z přednášek, stručná shrnutí autora, případně některé komentáře přednášejících. Cílem textu je naznačit, na co se přednášející zaměřili.

Den čtvrtý, 13. února 2020

10. Regulácia a riadenie vykurovacích sústav

Vedoucí sekce Ing. Mária Kurčová, PhD.

Riadenie výkonu výmenníkov tepla pre prípravu teplej vody

Doc. Ing. Daniela Koudelková, PhD.

Riadiaci systém výkonu výmenníkov tepla pre prípravu teplej vody (ďalej TV) okrem reguláciej jej teploty podľa požiadaviek odberateľa a v zmysle platných právnych predpisov musí zabezpečovať aj ďalšie funkcie ako dodržanie stanovených medzných hodnôt na výstupe z výmenníkov tepla, neprekročenie výrobcom predpísanej teploty prívodnej vody primárnej strany výmenníkov, ohriatie TV v zásobníku nad 60 °C v stanovených časových intervaloch v systémoch s požiadavkou

Vyhláška Ministerstva hospodárstva SR 152/2005 a 240/2016:

• teplota teplej vody musí byť zabezpečená dodávateľom v odbernom mieste v takej výške, aby na výtoku u konečného spotrebiteľa dosiahla minimálne 45 °C a maximálne 55 °C,

Vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja SR 324/2016, kterou sa mení a dopĺňa vyhláška 364/2012:

• distribučnú sústavu novej alebo významne obnovenej budovy treba navrhnúť tak, aby výpočtová teplota teplej vody s možnosťou termickej dezinfekcie bola 60 °C,
• výpočtová teplota teplej vody bez možnosti termickej dezinfekcie bola 70 °C,
• voda musí dosiahnuť výpočtovú teplotu 50 °C pri otvorení výtoku do 30 sekúnd od začiatku otvorenia, maximálny teplotný rozdiel medzi vstupným a výstupným otvorom zásobníkového ohrievača bol 5 K.

Požiadavky na dodávku tepla na prípravu teplej vody definujú Vyhlášky 152/2005 a 240/2016 nasledovne:

• dodávku tepla na prípravu TV je dodávateľ povinný zabezpečiť denne v čase od 4:00 h do 23:00 h alebo v inom zmluvne dohodnutom termíne,
• dodávku teplej vody musí dodávateľ dodávať denne v čase od 5:00 h do 23:00 h alebo v inom dohodnutom termíne.

Príspevok podáva prehľad základných spôsobov regulácie teploty teplej vody, ktoré je možné aplikovať v kotolniach a odovzdávacích staniciach tepla pri nepriamom spôsobe ohrevu, keď primárnou teplonosnou látkou je voda. Každé zariadenie na prípravu TV musí byť okrem toho vybavené aj havarijných obvodom teploty TV pre prípad, že by niektorý člen základného regulačného obvodu zlyhal.

Posudzované systémy:

• Riadenie teploty TV pri prietokovom spôsobe prípravy
• Riadenie teploty TV pri zásobníkovom spôsobe prípravy
• Riadenie teploty TV pri kombinovanom spôsobe prípravy

Vplyv regulačných metód vykurovania na tepelnú pohodu

Ing. Bohumil Slodičák

Vykurovacie telesá patria medzi najpoužívanejší spôsob vykurovania v budovách. Pričom jako teplonosná látka je najpoužívanejšia voda.

Poznáme niekoľko druhov hlavíc.

Meranie rozdielov hlavíc a ich riadenia. Meraniami sme porovnali vplyv druhu hlavice, či jeho spôsobu riadenia na tepelnú pohodu. Ako referenčný priestor na meranie sme si zvolili miestnosť s rozmermi šírka 2,98 m, dĺžky 4,65 m s výškou 2,65 m.

• Na výsledky měření měla vliv uplatněná regulace

1. Termostatickú hlavicu (klasická termostatická) sme nastavili na hodnotu 3, čo by malo predstavovať teplotu približne 20 °C. Z meraných dát je vidieť, že priestor bol permanentne prekurovaný a to niekde k úrovni 25 °C. Za dva dni meraní s touto hlavicou dochádzalo, len ku krátkodobému uzatváraniu ventilu. Tento jav poukazuje na to, že hodnota 3 na stupnici tejto hlavice skôr, ako 20 °C zodpovedá 25 °C, plne sa preukázala nepresnosť termostatickej hlavice a aj dôvod, prečo výrobcovia na stupniciach neuvádzajú priamo požadovanú teplotu.
2. S elektrotermickou hlavicou bola požadovaná teplota bola nastavená na 24 °C a hysteréza 1 °C (pri 23,5 °C otvoriť a pri 24,5 °C zatvoriť hlavicu). Meranie nám potvrdilo očakávané, až na zapnutie vykurovania pri nižšej teplote, ako bola nastavená. Poukazuje to na to, že integrovaný snímač v mieste svojej inštalácie snímal vyššiu teplotu, ako bola v strede miestnosti.
3. PI regulácia nám dáva predpoklad zaregulovania výkonu tepelného zdroja na výkon, ktorý priamo zodpovedá stratám miestnosti. Pre kvalitu regulácie je podstatné s akým krokom akčný člen pôsobí, v našom prípade elektrotermický ventil umožňuje, len otvorenie a zatvorenie. Z nameraných dát nám vyplýva, že správanie systému napodobňuje hysterézne riadenie teploty (viz b), len s tým rozdielom, že k uzatvoreniu ventila dochádzalo při vyššej teplote.

• Měření probíhala na místnosti s jednou venkovní stěnou, v sousedství byly místnosti vytápěné. Klimatické poměry charakterizuje zatažená obloha, teplota venkovního vzduchu okolo 5 °C.

Priemyselné armatúry LDM

Marek Lehota

Regulačné ventily majú v sortimente firmy LDM hlavné postavenie a predstavujú väčšinu produkcie firmy. Rozsah ich použitia je podľa konkrétneho typu od aplikácií vo vykurovaní a vzduchotechnike až po najzaťaženejšie energetické systémy a jadrovú energetiku. Materiálové prevedenia z austenitických nerezových ocelí a špeciálnych zliatin nachádzajú uplatnenie i v chemickom priemysle a v ďalších priemyselných odvetviach.

Riadenie a monitorovanie zdrojov tepla s on-line vyhodnocovaním účinnosti

Prof. Ing. Ján Piteľ, PhD., Jana Mižáková, Jozef Mižák

Popísané sú možnosti vyhodnocovania účinnosti zdrojov tepla využitím dát získaných zo systémov riadenia zdrojov tepla a ich on-line monitorovaním SCADA systémami. Uvedený je príklad prepojenia informačných a riadiacich systémov zdrojov tepla, pričom základom na získavanie informácii o spotrebovaných a vyrobených energiách je SCADA systém, ktorý môže komunikovať s meračmi energií priamo alebo získavať dáta cez riadiaci systém procesnej úrovne. V rámci riešenia projektu aplikovaného výskumu financovaného Agentúrou na podporu výskumu a vývoja bola vytvorená aplikácia v SCADA systéme Promotic pre on-line sledovanie a generovanie monitorovaných dát vo forme .csv súboru pre ďalšie výskumné účely.

Aplikácia umožňuje:

• Vybrať zdroj, ktorý je monitorovaný.
• Sledovať aktuálne merané dáta, spotreby energií a vyrobené teplo.
• Sledovať účinnosť zdroja v aktuálny deň prevádzky od 6:00 hodiny, za posledných 24 hodín a za predchádzajúci deň.
• Výber časového úseku a periódy vzorkovania pre export dát.
• Sledovať prevádzkový stav zdroja (alarmy, poruchy a pod.).

• Smart systémy nejsou otázkou budoucnosti, ale ve vytápění již fungují a přinášejí nezanedbatelné výhody provozovatelům, a to i z pohledu plnění požadavků na snižování spotřeby energií a zmenšování uhlíkové stopy, tedy snížení emisí CO₂.

Citlivostní analýza ukazatele připravenosti budovy na chytrá řešení

Ing. Ondřej Horák, prof. Ing. Karel Kabele, CSc.

Aby bylo možné budovu vyhodnotit, nejdříve je potřeba do výpočtu vložit vstupní parametry:

• typ budovy (obytná, ostatní),
• užívání budovy (dle konkrétní typologie),
• zařazení v jedné z pěti klimatických zón,
• kategorie velikosti (dle podlahové plochy),
• období výstavby
• a prošla-li budova rekonstrukcí,
• vybavenost (vytápění, příprava teplé vody, chlazení, řízené větrání, dynamická fasáda, obnovitelné zdroje energie a akumulace elektřiny, napájení elektromobilů, měření a regulace).

Případová studie se zabývá 4 hodnocenými budovami stojícími v České republice – jsou to tradičně postavený, z části kamenný rodinný dům, bytový dům, budova A Fakulty stavební ČVUT v Praze a poslední hodnocenou byl rodinný dům, jednopatrová nově zbudovaná dřevostavba.

Metodika zatím není finální, je možné, že se bude ještě upravovat, neboť má ještě určité drobné nedostatky. Například není možné nadefinovat dva různé zdroje tepla (teplovodní otopná soustava + krb). Některé ukazatele v rámci oblastí jsou nedostatečné, kupříkladu ukazatel u ochrany zdraví může snadno dosáhnout 100 %, neboť je nadefinovaný malý počet služeb, které na výpočet tohoto ukazatele mají vliv.

• Dosažení hodnoty 100 % připravenosti na smart systémy je velmi nesnadné a je otázkou, nakolik by bylo u testovaných objektů v současnosti smysluplné. Výsledné hodnoty se pohybovaly v jednotlivých hodnocených kategoriích od 0 do 55 %. To poukazuje na vysoký potenciál pro zlepšení. Každé zlepšení však vyžaduje investici a investoři budou její návratnost velmi přísně hodnotit.

Optimalizácia výroby tepla s využitím obnoviteľných zdrojov energie

Ing. Mária Kurčová, PhD.

Systémy s výrobou tepelnej energie so zdrojom s jedným druhom primárnej energie sa nazývajú monovalentné systémy. Ak sa do vykurovacieho systému pridá zdroj tepla s ďalším iným druhom primárnej energie, systém sa stáva bivalentným alebo viacvalentným.

• Řízení monovalentního zdroje je nejjednodušší. V případě tepelně solárního kolektoru pro vytápění, přípravu teplé vody, je běžně nutné doplnění jiným zdrojem tepla. V případě tepelného čerpadla se lze obejít i bez doplňujícího zdroje tepla. Pokud by výkon TČ nestačil, pak je nutné zvolit tzv. bod bivalence, od kterého bude výkon TČ doplňován jiným zdrojem.
• Vhodným příkladem bivalentního zdroje může být kombinace tepelného solárního kolektoru a plynového kotle s tím, že primární úlohou soláru, a tedy podmínkou jeho dimenzování, je příprava teplé vody. Tato kombinace zvyšuje podíl OZE a tedy snižuje spotřebu primární energie.

11. Hydraulické vyregulovanie vykurovacích sústav

Vedoucí sekce: Ing. František Vranay, PhD.

Porovnanie spôsobov hydraulického vyregulovania vykurovacích sústav v objektoch po ich zateplení

Ing. Ján Šmelík

Väčšina bytových domov na Slovensku mala vykurovacie sústavy hydraulicky vyregulované na základe legislatívnych požiadaviek už v období rokov 1998–2005. Následne prišlo obdobie trvajúce dodnes, v ktorom sa začali vo veľkom počte renovovať, obnovovať, modernizovať obvodové konštrukcie objektov vrátane výplní otvorov, čiže dverí a okien. Tieto opatrenia sú samozrejme späté s výrazným znižovaním spotreby tepla v objektoch. Pre hydraulicky vyregulované vykurovacie sústavy v budovách so zateplenými obvodovými konštrukciami tak vznikol nový stav, keď majú odovzdať do prostredia výrazne menšie množstvo tepla, úmerné novým menším tepelným stratám objektov.

Zníženie výkonu pôvodných vykurovacích sústav sa dá v princípe dvomi spôsobmi:

• znížením prietoku vykurovacej vody cez vykurovaciu sústavu
• znížením teploty vykurovacej vody na vstupe do vykurovacej sústavy,
• alebo kombináciou oboch spôsobov.

Rozdiel medzi „nastavovaním podľa projektu“ a „hydraulickým vyvažovaním“

Ing. Juraj Šmelík

Príspevok objasňuje obsahovú náplň pojmov a vzájomné súvislosti medzi pojmami „projekt vykurovania“, „projekt hydraulického vyváženia“, „hydraulické vyváženie“. Poukazuje na možnosti systému hydraulického vyváženia vo vzťahu ku udržiavaniu správnej funkčnosti vykurovacej sústavy, kontrole funkčnosti a odstraňovaniu porúch a požiadavky na vybavenosť systému hydraulického vyváženia.

Problémom je, že preskúmať stav sústavy alebo odhaliť príčiny funkčných anomálií nie je možné prostým pohľadom na nejaký viditeľný fragment vykurovacej sústavy.

• Koncepční chyby nelze spravit hydraulickým vyvážením.
• Nerovnováhu vytápění nezpůsobuje jen situování vůči působení slunečního záření, ale například i vůči působení větru na budovu, kdy vzniká rozdíl mezi návětrnou a závětrnou stranou.
• Nastavení regulačních armatur na maximální průtoky – plně otevřené všechny termostatické ventily na tělesech – prakticky nikdy není za provozu zapotřebí.
• Zavírání TRV na tělesech tím, že narušuje vyvážení, není „škodnou“ v otopné soustavě. Chybou je, že otopná soustava tyto stavy neumí zvládnout.

Termostatické ventily sú zariadenia na individuálnu reguláciu výkonu vykurovacieho tělesa podľa teploty v miestnosti. Majú znížiť tepelný výkon vykurovacieho telesa, ak nie sú splnené dôvody na jeho plný tepelný výkon. Sú kľúčovými nástrojmi pre úsporu tepla, pre využitie iných zdrojov tepla pôsobiacich v miestnosti. Naozaj si niekto dovolí tvrdiť, že používanie termostatických ventilov je tým najväčším zlom, ktoré môže vykurovaciu sústavu postihnúť?

Projekt vykurovania a nastavenie hydraulického vyváženia musí zohľadniť nielen jediný funkčný stav – maximálny výkon, maximálne prietoky pri úplne otvorených termostatických ventiloch, ale aj prevádzkové stavy, ktoré vznikajú pri používaní termostatických ventilov. Je potrebné zostaviť systém regulácie diferenčného tlaku.

Z požiadaviek na funkčnosť vykurovacej sústavy s termostatickými ventilmi musia vyplývať požiadavky na systém hydraulického vyváženia.

Hydraulické vyvažovanie – legislativa

Ing. Dušan Piták

• Základní požadavky na vybavení otopné soustavy regulačními prvky a na hydraulické vyvážení stanovuje legislativa. Ta určuje rovněž, kdo a co má provést a kdo za to odpovídá.
• I staré učebnice hovořily o tom, že termostatický ventil má reagovat jen na teplotní zisky, nikoliv plnit funkci regulace.
• Slovenským paradoxem je, že náklady vyplývající po odpojení od CZT na vyregulování sítě má nést ten, kdo se odpojí. Přitom neexistuje povinnost dodavatele regulační armatury na vstupu do objektu instalovat.

Vyregulovanie cirkulácie teplej vody

Ing. Matej Gerboc

• Vyregulování rozvodů teplé vody není na Slovensku legislativně definováno a požadováno.
• Vyregulování stoupaček teplé vody odstraňuje neoprávněnou výhodu některých bytů, ve kterých je teplá voda k dispozici ihned a s nejvyšší teplotou oproti těm, kde se musí voda odpouštět a teplota je nižší.
• Návrh řešení musí být kombinovaným opatřením. Ne vždy lze například definovaně zaizolovat všechna potrubí. Proto musí výpočet a nastavení regulací respektovat i tyto rozdíly.

Dopady meniaceho sa prietoku vykurovacej vody na hydrauliku

Ing. František Vranay, PhD.

• Zateplování bytových objektů probíhá v podstatě nekoordinovaně, a to nerovnoměrně mění podmínky provozu. Mění se průtoky.
• Analyzováno bylo chování anuloidu (HVDT), jehož funkcí je vyrovnávat nerovnoměrné průtoky z více kotlů v kaskádě. Podle činnosti kotlů se mění průtoky kotli, které jsou pak sloučeny a napojeny na anuloid.

MERANIE 1: Pri zvýšenom prietoku na primárnej strane sa do zdroja vracia vysoká teplota vody, čo má za následok nepriaznivé stavy na zdroji tepla. Pri kondenzačnom kotly, sa znižuje až úplne vylúči kondenzácia. Pri tepelnom čerpadle čo má za následok zníženie účinnosti zdroja tepla.
MERANIE 2: Prietoky primár = prietok sekundár. Je to ideálny stav, kde nenastávajú žiadne prevádzkové problémy.
MERANIE 3: Prietoky primár je nižší ako prietok sekundár. Výstupná teplota do sekundáru je tak nízka, že je nutné dvíhať teplotu na zdroji tepla. Až do takej miery, že pri kotly sme mimo kondenzácie. Pri tepelnom čerpadle môžeme dosiahnuť stav kde už tepelné čerpadlo nie je schopné vyrobiť teplejšiu vykurovaciu vodu. (max. teplota z tepelného čerpadla = 60 °C).

• Řešení je více. Jedním z nich by mohlo být řízení výkonu čerpadel, tedy i výkonu kotlů tak, aby průtok v primáru byl stejný jako v sekundáru. Jiným řešením je vložení vyrovnávacího zásobníku tepla.

Navrhování teplovodních otopných soustav s ohledem na provozní stavy

Ing. Jakub Spurný, doc. Ing. Michal Kabrhel, PhD.

Článek se zabývá jedním úsekem s otopným tělesem (dále OT), který má definované okrajové podmínky. V tomto úseku byl řešen návrh jmenovitého, resp. redukovaného tepelného výkonu OT a hmotnostního průtoku.

• Potrubní rozvod vytápění má v každém i nejkratším úseku nějaké tepelné ztráty. Ty ovlivňují nátokovou teplotu do otopných těles včetně střední teploty. Ztráty nejsou konstantní, mění se podle aktuálních podmínek.
• Pokud tyto ztráty nejsou v návrhu soustavy respektovány, způsobují problémy s vyvážením soustavy, vzniká nedotápění nebo přetápění.

Reálné otopné soustavy obsahují více než jedno OT s místnostmi s rozdílnými vnitřními výpočtovými teplotami. Teplota OV je známá pouze na počátku otopné soustavy. Na vstupu do jednotlivých úseků s OT již musí být teplota OV dopočítána a je pro každý úsek rozdílná, proto je potřeba otopnou soustavu modelovat celou na jednou s pomocí iteračních procesů.