Co je úkolem termostatického ventilu u otopných těles a jak tento úkol plní?

Přestože se termostatické ventily, konkrétně ventily doplněné automaticky pracujícími hlavicemi, které ventily otevírají nebo uzavírají podle teploty vzduchu v okolí hlavice, případně v okolí čidla pevně spojeného s hlavicí, masově používají více jak padesát let u otopných těles, přestože jejich konstrukce i skutečné schopnosti byly mnohokrát vědecky zkoumány, popsány i ověřovány nezávislými zkušebními institucemi, jsou na nejrůznějších diskuzních platformách pokládány otázky, které svědčí o nepochopení významu a schopností termostatických ventilů. Proto jsme se v redakci TZB-info obrátili na společnost IMI Hydronic Engineering, která v oblasti termostatických ventilů disponuje rozsáhlými znalostmi, zda by se mohla, k problematice termostatických ventilů blíže vyjádřit. Je realitou, že každoročně jsou na trh dodány milióny otopných těles různých světových výrobců otopných těles vybavených termostatickými ventily. K problematice termostatických ventilů se vyjádřil Josef Jáchim, technický ředitel společnosti IMI Hydronic Engineering.

Základní popis termostatického ventilu

Termostatický ventil reguluje průtok otopné vody do otopného tělesa změnou zdvihu kuželky. Tím ovlivňuje jeho výkon v případě, že je teplota otopné vody na přívodu do tělesa dostatečná. A to znamená, minimálně stejná nebo mírně vyšší, než je aktuálně potřebná. Pokud by teplota byla nižší, nemá ventil žádnou možnost tento nedostatek vyrovnat!

Akčním členem, který určuje zdvih kuželky ventilu od jejího sedla = od uzavřeného stavu ventilu, je termostatická hlavice. Uvnitř hlavice je čidlo, které na základě okolní teploty vzduchu vlivem roztažnosti látky v čidlu, nejčastěji kapaliny, působí na dřík kuželky termostatického ventilu proti pružině, a tak plynule mění zdvih kuželky, respektive tzv. Kv hodnotu ventilu.

Velikost aktuálního zdvihu kuželky ovlivňuje tzv. specifický, měrný, zdvih hlavice, který je dán typem čidla a použitou kapalinou. Například pro hlavice Heimeier K je specifický zdvih 0,22 mm/K. To znamená, že změna teploty vzduchu v okolí hlavice, tedy i čidla o 1 K (pro laiky o 1 °C) vyvolá změnu zdvihu o 0,22 mm. Maximální možný zdvih kuželky je omezen konstrukcí hlavice. Přičemž hodnota specifického zdvihu kuželky platí jen pro určité pásmo zdvihu kuželky a mimo něj se snižuje.

Termostatické ventily s hlavicí nikdy nedosahují maximálního možného zdvihu ventilu, ale pracují v tzv. pásmu proporcionality (Xp). Pásmo proporcionality definuje teplotní regulační rozsah termostatického ventilu, tedy rozsah teplot okolního vzduchu, ve kterém má ventil, respektive hlavice, regulační schopnost a mimo pásmo proporcionality se v podstatě ventil nachází ve stavu téměř až plně zavřeno nebo plně otevřeno podle vlastností hlavice. Nižší hodnoty pásma proporcionality znamenají menší rozsah regulačních schopností ventilu a vyšší hodnoty znamenají vyšší rozsah regulačních schopností ventilu.

Teplota v místnosti tak určuje konkrétní zdvih kuželky termostatického ventilu s hlavicí. Jestli ventil dokáže ovlivnit výkon tělesa a tím i teplotu v místnosti, závisí na správném nastavení hlavice, dostatečné tlakové diferenci mezi tlakem otopné vody před ventilem a za ním a teplotě protékající otopné vody.

Můžeme tedy říct, že termostatický ventil s hlavicí reguluje teplotu v místnosti?

Ano – pokud jsou splněny potřebné podmínky, tj. teplota místnosti je v rozsahu pásma proporcionality hlavice, před ventilem je dostatečný tlak schopný zajistit potřebný průtok, teplota otopné vody na přívodu k ventilu je taková, aby při umožněném průtoku zajistila dostatečný výkon tělesa a velikost tělesa je dostatečná pro přenos potřebného výkonu.

Ne – pokud tyto podmínky nejsou splněny. Tj. reakce teplotního čidla hlavice nemá vliv na teplotu místnosti, protože je například vypnutý kotel a hlavice otevřela ventil, nebo dodatečné tepelné zisky samy o sobě přetápí místnost – typicky v bytech se stoupačkami vedenými skrze místnosti apod.

Výše je uveden jen základ problematiky. Celá problematika je mnohem složitější, a je popsána v jiném článku.

Josef Jáchim, technický ředitel společnosti IMI Hydronic Engineering, se vyjádřil i ke konkrétním námitkám, které padly v jednom diskuzním vláknu na TZB-info (kurzívou niže).

„… Přirovnání příčin regulačních pochodů ke stromům ohýbaným větrem je nesprávné. Dále je zde tvrzení, že teplota místnosti řídí ventil, ale že ventil neřídí tuto teplotu. Tok informací je zde ve skutečnosti oběma směry…“

Josef Jáchim: Přirovnání termostatické regulace ke stromu ohýbanému větrem není zcela relevantní. Teplota v místnosti ovlivňuje zdvih termostatického ventilu. A pokud jsou splněny dané podmínky, ventil ovlivňuje teplotu místnosti.

„… Kauzalita fyzikálních jevů u každého termostatu je tato: termostat (i termostatický ventil) reaguje na teplotu v místnosti, řídí teplotu radiátoru, tento radiátor pak ovlivňuje teplotu v místnosti, která opět ovlivňuje termostatický ventil – tento kolotoč dějů se opakuje, dokud nenastane rovnováha…“

Josef Jáchim: Termostatický ventil reaguje na teplotu místnosti, neřídí přímo teplotu otopného tělesa, ale za daných podmínek řídí jeho výkon. Jinak souhlasím za výše uvedených podmínek.

„… Řízení je tedy nepřímé s jistým zpožděním, což platí v různé míře pro všechny regulační prvky. Vždy je podle teploty v místnosti řízena teplota radiátoru ať už škrcením průtoku, nebo řízením teploty otopné vody. Řízení přes kotel je pomalejší než regulace u radiátoru – musí se měnit teplota obsahu celé soustavy…“

Josef Jáchim: Podle teploty v místnosti je řízen průtok otopné vody a ten ovlivňuje výkon otopného tělesa. Výkon tělesa je dán střední teplotou tělesa, a ta se vyvíjí od vstupní teploty otopné vody, od velikosti průtoku a aktuální teploty v místnosti. Pro správnou funkci termostatické regulace je zásadní správná teplota přiváděné otopné vody, aby hlavice mohla pracovat ve svém pásmu proporcionality, což se většinou dosahuje ekvitermním řízením, tedy řízením teploty k tělesu přiváděné otopné vody v závislosti na teplotě venkovního vzduchu. V podstatě, při správné teplotě přívodu a vyvážení celého systému by teplota vzduchu místnosti měla být na projektované hodnotě i bez omezujícího zásahu termostatické hlavice, která se měla pohybovat na horní hranici svého pásma proporcionality. Hlavice by měla správně zasahovat do regulace výkonu tělesa, tedy jej omezovat, jen v případě tepelných zisků.

„… Problém, který je příčinou omylů, spočívá v těchto skutečnostech:
– v setrvačnosti systému (– zasvítí slunce do oken a ventil nezajistí snížení teploty), to nedokáže žádný regulační prvek, ani řízení kotle, muselo by být krátce v činnosti ochlazovací zařízení), naopak při větrání proud studeného vzduchu z okna nad radiátorem může ovlivnit též regulační ventil více, než je žádoucí…“

Josef Jáchim: Setrvačnost systému samozřejmě může způsobit navýšení teploty nad nastavenou hodnotu. Je logické, že v případě tepelných zisků, např. při oslunění místnosti, v ní vzroste teplota vzduchu, ventil se přivře a teprve poté se teplota v místnosti sníží. Pokud však jde o nadměrné oslunění, ventil po uzavření již není schopen dále snižovat teplotu v místnosti. Při otevření okna v důsledku vniknutí studenějšího vzduchu ventil s hlavicí otevře i nad vypočítanou hodnotu pásma proporcionality, tzn. způsobí místní nadprůtok. Při větrání proto doporučuji zavřít hlavici a větrat intenzivně a krátkodobě. Otevřená ventilačka celý den a otevřená hlavice nejsou určitě vhodným řešením.

„… v nežádoucích vlivech na regulační ventil (ventil je v blízkosti radiátoru a je ovlivněn teplejším vzduchem v tomto prostoru a též vedením tepla materiálem ventilu směrem od radiátoru – drahý ventil může být v tomto směru horší, než obyčejný ventil bez displeje), zde je přesněji působícím prvkem za jistých podmínek pokojový termostat umístěný např. na stěně dále od radiátoru. Teoreticky může spolupracovat i s ventilem, nikoli s kotlem. Tím lze odstranit nevýhody ventilů…“

Josef Jáchim: Na termostatickou regulaci a správnou teplotu v místnosti má vliv nemálo parametrů. Působí vliv teploty přívodní vody, poloha hlavice vůči ventilu a tělesu, zakrytí hlavice např. záclonou (lze řešit hlavicí s externím čidlem). Kvalitní elektronický termostat s PI regulací (ne bimetalový ON/OFF) umístěný na vnitřní stěně místnosti bude pro tuto místnost určitě přesnější než termostatický ventil. Můžeme ho využít i v referenční místnosti pro řízení kotle.

„… Termostatický ventil tedy řídí teplotu v místnosti – je nesprávné tvrdit, že nikoli. Toto řízení má své nedokonalosti z výše uvedených příčin. Termostatický ventil má však také své výhody oproti řízení kotle. Lze regulovat teplotu v konkrétní místnosti samostatně, nezávisle a odděleně od ostatních místností. Např. při oslunění, či větrání i když s uvedenými omezeními. Lze též regulační prvky kombinovat. Regulací kotle ovlivníme vytápění v celém objektu, např. na jižní i severní straně stejně, což není ideální, pokud není systém složitý…“

Josef Jáchim: Termostatický ventil řídí teplotu v místnosti, pokud jsou splněny dané podmínky, tj. teplota místnosti je v rozsahu pásma proporcionality hlavice, před ventilem je dostatečný tlak schopný zajistit potřebný průtok, teplota přívodu je taková, aby při průtoku daném součinností hlavice a ventilu zajistila potřebný výkon tělesa a velikost tělesa je dostatečná pro přenos potřebného výkonu.

Zásadní je, že běžný termostatický ventil se nepoužívá jako jediný regulující prvek. Vždy jde o kombinaci více prvků. Pro přesnou regulaci doporučuji kombinovat správně nastavenou ekvitermní regulací zdroje tepla a termostatickou regulaci na otopných tělesech. Ekvitermní regulaci kotle lze doplnit elektronickým PI termostatem a takové opatření, při správném návrhu otopné soustavy, zdokonalí podmínky pro činnost termostatického ventilu.