Měření versus indikace

Vážení a milí přátelé, vše nejlepší v roce 2016.

Jistě jste si všimli, že se zde „všechno rádo vrací do starých kolejí a ke starým láskám, které nerezaví“. Jde, bohužel, o smutné (nebo veselé?) téma měření spotřeby tepla versus indikace. Jenom připomenu základní stavební kámen EU.

V dalším textu směrnice v čl. 3 se však můžeme dočíst:

Pokud použití individuálních měřičů není technicky proveditelné nebo není nákladově efektivní, použijí se pro měření spotřeby tepla na každém radiátoru individuální indikátory pro rozdělování nákladů na vytápění, pokud dotyčný členský stát neprokáže, že instalace těchto indikátorů by nebyla nákladově efektivní. V těchto případech lze zvážit alternativní nákladově efektivní metody měření spotřeby tepla.

Asi nemá smysl inteligentnímu čtenáři rozebírat vyznačené pojmy jako je individuální měřič, přesné zobrazování skutečné spotřeby energie, či konkurenceschopné ceny, anebo dlouhodobé úspory.

Jenom si nejsem jist, zda není směrnice totálně schizofrenním produktem. Proč? Naprosto rozumím textu v čl. 1., ale jsem zmaten, že mám podle čl. 3 směrnice použít pro měření spotřeby tepla na každém radiátoru individuální indikátor. A jsme u toho! „Jestlipak soudruzi v NDR někde neudělali chybu, když se rozhodli měřit spotřebu tepla nejdříve měřičem, ale pak se opravili, že bude asi lepší jakýkoliv superlevný teploměr.“ Občan (dokonce ani vyškolený v oboru) stejně nepozná, o co jde... A možná i nábožensky založený občan by řekl: „Bože odpusť jim, neboť nevědí, co činí.“ Někdy nestačí ani vysokoškolské vzdělání. I někteří experti v EU, či na našich ministerstvech si pletou měření spotřeby tepla a měření teploty. Již jste, vážení, přišli na to, kolik kilowathodin, či džaulů jste vydali, či spotřebovali, i když je v bytech podle teploměrů stejná teplota, ale jiný počet indikovaných jednotek? Chtěl bych takového člověka poznat, který to umí prokázat...

Fyzika sem, fyzika tam. Hlavně, že máme v bytě zbytečnou a z hlediska užitku naprosto bezvýznamnou hračku. Tato poznámka se vůbec netýká toho, že je třeba nějak rozdělit náklady za teplo naměřené fakturačním kalorimetrem na patě domu.

A nyní trochu z jiného soudku. Předem podotýkám, že se následující měření týká nezatepleného domu téměř v centru Prahy, postaveného z cihel.

Chci Vám ukázat, co můžete naměřit v místnosti a na tělesech či stoupačkách. Pro takové měření je vhodný datalogger, který má možnost záznamu teplot v místě snímače v různých intervalech řádově od sekund do desítek minut. Interval lze podle potřeby předem v přístroji nastavit a vlastní měření pak může probíhat i několik dní, postačí tak cca 3–5 dní, aby se zachytil věrněji denní cyklus vytápění. Pro měření teploty vnitřního a vnějšího vzduchu se používá logger se snímačem vč. vlhkoměru. Dalším loggerem je 4kanálový přístroj, který používá kalibrované teploměry umístěné na potrubí. Snímač je upevněn, tj. i zabalen plastovou pevnou páskou s malou vodivostí tak, aby nebyl ochlazován konvekcí a aby tím nebyla zkreslována teplota na povrchu trubek.

Snímače jsou umístěny na přívodní i vratné trubce přípojky tělesa co nejblíže tělesu a pak dle potřeby dva snímače na přívodní a vratné trubce stoupačky nad měřeným tělesem. Tím lze ověřovat, jak je ochlazována topná voda v tělese a ve stoupačce. I když je měřena přívodní teplota v přípojce a stoupačce, kde by se údajně měly zjistit stejné teploty, není tomu tak, jelikož přípojka k tělesu chladne podle toho, kolik tepla do tělesa proudí působením termostatické hlavice (TRV) u měřeného tělesa a k sousedním tělesům na stoupačce nad měřeným tělesem.

Co můžeme z takto naměřených veličin přečíst?

Interpretace výsledků měření

Po vyhodnocení průběhů teplot byla za měřené období zjištěna průměrná teplota vnitřního vzduchu ve výši t_i = 20,5 °C (pouze v jednom okamžiku dosáhla výše 23 °C). Průměrná venkovní teplota byla t_e = 7,4 °C; teplota topné vody na přívodu T_p = 42,4 °C a průměrná teplota vratné T_z = 28,9 °C, tedy teplotní rozdíl ∆T = T_p − T_z = 13,5 °C.

Rozhodující však jsou průběhy teplot topné vody na tělese, které byly průběhu měření silně ovlivňovány jak nastavením TRV a zejména pak kvalitou regulace topné vody ve zdroji tepla.

Graf 1 M1 teploty topné vody na přívodu a zpátečce přípojky tělesa

Při zahájení měření byla TRV ze stupně „5“ přestavěna na „3“. Na počátku je tedy patrný pokles obou teplot. Až později se v místnosti klesla teplota a posléze již TRV v poloze „3“ otevřela přívod a T_p začala stoupat. Přívod topné vody byl přiškrcen a proto vratná (zelená) teplota T_z klesala a potom i T_p. Toto je normální vliv TRV, když je využívána, aby udržovala nastavenou teplotu.

Potom později večer uživatel přestavěl hlavici do polohy „4" = zvýšil požadovanou teplotu v místnosti. V krátké době TRV otevřela natolik průtok, že se teploty T_p a T_z prakticky vyrovnaly (překrývání červené a zelené křivky).

Celodenní průběh 12. 12. 2015 mezi cca půlnocí a polednem 13. 12. 2015 byl řízen pomocí TRV, která nepřekročila polohu „3“. Také byla pomocí TRV udržována nízká teplota zpátečky T_z s větší změnou vlivem ovládání TRV mezi zavřeno a „3“.

Další průběh teplot T_p a T_z ukazuje, že v místech, kde se křivky překrývají, byla nastavena polohy TRV na „4“ a mezi tím na „3“.

Nastavení TRV na hodnotě „3“ ukazuje jednoznačně, že tento termostat reguluje výkon tělesa a udržuje nastavenou teplotu vzduchu v místnosti. V grafu 1 M1 je to výrazně patrné poklesem teploty vratné vody ≈ zelená nižší křivka. Červená křivka ukazuje silně rozkolísané teploty ze zdroje tepla. V tomto stavu nastavení na „3" je patrný útlum rozkmitu teploty vratné vody, což mírně snižuje intenzitu hluku. Hlavní příčinou je však špatně regulovaná přívodní teplota, kterou nelze vyhladit jinde, než ve zdroji tepla.

Nastavení TRV na hodnotě „4“ ukazuje jednoznačně, že se z tělesa zpět do zdroje vrací voda o vysoké teplotě (prakticky neexistuje správný teplotní spád) a de facto kopíruje kmitavý průběh přívodní topné vody. Kmitání teplot jak na přívodu, tak na vratném potrubí znásobuje účinek hlučnosti, což lze vyjádřit jako klepání či ťukání. Prolínání vratné a přívodní teploty ukazuje na to, že je nedostatečně seřízena otopná soustava, a průtok topné vody je příliš vysoký v důsledku nesprávně zvolené otopové křivky nesprávného seřízení termostatických ventilů (výkon čerpadla je vysoký – není vyloučeno předimenzování čerpadla). Vysoký průtok se projevuje zvýšeným hlukem, zvýšeným šumem až hukotem.

Dne 13. 12. 2015 mezi 12:00 a 18:00 hodin byl zaznamenán nárůst teploty topné vody, jelikož ekvitermní regulace zachytila pokles venkovní teploty (viz prostřední křivku graf 3 M1) a byla zvýšena ekvitermní teplota topné vody (červená křivka grafu 1 M1). V této době byl zaznamenán i nárůst teploty vnitřního vzduchu ke 23 °C (viz prostření křivku graf 2 M1), což TRV umožňovala při nastavení na „4“.

2 M1 průběh teploty vzduchu v místnosti, křivka uprostřed

Graf 3 M1 průběh teploty venkovního vzduchu v místnosti, křivka uprostřed

Proč jsem začal Směrnicí EU a ukazuji naměřené hodnoty? Protože ve fyzice vše souvisí se vším, zejména při přenosu tepelné energie a směrnice nařizuje něco, co je v rozporu s fyzikou. Prostě měření ukazují na to, že zateplené i nezateplené objekty mají otopné soustavy, které nejsou technicky a provozně připraveny tak, aby mohly využívat indikátory za účelem zjišťování spotřeby tepla, tak jak to požaduje směrnice EU.

Z výsledků měření lze hned poukázat na některé nedostatky, které znemožňují používání indikátorů jako přístrojů pro měření spotřeby tepla.

1. Střední teplota otopného tělesa, byla 34,59 °C. To znamená, že v tomto případě není normou ČSN EN 843 doporučeno použití elektronického indikátoru (IM), jelikož se smí používat za předpokladu, že je střední teplota tělesa větší než 40 °C.
2. Teplotní rozdíl mezi přívodní a vratnou topnou vodou, jak to ukazují překryté křivky (červená a zelená), je v plném rozporu s požadavkem na kalorimetry (KM), které mají mít větší teplotní rozdíl než 2 K, lépe 3 K!!! kvůli přesnosti měření. Tedy v takovém případě nenaplňují požadavek směrnice EU ani kalorimetry!!!!!
3. Průměrná naměřená teplota vzduchu v místnosti ve výšce cca 1 m byla 20,5 °C. Domnívám se, že důkazů o nelineárním průběhu teploty vzduchu po vertikále místnosti u těles pod okny, je již dostatek a lze očekávat, že pod stropem, kam se umísťují teploměry pro tzv. gradenovou metodu (GM), také budou v jednotlivých případech instalací neprůkazně odlišné. Na takové měření ani neexistuje metodika.
4. Průměrná teplota v místnosti se neshoduje s průměrnou teplotou vratné vody na vratné trubce tělesa a prakticky ani v jednom případě neklesla pod 22 °C, ale v místnosti klesla až na 18 °C. V průměru byla teplota vzduchu v místnosti 20,5 °C a na vratné trubce 28,9 °C. Naskýtá se otázka, jak se vypočítá z teploty topné vody na vratné trubce 28,9 °C teplota vzduchu v místnosti 20,5 °C!!! Jde zřejmě o „mentální zkratku" autorů, kteří vyvinuli tzv. modifikovanou gradenovou metodu (MGM).

Pokud by byla celá otopná soustava v pořádku, pak by se průměrná teplota vratné vody na vratné trubce z tělesa pohybovala na ještě vyšším průměru, než je oněch 28,9 °C.

Aby více vynikl nonsens modifikované denostupňové metody, přikládám další grafy z měření ve 4. patře, ale tentokrát v zatepleném 13podlažním panelovém domě. Graf 4 M2 ukazuje měření na přípojce tělesa, tj. jaká byla teplota na přívodu do tělesa a na vratné trubce. Hlavice tělesa byla nastavena na hodnotě „3.1“ a graf 5 M2 ukazuje, jaká byla teplota stoupačky na přívodu i zpátečce do vyšších pater nad měřeným tělesem. Interpretace je stejná jako dříve. Nízké střední teploty na měřeném tělese s nastavenou TRV na „3.1“ nesplňují podmínku normy ČSN EN 843 o střední teplotě topné vody. Tam kde se libovolně manipuluje s TRV, jsou daleko vyšší teploty vratné vody ze stoupačky (z odtokových trubek těles), než u regulovaného tělesa, ale přesto bylo v měřeném období dosahováno nižší střední teploty, než požaduje citovaná norma. Při nižším stupni nastavení TRV by musela teplota vratné vody z horních těles alespoň přibližně na úrovni na měřeném tělese s nastavenou hlavicí na „3.1“. Na grafu 5 M2 jsou patrné „propasti“, kdy se nevytápělo. Teplota v bytě byla ve výši 24,2 °C při průměrné venkovní teplotě 16,7 °C. Zpátečka z tělesa byla teplá průměrně 25 °C a ze stoupačky se vracela voda teplá až 28,9 °C. Okamžité hodnoty jsou patrné z grafů. Rozhodně naměřené teploty zpáteček nejsou totožné s teplotami vzduchu v místnosti. Aby bylo lépe vidět rozdíly ve vytápění, jsou v grafu 6 M2 zobrazeny pouze průběhy zpáteček (níže položená křivka z tělesa, výše položená křivka ze stoupačky). Když byla poměrně rovnocenná teplota na zpátečce regulovaného tělesa (TRV na „3.1“), tak na neregulované zpátečce stoupačky z horních pater byly velmi výrazné výkyvy až ke 38 °C. Jsou tam i dvě teplotní „propasti“, kdy se kvůli vysoké venkovní teplotě nevytápělo.

Graf 4 M2 teploty topné vody na přívodu a zpátečce přípojky tělesa

Graf 5 M2 teploty topné vody na přívodu a zpátečce stoupačky do horních pater

Graf 6 M2 vzájemné porovnání rozdílů teplot zpáteček z tělesa a ze stoupačky

Chceme-li vyjádřit okamžitý výkon tělesa, musíme znát nejlépe logaritmický střední teplotní rozdíl mezi okamžitou teplotou vzduchu v místnosti a střední teplotou topné vody (v tělese). Tuto skutečnost lze vyjádřit rovnicí podle ČSN EN 834 takto:

Z rovnic jasně vyplývá, že když chceme některou neznámou vypočítat, musíme do rovnice dosadit všechny ostatní veličiny. V tomto případě jsou to 3 veličiny t_L, t_v a t_R ! Bohužel, například metoda MGM měří pouze jedinou veličinu, tj. t_R !!! Zřejmě existuje nějaká zkratka v rovnici, něco jako cestování červí dírou... Proč tedy měřit t_v a t_L ? Teplota na vstupu do tělesa je zřejmě konstantní a teploty vzduchu v místnostech asi také... Marně si kladu otázku: „jak je možné, že přístroje naměřily něco jiného, tj. proměnlivé hodnoty“. Asi je velký rozdíl v tom, že si v laboratoři můžeme upravit okrajové podmínky podle svého, ale v praxi také podle svého, jenže zcela jinak než v laboratoři...

Závěry jsou jednoduché

Na jednom, či dvou, koncepčně správně pojatých měření parametrů otopné soustavy lze ukázat, že otopné soustavy v ČR nejsou připraveny na využití doporučených kalorimetrických a indikátorových metod směrnice EU, a to proto, že nesplňují fyzikálně technické podmínky pro zjišťování skutečně odebraného tepla konečným zákazníkem:

• nemají požadovanou teplotu pro elektronický indikátor
• mají často nevyzpytatelné průběhy teplot podle libovůle obsluhy či uživatele, což způsobuje velmi nízké teplotní rozdíly pod hranicí použitelnosti kalorimetrů
• pro denostupňovou či modifikovanou denostupňovou metodu nelze objektivně zjistit relevantní integrované teploty vnitřního vzduchu, které by správně vypovídaly o skutečné teplotě ve vytápěné místnosti, což je základním vstupním parametrem do výpočtu a ještě horší je znalost teploty v místnosti po jakési nedefinované (modifikované) transformaci teploty vratné vody na vratné trubce z tělesa na teplotu vzduchu
• žádná z metod není schopna kvantifikovat podíly měřitelného a neměřitelného tepla, které zajišťuje v bytech tepelnou pohodu. Měřitelné je výhradně teplo z otopného tělesa, a to pomocí kalorimetru (pokud je za všech okolností splněn teplotní spád). Ostatní tepla jsou neměřitelná a mají velkou váhu v bilanci spotřeby tepla (ze zisků ovlivněných umístěním tělesa na severu či jihu, ap., prostupy mezi sousedy, velmi silně odlišnou intenzitou větrání a z trubek stoupaček).

Již sám fakt, že existuje neměřitelné teplo, je v příkrém rozporu s požadavkem EU, která požaduje instalaci měřičů, které přesně zobrazují skutečnou spotřebu energie konečného zákazníka.

Bohužel si zákonodárce ani nenechal zpracovat porovnání všech metod pro rozúčtování na jednom vzorovém objektu, na kterém by bylo prokázáno alespoň elementárním porovnáním, zda jsou za stejných podmínek doporučované metody ve výsledcích natolik shodné, aby bylo možné je považovat za srovnatelné.

Poznámka:
Velikáni světové vědy, jako objevitel prvního teploměru se stupnicí (termoskopu) Galileo, sládek Joule (zjistil souvislost mezi teplem a mechanickou prací) a Kelvin, který v podstatě definoval absolutní nulu, tj. teplotu, kdy ustává pohyb částic hmoty, atd., by se asi hodně divili, jaké máme odborníky, kteří se živí spíše „iluzemi vědění“, než jimi objevenou a platnou fyzikou a technikou. Vážení iluzionisté vědění, neměřte tepelnou energii teploměrem. To je veličina, která však sama o sobě na určení spotřebované energie nestačí!!!

Seznam grafů z měření M1 a M2

• 1 M1 teploty topné vody na přívodu a zpátečce přípojky tělesa
• 2 M1 průběh teploty vzduchu v místnosti, křivka uprostřed
• 3 M1 průběh teploty venkovního vzduchu v místnosti, křivka uprostřed
• 4 M2 teploty topné vody na přívodu a zpátečce přípojky tělesa
• 5 M2 teploty topné vody na přívodu a zpátečce stoupačky do horních pater
• 6 M2 vzájemné porovnání rozdílů teplot zpáteček z tělesa a ze stoupačky