Regulace otopné soustavy u zateplených domů

Úvod

Zateplené bytové domy, které jsou napojeny na centrální zásobování teplem společně s nezateplenými domy, mají vyšší teplotu přívodní otopné vody. Pokud tento stav není vhodně řešen, má instalovaná otopná soustava vyšší výkon, než je potřeba. To vede k vyšší spotřebě energie i přesto, že jsou v domech termostatické ventily. Příliš vysoká teplota otopné vody nutí termostatické ventily pracovat s velmi malým zdvihem. V krajních případech dochází k rozkmitání regulace teploty a k neschopnosti termostatického ventilu dodat požadované množství tepelné energie. Při vysoké teplotě přívodní otopné vody je v některých místnostech dosažena požadovaná teplota pouze díky stoupačkám, které touto místností procházejí. Z těchto důvodů se do domů po jejich zateplení instalují směšovací stanice pro snížení teploty otopné vody.

Uživatelé bytů však často provozují svou část vytápění tak, že při odchodu z bytu zcela uzavřou termostatické ventily a po příchodu z práce očekávají rychlý nárůst teploty v bytě. Přestože mají zateplené domy a výbornou akumulační schopnost s minimálním poklesem teploty během útlumu, očekávají teplé otopné těleso bez ohledu na skutečnou teplotu v místnosti. Touží šetřit a zároveň přetápět ve stylu „Chci šetřit, ale zároveň mít teplý radiátor“.

Proto se zpravidla obyvatelé rozdělí zpravidla na dvě skupiny. Jedna chce šetřit a druhá chce mít nadstandardní tepelný komfort. To vede ke konfliktním situacím a neodborným zásahům do instalované regulace (snaha upravit ekvitermní křivky na stejnou nebo vyšší, což je nemožné, úroveň, než má dodavatel tepla, změny nastavení regulátorů tlakové diference, úpravy nastavení termostatických ventilů apod.).

Neodbornými zásahy do ekvitermní regulace lze snadno tuto regulaci vyřadit z provozu. Důsledkem je pak zcela otevřený regulační ventil v primárním okruhu. Regulační ventil se snaží dodat 100 % průtoku do soustavy, která je však z části nebo úplně zavřená. Důsledkem je nárůst tlakové diference a hluk na termostatických ventilech. K těmto jevům by nedocházelo, pokud by byla regulace provozována jen za účelem směšování.

Změny vyvolané zateplením domu

Než se pustíme do řešení vlastní regulace na patě domu, měli bychom si objasnit, jak vlastně přistupovat ke stávající otopné soustavě po zateplení domu. Zateplením objektu a výměnou oken se výrazně změní tepelné ztráty, a to nejen celého domu ale i jednotlivých místností vzájemně. Např. v místnostech uprostřed domu dojde jen k výměně oken a zateplení stěny, která je součástí fasády. U místností rohových a pod střechou dojde k výměně oken, zateplení stěny, která je součástí fasády a navíc i k zateplení střechy. V takové místnosti se tepelná ztráta poměrově sníží mnohem více než v místnosti uprostřed domu.

Obr. 1 Snížení spotřeby tepla v bytovém domě po jednotlivých krocích [2]

Tento fakt je potřeba zohlednit při novém hydraulickém výpočtu, který je vždy nutný, pokud chceme dosáhnout úspor energie. Investice do zateplení je předpoklad, za kterým musí následovat nové nastavení a vyregulování otopné soustavy. Majitelé bytů se pak často diví, že dosažené úspory nejsou tak vysoké, jak předpokládali. Investice do projektu vyregulování soustavy a jeho provedení se přitom vrátí často už po prvních letech provozu viz Obr. 1.

Pro stávající budovy často není k dispozici původní projekt vytápění a není ani možné identifikovat trasy a dimenze zazděného potrubí. Pro zjednodušení hydraulického výpočtu můžeme naštěstí využít nové technologie, jako jsou termostatické ventily s automatickou regulací průtoku (Obr. 2). Průtok je automaticky omezen na nastavenou hodnotu i při plném otevření termostatické hlavice. Omezením nadprůtoků se zvyšuje teplotní spád a energetická účinnost, omezuje se přetápění.

Obr. 2 Termostatický ventil s automatickou regulací průtoku s technologií AFC [1]

Individuální regulace teploty přívodu

Je-li teplota přívodu vysoká a požadovaného výkonu otopných těles nelze dosáhnout snížením teplotního spádu, nabízí se jako druhá možnost snížení teploty přívodu pomocí směšovací stanice. Další možností je provádět delší časové útlumy než centrální výtopna. Nevýhodou jsou investiční náklady na projekt a realizaci a také spotřeba elektrické energie na čerpací práci a provoz směšovací stanice. Výhodou je nezávislost na centrálním nastavení teploty od dodavatele tepla a možnost nastavení vlastního časového programu. Snížení teploty přívodu také pozitivně minimalizuje praskání potrubí způsobené dilatacemi a jeho třením o konstrukce (chráničky). Varianty hydraulického řešení jsou dále uvedeny.

Zapojení s 3cestným regulačním ventilem (Obr. 3)

Zapojení s 3cestným ventilem zpravidla vyžaduje regulaci tlakové diference, protože tlakově zatížený 3cestný ventil ztrácí svou regulační schopnost (autoritu), což se projevuje velmi malým zdvihem pohonu a neschopností udržet konstantní teplotu na sekundární straně. Výraznou nevýhodou tohoto zapojení je nutnost pokrytí tlakové ztráty regulačního ventilu sekundárním čerpadlem.

Obr. 3 Schéma zapojení s 3cestným regulačním ventilem

Nevýhody a rizika

• Tlaková ztráta 3cestného ventilu (doporučuje se 5 kPa) zvyšuje výtlak sekundárního čerpadla (vyšší riziko hluku termostatických ventilů).
• Regulátor tlakové diference i 3cestný ventil musí být na společném potrubí pro zajištění expanze otopné vody při uzavření obou armatur.
• Při neodborném nastavení ekvitermní křivky dojde k otevření 3cestného ventilu na 100 % a přebytek tlakové diference (nespotřebovaný na 3cestném regulačním ventilu) bude připočten k výtlaku oběhového čerpadla. To může způsobovat hlukové projevy na termostatických ventilech v bytech. Také to negativně ovlivňuje elektroniku oběhového čerpadla.

Výhody

• Nedochází k degradaci teploty zpátečky.

Zapojení s 2cestným regulačním ventilem (Obr. 4a, b)

Varianta s 2cestným regulačním ventilem nezvyšuje výtlačnou výšku oběhového čerpadla a minimalizuje riziko vzniku hluku. Průtok regulačním ventilem zabezpečuje tlaková diference z teplovodní přípojky dodavatele tepla. Regulační autorita ventilu se blíží ideální hodnotě a je tak splněn jeden ze základních předpokladů pro přesnou regulaci teploty.

Tlaková diference v primárním okruhu není konstantní, a proto se doporučuje instalace regulátoru tlakové diference, opět do stejného potrubí. Kapiláry regulátoru musí být zapojeny dle schématu mezi přívod a zpátečku (nikoliv před a za regulační ventil). Regulátor se nastaví na tlakovou ztrátu regulačního ventilu (doporučujeme 5 kPa).

Obr. 4a Schéma zapojení s 2cestným regulačním ventilem

Nevýhody a rizika

• Při neodborném nastavení ekvitermní křivky dojde k trvalému otevření pohonu regulačního ventilu a vyšší průtok z primárního okruhu způsobí obrácený tok ve zkratu a bude degradovat teplotu zpátečky dodavatele tepla. Teploty přívodu na primární a sekundární straně budou stejné.
• Zkrat funguje jako přepouštění, nedochází ke zvýšení výtlačné výšky čerpadla.
• Pokud bude podle obrázku 4b regulační ventil otevřen a čerpadlo vypnuto, může tlaková diference za regulačním ventilem stačit k zajištění průtoku přes otopnou soustavu, např. při nočním útlumu. Jedná se o poruchu regulace a nelze tomu předejít.

Řešení

• Řešit tuto situaci lze zablokováním ekvitermního regulátoru před neodbornou manipulací, což se nemusí líbit majitelům domu, kteří vlastní tuto regulaci.
• Druhou možností je aktivace nadřazené funkce regulace, pokud to regulátor umožňuje, a to hlídání teploty zpátečky. Na potrubí zpátečky primárního okruhu se osadí teplotní čidlo, které při nárůstu teploty zpátečky pomocí servopohonu sníží průtok regulačním ventilem. Některé pokročilejší regulátory umožňují zadat klouzavou teplotu zpátečky dle venkovní teploty.
• Instalace zpětné klapky do zkratu (Obr. 4b) sice vyřeší problém s degradací zpátečky, ale způsobí nárůst tlakové diference na oběhovém čerpadle (zvýšení maximálně o hodnotu nastavenou na regulátoru tlakové diference, tedy o tlakovou ztrátu 2cestného regulačního ventilu). Tato situace nastane v případě, kdy je regulační ventil zcela otevřen a průtok je malý (částečně zavřené termostatické ventily). Čím větší bude tlaková ztráta regulačního ventilu adekvátně tomu nastavení regulátoru tlakové diference, tím větší bude v domě hluk.

Obr. 4b Schéma zapojení s 2cestným regulačním ventilem, zpětná klapka ve zkratu

Ze všech zde popisovaných variant je zapojení dle obr. 4b nejméně problematické.

Zapojení s 2cestným tlakově nezávislým regulačním ventilem (Obr. 5a, b, c)

V tomto zapojení je regulátor tlakové diference integrován společně s regulačním ventilem do jednoho tělesa. Regulace tlakové diference je udržována před a za regulačním ventilem (nikoliv mezi přívodem a zpátečkou jako u předchozích případů). Tento typ armatury umožňuje nastavit maximální průtok ventilem, tato funkce se aktivuje pouze, když je pohon otevřen na 100 %.

Obr. 5a Schéma zapojení s 2cestným tlakově nezávislým regulačním ventilem

Nevýhody a rizika

• Při neodborném nastavení ekvitermní křivky bude pohon trvale otevřen. Rozdíl mezi primárním a sekundárním průtokem způsobí otočení průtoku ve zkratu a degradaci zpátečky.
• Není vyloučeno zvýšení výtlačné výšky čerpadla primární tlakovou diferencí i přesto, že ve zkratu není zpětná klapka.

Řešení

• Postupovat obdobně jako u varianty Zapojení s 2cestným regulačním ventilem (Obr. 4a, b)
• Průtok otopné soustavy v době musí být vždy roven nebo menší než průtok přes regulační ventil. Pohon by měl být v poloze menší než 100 %, aby byl aktivní regulátor tlakové diference, který na sobě zmaří přebytek tlakové diference od dodavatele tepla.

Řešení na obr. 5b je shodné s předchozím, avšak do zkratu je osazena zpětná klapka, aby se zabránilo opačnému toku a degradaci teploty zpátečky. Tento způsob je však nejrizikovější.

Obr. 5b Schéma zapojení s 2cestným tlakově nezávislým ventilem a zpětnou klapkou ve zkratu

Nevýhody a rizika

• Při neodborném nastavení ekvitermní křivky bude pohon trvale otevřen.
• Regulátor tlakové diference bude aktivován až při dosažení maximálního průtoku, při menším průtoku je v nečinnosti. Zpětná klapka zabraňuje opačnému toku ve zkratu, a tím dojde k sečtení tlakové diference z teplovodní přípojky a výtlaku čerpadla. Hodnoty dosahují až 50 kPa. Průtok soustavou bude zachován i po vypnutí oběhového čerpadla (noční útlum). Obrovský nárůst tlaku a průtoku způsobí velký hluk termostatických ventilů.

Řešení

• Průtok přes regulační ventil musí být vždy menší než průtok otopnou soustavou. Rovnost průtoků by měla nastat jen při jmenovitých (projektovaných) podmínkách. Pohon není možné udržovat otevřený a očekávat správnou funkci tohoto zapojení. Pohon musí regulovat a musí probíhat směšovací funkce. Musí být správně nastavena ekvitermní křivka.

Nouzové řešení (Obr. 5c)

• Osadit regulátor tlakové diference do zpátečky otopné soustavy a chránit otopnou soustavu před nárůstem tlakové diference a následným nadprůtokem.
• Na první pohled jde z technického a ekonomického hlediska o nesprávné řešení, avšak v praxi s ohledem na možnosti instalatérské firmy, jediné možné. Proto je zde zmíněno.

Obr. 5c Schéma zapojení s 2cestným tlakově nezávislým ventilem a dodatečným regulátorem tlakové diference na sekundární straně

Závěr

Majitelé domů či společenství vlastníků bytových jednotek investují nemalé prostředky na zateplení svých domů. Často jsou tyto akce vázané na dotační tituly a předpokladem k vyplacení dotace můžou být i doložené úspory tepla. Pro všechny může být velkým překvapením, když skutečné úspory tepla nesplňují očekávání ani předpoklad z projektu zateplení. Konflikty mezi jednotlivými uživateli bytu, kteří chtějí šetřit a těmi, kteří chtějí mít teplotní komfort nad rámec standardů, vede do úzkých montážní firmy, které drží záruku za provedené úpravy na otopné soustavě a v některých případech nejsou schopny dílo předat. Neodbornost, nesmyslnost a protichůdnost požadavků, manipulace s dodanou technikou vytváří problémy, které nelze snadno vyřešit. Tento článek může posloužit jako návod, jaké zapojení zvolit, aby minimalizovalo budoucí rizika.

Literatura

1. IMI HYDRONIC ENGINEERING, Technické firemní katalogy
2. BRONISLAV HARABIŠ, I.G.B Holding, a.s., Firemní podklady z realizace