Regulace otopné soustavy u zateplených domů

Zateplené bytové domy, které jsou napojeny na centrální zásobování teplem společně s domy nezateplenými, mají vyšší teplotu přívodní vody. I s nainstalovanými termostatickými ventily proto vykazuje otopná soustava vyšší výkon a vyšší spotřebu energie, než je žádoucí.

Příliš vysoké teploty vody nutí termostatické ventily pracovat s velmi malým zdvihem a v krajních případech dochází k rozkmitání regulace teploty a neschopnosti termostatického ventilu dodat požadované množství tepelné energie.

V některých místnostech je dosažena požadovaná teplota pouze díky stoupačkám, které touto místností procházejí. Z těchto důvodů se instalují na paty domů směšovací stanice pro snížení teploty otopné vody.

Uživatelé bytů však často provozují systém tak, že zcela uzavřou termostatické ventily a po příchodu z práce očekávají rychlý nárůst teploty v bytě.

Přestože jsou domy zateplené a mají výbornou akumulační schopnost s minimálním poklesem teploty během útlumu, jejich obyvatelé očekávají teplé otopné těleso bez ohledu na skutečnou teplotu v místnosti.

Touží šetřit a zároveň přetápět. Obyvatelé se 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 (úpravy ekvitermní křivky na stejnou nebo vyšší 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 zcela otevřený regulační ventil v primárním okruhu.

Regulační ventil se snaží dodat stoprocentní průtok do soustavy, která je však zčásti nebo úplně zavřená. Důsledkem je nárůst tlakové diference a hluk na termostatických ventilech. K těmto jevům by nedocházelo, pokud by byla regulace provozována za účelem směšování.

Vstupní informace

Než se pustíme do řešení vlastní regulace na patě domu, měli bychom si objasnit, co očekáváme od stávající otopné soustavy po zateplení domu. Zateplením objektu a výměnou oken se výrazně změní poměr rozložení tepelných ztrát, a to i mezi jednotlivými místnostmi.

Například v místnostech pod zateplenou střechou se tepelná ztráta sníží výrazněji než v místnostech, ve kterých se vyměnila okna a zateplila fasáda. Tento fakt je potřeba zohlednit při novém hydraulickém výpočtu, který je vždy nutný, pokud chceme dosáhnout maximálních úspor energie.

Často se investuje pouze do zateplení a opomene se nové nastavení a regulace otopné soustavy. Majitelé bytů se potom diví, že dosažené úspory nejsou tak vysoké, jak předpokládali. Přitom návratnost této další investice se projeví často už po prvních letech provozu (obr. 1).

Správný projekt nové regulace otopné soustavy by měl obsahovat především nový výpočet tepelných ztrát, který zohlední zateplení všech částí domu. Na základě nového výpočtu najdeme nejméně předimenzované tzv. referenční těleso, pro které stanovíme základní tepelný spád pro potřebný výkon.

Přívodní teplota, pokud nebudeme brát do úvahy ochlazování, se pro ostatní tělesa nemění. Změní se však teplota zpátečky na základě potřebného výkonu z nového výpočtu tepelných ztrát. Se změnou teplotního spádu se změní i průtok, který následně dosadíme do hydraulického výpočtu.

Pro stávající budovy však 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.

Individuální regulace teploty přívodu

Je-li teplota přívodu vysoká a požadovaného výkonu otopných těles nelze dosáhnout zvětšením teplotního spádu, nabízí se jako druhá možnost snížení teploty přívodu pomocí směšovací stanice. Předností tohoto řešení je možnost provádět delší časové útlumy, než jaké nastavuje centrální výtopna.

Nevýhodou jsou nutné investiční náklady na projekt a realizaci a také spotřeba elektrické energie na čerpací práci a provoz směšovací stanice.

Výhodou je naopak 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 třením o konstrukce (chráničky).

Zapojení s třícestným regulačním ventilem

Zapojení s třícestným ventilem (obr. 3) zpravidla vyžaduje regulaci tlakové diference, protože tlakově zatížený třícestný 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.

Nevýhody a rizika

• Tlaková ztráta třícestného ventilu (doporučuje se 5 kPa) zvyšuje výtlak sekundárního čerpadla (vyšší riziko hluku termostatických ventilů).
• Regulátor tlakové diference i třícestný ventil musí být na společném potrubí (zajištění expanze vody při uzavření obou armatur).
• Při neodborném nastavení ekvitermní křivky dojde k otevření třícestného ventilu na 100 % a přebytek tlakové diference (nespotřebovaný na třícestném 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 dvoucestným regulačním ventilem

Varianta s dvoucestným regulačním ventilem (obr. 4a, 4b) 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 regulační ventil a za něj). Regulátor se nastaví na tlakovou ztrátu regulačního ventilu (doporučujeme 5 kPa).

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 sníží pomocí pohonu 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 dvoucestného regulačního ventilu). Tato situace nastane v případě, že je regulační ventil zcela otevřen a průtok je malý (částečně zavřené termostatické ventily). Čím větší bude tlaková ztráta regulačního ventilu adekvátně nastavení regulátoru tlakové diference, tím větší bude v domě hluk.

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

Zapojení s dvoucestným, tlakově nezávislým regulačním ventilem

V tomto zapojení (obr. 5a, 5b, 5c) je regulátor tlakové diference integrován společně s regulačním ventilem do jednoho tělesa. Regulace tlakové diference je udržována před regulačním ventilem a za ním (nikoliv mezi přívodem a zpátečkou jako u předchozích případů).

Tento typ armatury umožňuje nastavit maximální průtok ventilem a tato funkce se aktivuje pouze při stoprocentním otevření pohonu.

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 dvoucestným regulačním ventilem.
• 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.

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 z technického a ekonomického hlediska nesprávné řešení, avšak v praxi s ohledem na možnosti instalatérské firmy jediné možné.

Nepřehlédněte: Vplyv zateplenia domu na hydraulické vyregulovanie

Závěr

Majitelé domů či společenství vlastníků bytových jednotek investují nemalé prostředky do zateplení. Často jsou tyto akce vázány 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 otopném systému 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

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 3/2019.