Úspory tepla a energetická účinnost v sídlištích s CZT

Datum: 30.11.2015  |  Autor: Jiří V. Ráž, DiS.  |  Recenzent: Ing. Zdeněk Prokeš

Článek analyzuje příčiny, kvůli kterým se odběratelé odpojují od CZT, a nabízí nejlevnější řešení problémů při skutečném zvýšení energetické účinnosti, ke kterému jsme se v EU zavázali (20-20-20)

Ve vytápění je všechno špatně?

Otopný systém a otopná soustava jsou neoddělitelné. Rozdíl mezi soustavou a systémem je v tom, že otopný systém se skládá z tepelného zdroje, distribuční sítě a připojených otopných soustav. Funkčně však tvoří jediný celek. Technicky je úplně špatně, jsou-li otopné soustavy ve správě různých majitelů (investorů) zadávány různým zpracovatelům aplikujícím metody různé technické úrovně.

Nebude-li systém obsahovat systémové chyby, bude vykazovat až trojnásobně vyšší energetickou účinnost (může být až trojnásobně úspornější).

Obr. č. 1a: Vnější distribuční síť malého otopného systému (0,5 MW) od tepelného zdroje k objektu č. 5
Obr. č. 1b: Vnější distribuční síť malého otopného systému (0,5 MW) od tepelného zdroje k objektu č. 5
Obr. č. 1: Vnější distribuční síť malého otopného systému (0,5 MW) od tepelného zdroje k objektu č. 5

Malý systém na obr. č. 1 obsahuje pět otopných soustav v objektech 1 až 5, ve třech provozních stavech. Velký otopný systém (v ČR s výkonem 3 MW) by přitom od publikovaných výsledků vykazoval chyby ještě podstatně větší. Při simulaci chování systému v různých provozních stavech byly pro názornost zadány otopné soustavy stejné, každá s nominálním výkonem 100 kW a s deseti osmipodlažními stoupačkami obsahujícími tělesa o nominálním výkonu 1250 W. Každá stoupačka má tedy nominální výkon 10 kW.

V průběhu simulačních výpočtů jsou sledovány změny teplotních parametrů vody tp a tz na vstupu do nejvzdálenějšího objektu 5, na patách stoupacích větví 1 až 10 v objektu 5 a v jednotlivých otopných tělesech. Výsledky jsou vztaženy k výpočtovému stavu systému, tj. te = −12 °C, tp = 90 °C, tz = 70 °C, Δtm = 20 K na prahu zdroje tepla.

Klasicky počítaný průtok každým tělesem v systému je:

vzorec 1 53,596 kg.h−1
 

Provozní stav 1 obr. č. 1 až 3 – ve všech ostatních objektech je odebíráno 100 % tepla (P = 100 000 W)

Vstup do objektu 5 – tp = 89,391 °C, tz = 70,438 °C, využitelný spád pro objekt Δtm = 18,953 K
Pata ST 10 – tp = 88,512 °C, tz = 71,137 °C, využitelný spád pro stoupačku Δtm = 17,375 K
Nejvýše položené těleso T8 – tp = 84,469 °C, tz = 74,241 °C, využitelný spád Δtm = 10,228 K
Požadovaný správný průtok na patě ST 10 – G = 674,05 kg.h−1
Požadovaný správný průtok tělesem T8 při plném provozu ostatních těles na stoupačce 10 je

vzorec 2 104,81 kg.h−1 (nikoliv tedy 53,596 kg.h−1 a chyba je téměř 100 %!!!)
 

Klasicky vypočtené nastavení radiátorových armatur tělesa T8 je proto chybné už v základním provozním stavu otopné soustavy a následkem je nedotápění. Klasicky vypočtený průtok na patě ST 10 je pouze 8 * 53,596 = 428,768 kg.h−1, je tedy chybně navržen i regulátor diferenčního tlaku a chybné nedotápění je provedeným hydraulickým vyvážením na patě stoupačky navíc dokonce stabilizováno!!!

Požadovaný průtok tělesem T8 při vypnutí těles T1 až T7 je G = 222,93 kg.h−1, protože snížením průtoku ve stoupačce vstupní teplota vody do tělesa T8 klesla z 84,469 °C na 81,285 °C. Aby ekvitermní regulace mohla být účinná, musí být zachována střední teplota vody, takže výstupní teplota vody z tělesa musí být tz = 76,476 °C a využitelný teplotní spád už činí pouze Δtm = 4,809 K (nikoliv klasicky uvažovaný 20 K). Průtok 222,93 kg.h−1 je samozřejmě úplně jiný než klasicky projektovaný G = 53,596 kg.h−1, takže vypínat tělesa a dokonce ani uživatelsky snižovat průtoky, se v soustavách ústředního vytápění nesmějí, mají-li být zachovány účinné regulační procesy, které jsou vedle zateplování budov jediným prostředkem k dosažení skutečných úspor tepla (snižováním vnitřní teploty, tj. uživatelským snižováním průtoků, se žádné teplo nešetří, protože úspory tepla nastávají pouze snižováním spotřeby tepla při zachování původní vnitřní teploty).

Pár jedinců, přesvědčených o svém „nezadatelném právu libovolně si volit vnitřní teplotu a vypínat tělesa kdy se jim zlíbí“, tedy likviduje tepelnou pohodu všem ostatním, kteří snižovat svou vnitřní teplotu nechtějí. Pro CZT takové uživatelské chování navíc znamená porušení podmínek efektivních regulačních procesů, s umělým vytvářením opakovaných zátopových stavů mimo relace mezi řídicími a řízenými veličinami, což výrobu tepla podstatně zdražuje. CZT po vytápění na projektované teploty volá oprávněně.

Mezi projektováním rodinných domků a sídlištních celků je diametrální rozdíl a „domkaři“ by se ve vlastním zájmu neměli do projektování panelových domů v sídlištích pouštět. U RD je migrace tepla mezi místnostmi záležitostí většinou jediného majitele bytu, který případným chybným provozem miniaturního systému poškozuje pouze sám sebe. Také kratičké potrubní rozvody neznamenají výraznější změny ve využitelném teplotním spádu vody a přenosová schopnost sítí být řešena nemusí, stejně jako nemusí být řešena důsledně zkoordinovaná kombinovaná regulace nebo termické vyvážení. Celý systém je značně jednodušší a méně náchylný k chybám klasického projektování a projektant musí dávat pozor jen na zkratování okruhů. Stačí mu základní projekční zkušenosti a klasická (hydraulická) metoda, ale pro projektování panelových domů to nestačí ani v systémech malých, protože kromě požadavků, uvedených v tomto článku, je potřebné řešit i další problémy, jako hydraulickou stabilitu vertikálního pásma, atd.

Na západ od našich hranic, odkud k nám přicházejí „rady jak projektovat vytápění“, je většinou bytová zástavba zastoupena objekty velikosti RD a zkušenosti s projektováním sídlišť nejsou valné. Totéž se týká i provozu vytápění, který ovlivňuje úroveň tepelné pohody v objektech hromadného bydlení i ekonomiku provozu CZT a zkušenosti z RD sem opravdu nepatří. Velké objekty a celky jsou na západě vytápěny jinak a návyky z RD (s volbou individuálních vnitřních teplot místností a bytů) jsou pro sídliště přímo destrukční. Otopné systémy a sídliště většinou nemají možnost kvalitativně upravovat parametry vody ve všech svých bodech (nebo dokonce přímo u spotřebičů jako například v případě indukčních jednotek), přičemž sídliště reálně pracují s individuálními teplotními parametry vody na prahu všech objektů, stoupaček i jednotlivých těles, což klasické (pouze hydraulické) projektování řešit neumí. Výsledkem je pak chybná funkce vytápění, s chybnou výkonovou regulací, a proto s nedostatečnými úsporami tepla.

Drtivá většina sídlišť v EU pracuje s centrální kvalitativní regulací ve zdroji tepla a neřešené lokální teplotní parametry vody na prahu objektů, stoupaček a otopných těles jsou přitom pro dosažení správné funkce a ekonomiky vytápění extrémně důležité.

Lokální teplotní parametry vody jsou dále závislé na odběru tepla, který ve vztahu k řídicí vnější teplotě být libovolný nesmí.

Obr. č. 2a: Vnitřní ležatý rozvod malého objektu č. 5 (100 kW) od vnějšího rozvodu k patě stoupačky ST 10
Obr. č. 2b: Vnitřní ležatý rozvod malého objektu č. 5 (100 kW) od vnějšího rozvodu k patě stoupačky ST 10
Obr. č. 2c: Vnitřní ležatý rozvod malého objektu č. 5 (100 kW) od vnějšího rozvodu k patě stoupačky ST 10
Obr. č. 2: Vnitřní ležatý rozvod malého objektu č. 5 (100 kW) od vnějšího rozvodu k patě stoupačky ST 10
Obr. č. 3: Objekt 5 stoupačka ST 10 – ostatní objekty a stoupačky odebírají 100 % tepla, pata stoupačky tp = 88,512 °C, tz = 71,137 °C. Na patě ST 10 musí proudit 157 % klasicky projektovaného průtoku a hydraulické vyvažování na klasicky projektované průtoky je chybné už v základním provozním stavu. Chyba hydraulického vyvážení se přitom bude zvyšovat, bude-li klesat odběr tepla ze sítě, proto se tento odběr uživatelsky (bez současného působení tepelných zisků) libovolně snižovat nesmí.
Obr. č. 3: Objekt 5 stoupačka ST 10 – ostatní objekty a stoupačky odebírají 100 % tepla, pata stoupačky tp = 88,512 °C, tz = 71,137 °C. Na patě ST 10 musí proudit 157 % klasicky projektovaného průtoku a hydraulické vyvažování na klasicky projektované průtoky je chybné už v základním provozním stavu. Chyba hydraulického vyvážení se přitom bude zvyšovat, bude-li klesat odběr tepla ze sítě, proto se tento odběr uživatelsky (bez současného působení tepelných zisků) libovolně snižovat nesmí.
Provozní stav 3 obr. č. 4 – ve všech ostatních objektech je odebíráno 25 % tepla (P = 25 000 W)

Vstup do objektu 5 – tp = 87,957 °C, tz = 71,496 °C, využitelný spád pro objekt Δtm = 16,461 K
Pata ST 10 – tp = 85,535 °C, tz = 73,431 °C, využitelný spád pro stoupačku Δtm = 12,104 K
Nejvýše položené těleso T8 – tp = 82,808 °C, tz = 75,678 °C, využitelný spád pro T8 Δtm = 7,130 K
Požadovaný správný průtok na patě ST 10 – G = 966,85 kg.h−1
Požadovaný správný průtok tělesem T8 při plném provozu ostatních těles na stoupačce 10 je

vzorec 3 150,36 kg.h−1 (tedy nikoliv 53,596 kg.h−1 a chyba je 180 %)
 

Budou-li však tělesa T1 až T7 vypnuta, muselo by pro dosažení požadovaného regulovatelného výkonu 1250 W tělesem T8 proudit 320,38 kg.h−1 a nikoliv klasicky projektovaných 53,596 kg.h−1. Muselo by tělesem T8 proudit 598 % vody. To hydraulické poměry nedovolí, těleso T8 proto přestane správně fungovat a jeho nominální výkon se navíc stane neregulovatelný. Tělesa se tedy vypínat nesmějí.

Obr. č. 4: Objekt 5 stoupačka ST10 – ostatní objekty a stoupačky odebírají 25 % tepla tp = 85,535 °C tz = 73,431 °C. Při provozu všech těles na ST 10 musí na patě stoupačky proudit 225 % klasicky projektovaného průtoku vody. Hydraulické vyvážení na 100 % klasicky projektovaného průtoku funkci ST 10 významně poškodí a tuto chybu v systému trvale stabilizuje.
Obr. č. 4: Objekt 5 stoupačka ST10 – ostatní objekty a stoupačky odebírají 25 % tepla tp = 85,535 °C tz = 73,431 °C. Při provozu všech těles na ST 10 musí na patě stoupačky proudit 225 % klasicky projektovaného průtoku vody. Hydraulické vyvážení na 100 % klasicky projektovaného průtoku funkci ST 10 významně poškodí a tuto chybu v systému trvale stabilizuje.

Budou-li otopný systém a soustavy skutečně velké, může při klasickém projektování dojít až k extrémním nárokům na průtoky a k velkým chybám, jak je znázorněno na obr. č. 5.

Protože při klasickém projektování soustav a systémů není kontrolován přenos tepla od zdroje ke spotřebičům a není plnohodnotně řešena kombinovaná výkonová regulace, nemá klasicky pracující projektant ani základní představu o důsledcích a vlivu projekčního návrhu na funkci, na provozní podmínky pro vytápění objektů, ani na energetickou účinnost. Extrémní požadavky na průtok při regulovatelném výkonu 1250 W (obr. č. 5) mohou pak zcela vybočit z funkčních charakteristik armatur.

Pokud projektant neví, jaký využitelný teplotní spád má v lokálních bodech soustavy k dispozici, nemůže poznat, že otopná soustava se už stala neregulovatelnou a tím ztratila možnost úspor tepla (vybočila z dynamického atraktoru soustavy). Klasické projektování proto teplo spořit nemůže.

Příčina se skrývá ve zjednodušování výpočtů oboru vytápění, tolik propagovaném prodavači topenářské techniky, v honbě za komerčními zisky a snahou zákazníkovi ukázat, jak je „projektování jejich výrobků jednoduché“. I obyčejný vzoreček pro výpočet průtoku se zdál složitý, a tak byl zjednodušen na tvar

vzorec 4 = 53,74 kg.h−1
 

kde konstanta 1,163 = 4186,8 / 3600 a vznikla jednoduchým krácením. Teplotní spád Δtm (například 20 K) je přitom vždy uvažován konstantní.

Ale kdyby teplotní spád 20 K byl konstantní, byla by u tělesa T8 na stoupačce Y teplota zpětné vody jen tz = 61,215 °C a střední teplota T8 by byla 70,557 °C. Tato střední teplota však odpovídá venkovní teplotě te = −5,3 °C a nikoliv te = −12 °C, takže ekvitermní regulace ve zdroji tepla by měla chybné vazby, nemohla by správně fungovat a soustava by se stala neregulovatelnou. Podobně vybočuje z podmínek úsporné regulace každá klasicky projektovaná soustava s uvažovaným konstantním teplotním spádem vody.

Můžeme si také položit otázku, jak asi bude fungovat hit poslední doby, dynamický TRV s maximálním možným průtokem 130 nebo 150 kg.h−1 u tělesa T8 na stoupačce ST Y (obr. č. 5), kde je pro pouhých 1250 W potřebný průtok 401,38 až 863,05 kg.h−1, nebo dokonce i v malých soustavách s průtoky kolem 200 kg.h−1. Je tedy jasné, že správné Termo–Hydraulické řešení oboru je velice důležité i pro výrobce armatur a jejich prodejce. Jakékoliv zjednodušování výpočtů oboru vytápění tedy nelze akceptovat a dosažení úspor tepla vyžaduje plnohodnotné, nikoliv polovičaté, pouze hydraulické řešení.

Obr. č. 5: Objekt X stoupačka Y v rozlehlém otopném systému, tp = 82,204 °C, tz = 77,642 °C.
Obr. č. 5: Objekt X stoupačka Y v rozlehlém otopném systému, tp = 82,204 °C, tz = 77,642 °C.

Vzpomínáte na článek „Vytápění podle předpokladů a podle fyziky“, kde u nejvýše položeného tělesa průtok kolem 800 kg.h−1 vyvolal rozčilení dvou diletantů? Požadavek na extrémní průtok je u velkých systémů možný běžně, protože využitelný teplotní spád Δtm se může blížit nule, nebo může vycházet dokonce i záporný v případě, je-li překročen akční rádius přenosu tepla systémem, o čemž klasické projektování nic neví, stejně jako o zkoordinované činnosti složek kombinované regulace.

Laické představy o provozování soustav ústředního vytápění, jako lokálního vytápění kamny, se staly „odborným argumentem“ pro „nutnost lokálního měření nebo indikace spotřeby tepla u koncových spotřebitelů“, promítajícím se až do legislativy. Uživatelsky libovolně volené provozní podmínky soustav ústředního vytápění, degradující funkci i úspornost a znemožňující skutečné zvýšení energetické účinnosti při vytápění budov, byly přijaty jako zákonná pravidla a nepochopení zásadního rozdílu mezi ústředním a lokálním vytápěním se stalo odbornou katastrofou.

Shrnutím výsledků na obr. č. 1 až 5 získáme přehled o funkčních parametrech a o využitelných teplotních spádech Δtm v malém systému 0,5 MW (TAB. 1) s pouhými pěti objekty a padesáti stoupačkami, přičemž v ČR se projektovaly i systémy o výkonu až šestkrát větším (3 MW například s objektem X a stoupačkou Y). Pro srovnání jsou uvedeny i výsledky v systému velkém.

TAB. 1 Modelové výpočty využitelných teplotních spádů v malém a velkém systému
1234
ObjektOdběr tepla 100 % v systémuOdběr tepla 50 % v systémuOdběr tepla 25 % v systému
Výměníková stanice
te = −12 °C
tp = 90 °C
tz = 70 °C
ts = 80 °C
Δtm = 20 K
tp = 90 °Ctp = 90 °C
Pata objektu 5tp = 89,391 °C
tz = 70,438 °C
ts = 79,915 °C
Δtm = 18,953 K
tp = 88,857 °C
tz = 70,828 °C
ts = 79,843 °C
Δtm = 18,029 K
tp = 87,957 °C
tz = 71,496 °C
ts = 79,727 °C
Δtm = 16,461 K
Pata ST 10 v objektu 5tp = 88,512 °C
tz = 71,137 °C
ts = 79,825 °C
Δtm = 17,375 K
tp = 87,352°C
tz = 72,047 °C
ts = 79,700 °C
Δtm = 15,305 K
tp = 85,535 °C
tz = 73,431 °C
ts = 79,483 °C
Δtm = 12,104 K
Těleso T8 ST 10
v objektu 5
při provozu T1 až T8
(malý systém)
tp = 84,469 °C
tz = 74,241 °C
ts = 79,355 °C
Δtm = 10,228 K
1250 W G = 104,81 kg.h−1
neřešenotp = 82,808 °C
tz = 75,678 °C
ts = 79,243 °C
Δtm = 7,130 K
1250 W G = 150,36 kg.h−1
Těleso T8 ST 10
v objektu 5
jen při provozu T8
(malý systém)
tp = 81,285 °C
tz = 76,476 °C
ts = 78,881 °C
Δtm = 4,809 K
1250 W G = 222,93 kg.h−1
neřešenotp = 80,620 °C
tz = 77,274 °C
ts = 78,974 °C
Δtm = 3,346 K
1250 W G = 320,38 kg.h−1
Těleso T8 ST Y
v objektu X
při provozu T1 až T8
(rozlehlý systém)
tp = 81,215 °C
tz = 78,545 °C
ts = 79,880 °C
Δtm = 2,670 K
1250 W G = 401,38 kg.h−1
neřešenoneřešeno
Těleso T8 ST Y
v objektu X
jen při provozu T8
(rozlehlý systém)
tp = 80,407 °C
tz = 79,165 °C
ts = 79,786 °C
Δtm = 1,242 K
1250 W G = 863,05 kg.h−1
neřešenoneřešeno

TAB. 1 ukazuje, jak se reálně využitelné teplotní spády a odpovídající průtoky liší od uvažované konstantní hodnoty Δtm = 20 K, použité při klasických výpočtech. Je přitom jedno, zda klasické výpočty pracují s teplotním spádem 25 K, 20 K, nebo jiným, protože reálné hodnoty jsou vždy jiné, než klasicky uvažované.

Příčiny nespokojenosti s vytápěním a odpojování spotřebitelů tepla od CZT

Na úvodní otázku „všechno je špatně?“ zní odpověď – bohužel ano a důvody jsou zřejmé.

Člověk si koupí TRV, o kterých se od prodavače dověděl, že když hlavici otevře naplno, bude mít 26 °C a může si tak zvolit doma libovolnou teplotu, podle svých pocitů a podle peněženky. Šlo by o jasné klamavé informace a uvádění zákazníků v omyl, ale prodavač ani neví, že lže. Není to totiž žádný odborník. Prodavač říká jen to, co se dověděl v rychlém proškolení a přečetl v prospektech, které úplně nepochopil. K pochopení mu chybí projekční praxe a znalost funkce ústředního vytápění. Tím celé neštěstí po roce 1989 začalo a dodnes pokračuje. Člověk považuje prodavače za odborníka a nabude přesvědčení, že regulací ústředního vytápění je jeho ruka a jeho svobodná vůle, bez ohledu na ostatní odběratele a bez ohledu na dodavatele a distributora tepla. Člověk brzy pozná, že nadměrným otevřením hlavice může do jisté míry kompenzovat chyby klasického projektování, tj. nedostatečné vytápění ve vzdálenějších bodech soustav, ale už nepozná (a prodavač také ne), že nadměrným otevřením hlavice vytvoří zkratový průtok, kterým poškodí funkci ostatních otopných těles a jeho TRV navíc ztratí schopnost spořit teplo (investice do bytové regulační techniky je promarněna). To, co mu prodavač „odborně“ poradil, způsobilo hned dvojnásobnou škodu.

Fyzikálně chybné představy o funkci TRV vytvořily falešný obraz o provozování dynamických soustav, který pronikl až do legislativy. Spočívá v mylném přesvědčení, že vnitřní teploty nejsou z hlediska ekonomické výroby, distribuce a spotřeby tepla důležité a nemusejí odpovídat okamžité vnější teplotě, okamžitým teplotám vody, ani počtu zapojených zdrojů a podmínky ekonomického vytápění jsou tím fatálně porušeny.

Například při vnější teplotě te = +12 °C a QZn = 10 %, musí zdroj pro vnitřní teplotu 20 °C ohřívat vodu na teplotu tp = 48,42 °C, ale pro vnitřní teplotu 15 °C by měl ohřívat vodu jen na teplotu tp = 35,74 °C. Vnitřní teplota tedy velmi výrazně ovlivňuje ekonomiku provozu tepelných zdrojů a vytápění obecně. Reálná vnitřní teplota vytápěných místností musí odpovídat řídicí otopové křivce, aby regulační procesy byly účinné a vytápění bylo ekonomické. Vnitřní teploty tedy při ústředním vytápění „libovolně volitelné“ nejsou, ať už je soustava napojena na jakýkoliv tepelný zdroj.

Vybočením z podmínek ekonomického provozu a navíc s cyklicky opakovanými zátopovými stavy, musí cena tepla zákonitě růst a nespokojenost odběratelů tepla s CZT stoupá. Ekonomicky a fyzikálně nepřípustné provozování otopných soustav s „libovolnými“ vnitřními teplotami ve vztahu k vnější teplotě je navíc v rozporu s jinou částí legislativy, která spotřebiteli garantuje úroveň vnitřní tepelné pohody. Při libovolně volené teplotě u sousedů už nemůže být garantovaná vnitřní teplota 20 °C dodržena, protože to technické charakteristiky soustav ústředního vytápění a migrace tepla mezi byty neumožňují.

Nepřípustné provozování soustav navíc vyvolalo představu, že spotřeba tepla musí být lokálně měřena u koncových spotřebitelů právě kvůli různým vnitřním teplotám, které jsou ovšem v soustavách ústředního vytápění fyzikálně nepřípustné (už by nebylo možné v sousedních bytech legislativně určenou vnitřní teplotu zajistit) a legislativa se diletantskými představami o funkci ústředního vytápění dostala do rozporu sama se sebou.

Člověk si zateplí dům a očekává návratnost milionových investic. Jenže návratnost plyne z úspor a úspory se vztahují k původní vnitřní teplotě, která po zateplení není dodržena, protože to klasicky projektovaná soustava neumí (jak ukazuje tento článek má špatně určené průtoky, špatně seřízené armatury a špatně nastavené regulační procesy) a s libovolně nastavenými hlavicemi (podle doporučení prodavačů) už to není možné vůbec. Po zateplení dochází k opačnému jevu – instalovaná otopná plocha se stala nadměrnou, většinou jsou i nadměrné teploty vody a dochází k přetápění.

Jsou-li tepelné ztráty zateplením sníženy na polovinu, tak stačí objekt přetápět cca o 6,5 °C a miliony do zateplení se nevrátí nikdy, jsou zcela promarněny.

V zateplených objektech s poloviční tepelnou ztrátou pak neklesne spotřeba tepla o 50 % při dodržení vnitřní teploty 20 °C, protože klasicky projektované soustavy nejsou správně seřízeny hydraulicky a navíc vůbec nejsou seřízeny teplotně, aby se eliminovalo přetápění, které se projevuje zvýšenou vnitřní teplotou.

Po zateplení by totiž mělo být uspořeno cca 50 % tepla změnou tepelného odporu stavebních konstrukcí a navíc by mělo být uspořeno alespoň 30 % tepla využitím tepelných zisků, ale to se u klasicky projektovaných a teplotně nevyvážených soustav stát nemůže, protože klasické projektování termické parametry soustav jen předpokládá, ale vůbec je neřeší. Dokonce existují případy, kdy se po instalaci TRV a zateplení objektu neuspořilo vůbec nic. Nepochopením rozdílu mezi ústředním a lokálním vytápěním se u jediného objektu promarní milióny a zamyslete se, kolik takových objektů v ČR máme (cca 1,5 milionu bytů),

Člověk, zklamaný investicemi do TRV a do zateplení, přičítá vinu dodavateli tepla (CZT), který mu „do baráku cpe přebytek tepla, aby vydělal“ a hrubě se mýlí. Soustava si ze zdroje teplo odebírá a zdroj sám nikam „cpát“ žádné teplo nemůže, protože správně seřízená soustava to neumožňuje. Člověk ale začne přemýšlet o jiném zdroji tepla, aniž by si uvědomil, že jeho problémy nejsou záležitosti dodávky tepla (tepelného zdroje), ale jeho spotřeby, způsobené chybnou funkcí soustavy. Soustava, která při odběru tepla z CZT nebyla schopna udržet původní vnitřní teplotu a využít tepelných zisků, toho nebude schopna ani s kotelnou, s tepelným čerpadlem nebo s jakýmkoliv jiným zdrojem. Všechny výše popsané problémy v soustavě zůstanou nevyřešeny, ať už bude připojena na jakýkoliv tepelný zdroj a jedinou možností jak dosáhnout ekonomického vytápění se zajištěnou tepelnou pohodou, je vyřešit soustavu správně.

Vyřešit soustavu správně, klasickými metodami nelze. Musejí být známy projektované teploty vzduchu pro nastavení hlavic a ty klasické výpočty neřeší. Musejí být známy individuální průtoky teplonosné látky (vody), odpovídající požadovanému přenosu tepla od zdroje ke konkrétním spotřebičům (tělesům) a ty klasické výpočty neřeší. Musejí být známy správné hodnoty nastavení hlavic pro konkrétní teploty vzduchu v místnostech a konkrétní vstupní teploty vody do jednotlivých těles, které klasické výpočty neřeší. Musejí být známy hodnoty nastavení všech armatur v soustavě pro součtové průtoky garantující přenos tepla a ty klasické výpočty neřeší. U TRV musí být zajištěno proporcionální pásmo, ke kterému se vztahují projektové podklady výrobce TRV a to klasické výpočty neřeší. Musí být zajištěna zkoordinovaná funkce obou složek celkové kombinované regulace vytápění a tu klasické výpočty neřeší. Důvodem k nutnému vyřešení toho všeho je skutečnost, že ústřední vytápění nefunguje jako vytápění lokální a dynamické soustavy s bytovou regulační technikou nefungují jako dřívější statické soustavy bez TRV. A představte si, že dnešní dynamické soustavy jsou projektovány úplně stejně jako dřívější soustavy, které žádné TRV neměly. Nejsme v roce 1950, jsme v roce 2015 a think – tank oboru vytápění si toho v celé EU za 65 let ani nevšiml.

Hydraulické vyvažování otopných soustav má stabilizovat správné průtoky vody, ale to nemůže, protože klasické projektování správné průtoky nezná a pracuje s chybami i většími než 100 %!!! Přesto bylo hydraulické vyvažování veřejnosti prezentováno jako hlavní úsporné opatření, i když s požadovaným zvyšováním energetické účinnosti nemělo vůbec nic společného. Jakoby to chtěli výrobci TRV potvrdit, přenášejí dnes proces hydraulického vyvažování dynamickými TRV přímo na úroveň spotřebičů tepla, ale to opět naráží na chybné klasické určení průtoků a také to nemá se zvyšováním energetické účinnosti nic společného. Uhodit hřebíček na hlavičku, se při klasickém projektování oboru nedaří a podařit nemůže. Závazek k EU, zvýšit do roku 2020 energetickou účinnost o 20 % (pravidlo 20-20-20), vyžaduje sofistikovanější řešení a zcela jiný přístup.

Zateplení rozhoduje o tepelných ztrátách objektu, ale o úsporách tepla rozhoduje otopná soustava

Co myslíte – kolik tepla při vytápění se uspoří, když se vytápění vypne? Že je to nesmysl a protimluv? Ano je, ale přesto je tento nesmysl obecně chápán jako vyjádření a měřítko úspor. Protože zateplení při stejném přívodu tepla zvyšuje (mění) vnitřní teplotu, žádné úspory tepla nepřináší a přináší je teprve otopná soustava, která původní vnitřní teplotu udrží. Odborníci na zateplování budov se přesto cítili nositeli úspor tepla a s projektanty vytápění se povýšeně odmítli bavit. Jako hlavní úsporné opatření se nutnost úprav otopných soustav dostala do povědomí veřejnosti až mnohem později, když se naivní namyšlenost stavařů stala neudržitelnou a nutnost upravovat soustavy se prokázala praktickým provozem.

Všichni lidé dělají lidské chyby

Profesionálové se však mohou dopouštět pouze chyb taktických, ale nikoliv chyb strategických, protože pak by to byli diletanti, laici nebo dokonce hlupáci. Hlupák říká, co ví, ale chytrý ví, co říká. V případě vytápění to mají ovšem složité všichni, protože celý think – tank vychází z chybné klasické metody řešení oboru. Investor být odborníkem nemusí, ale profesionála poznat musí. Je to jediné, co investor musí opravdu umět a je to pro něho životně důležité, aby peníze nepromrhal za zmetky.

Zástupci SVJ jsou investoři a potřebují pomoc

Chaos v oboru vytápění dopadá nejcitelněji na investory. Nemají-li v problematice jasno ani odborníci, jak jej mohou mít laici ve funkci předsedů SVJ? Jak mohou vybrat zpracovatele zakázky, když jim každý říká něco jiného a legislativci všemu hned zpočátku nasadili korunu doporučením výběru zpracovatele s nejnižší nabídkovou cenou? Cítíte tu legislativní impotenci? Kdo nic neumí a nic neřeší, může být samozřejmě nejlevnější a dokonce nepotřebuje ani žádné projektové podklady. Nastaly zlaté časy pro zpracovatele různých zjednodušených řešení, v jejichž dílech často nenajdete ani stopy řešení funkčně správného a úsporného vytápění. Na fyzikálně správné řešení oboru se zcela zapomnělo. Aby zástupci SVJ nebyli jen obětí klamavých informací a mohli se stát skutečnými partnery pro profesionální jednání, je potřebné významně zintenzívnit osvětu a totéž platí i pro legislativce, kteří z SVJ udělali „profesionální investory“. A – ruku na srdce – zažili jste někdy něco strašnějšího, než schůzi SVJ? Téměř žádné SVJ není schopno nabídky odborně posoudit, vybrat zhotovitele zakázky odpovědně a peníze investovat správně. Legislativa zde očividně zakopla o zcela chybné předpoklady.

Tisíce majitelů a správců stavebních objektů žijí dnes s falešnou představou, že mají zatepleno a soustavu vyregulovanou, takže „je všechno v pořádku“.

Vůbec to v pořádku není a všechno je špatně, i kdyby úpravy všech soustav v ČR řešili jen samí poctivci a špičkoví projektanti.

Všichni do jednoho totiž pro řešení otopné soustavy použili klasickou metodu, která tepelné vlastnosti otopných soustav vůbec neřeší, takže nemohla vyřešit ani úspory tepla při správné funkci vytápění. Po podrobné kontrole na strojní fakultě ČVUT a publikacích v zahraničí, se dnes zpracovává první diplomová práce o významu nové metody i na stavební fakultě ČVUT a existují bohaté zkušenosti z praktických aplikací, včetně naměřených výsledků na testovaném objektu, které účinnost nové metody plně potvrdily. Nová metoda, vytvořená autorem s historicky nejdelší praxí v oboru vytápění, poprvé míří opačným směrem, než odkud k nám nové poznatky většinou přicházejí a poprvé nejsme žáčci.

Řešení oboru vytápění a zvýšení energetické účinnosti úsporných opatření je poprvé podloženo fyzikálně platným matematickým aparátem a má mezinárodní význam pro celou EU.

Co pro zvýšení energetické účinnosti úsporných opatření udělat

Je nutné si vyjasnit, co vůbec úspory tepla jsou a co nejsou. Otopný systém je nedělitelný a proto je nutné nastolit konstruktivní spolupráci mezi dodavateli, distributory i spotřebiteli tepla a zahájit konzultace na úrovni ministerstva. Nepotřebujeme u koncových spotřebitelů měřit, jak soustavy špatně fungují a teplo nespoří. Nepotřebujeme, aby toto měření vyvolávalo laické uživatelské manipulace s regulačními prvky, likvidující účinnost regulačních procesů v otopném systému jako celku. V soustavách ústředního vytápění potřebujeme přesný opak. Potřebujeme zajistit optimální nastavení regulačních prvků, aby regulační procesy na prahu tepelných zdrojů i koncových spotřebičů byly skutečně zkoordinované a proto účinné. Regulační procesy nemohou účinně probíhat za jiných podmínek u dodavatelů a za jiných podmínek u spotřebitelů tepla, podmínky musejí být stejné a proto musíme pravidla pro vytápění položit na racionální základ.

Potřebujeme všechny soustavy seřídit tak, aby plně využívaly tepelných zisků, které často představují stejný potenciál úspor tepla jako zateplení budov a jejich využitím můžeme okamžitě šetřit teplo i v budovách nezateplených.

Nemáme-li se dostat do dluhové pasti z nesplacených úvěrů a k sankcím za nesplnění závazku zvýšit energetickou účinnost, tak hlavně potřebujeme jednat rychle a přestat v problematice úspor tepla tápat.

Nástroje pro plošné rozšíření aplikací nové metody řešení úspor tepla jsou k dispozici

Soustavy pro téměř 1,5 milionu bytů je potřebné seřídit pořádně a to není časově zvládnutelný úkol pro autorskou firmu. Ostatním je proto k dispozici výukový a případně i v projektové praxi využitelný SW, záměrně vytvořený v jednoduchém prostředí Excel, za poloviční cenu ve srovnání s klasickým SW. Výsledky, uvedené v tomto článku, byly získány použitím SW AT291 – 15.

Levné technické řešení skutečné energetické účinnosti (skutečných úspor tepla) dostupné každému

Podle Stavebního zákona č. 183/2006 Sb., §125 platí: Vlastník stavby je povinen uchovávat po celou dobu trvání stavby ověřenou dokumentaci odpovídající jejímu skutečnému provedení podle vydaných povolení. V případech, kdy dokumentace stavby nebyla vůbec pořízena, nedochovala se nebo není v náležitém stavu, je vlastník stavby povinen pořídit dokumentaci skutečného provedení stavby. Při změně vlastnictví ke stavbě odevzdá dosavadní vlastník dokumentaci novému vlastníkovi stavby. Neplní-li vlastník stavby výše uvedenou povinnost, stavební úřad mu nařídí, aby pořídil dokumentaci skutečného provedení stavby. Pokud není nezbytná úplná dokumentace skutečného provedení stavby, uloží stavební úřad pouze pořízení zjednodušené dokumentace (pasport stavby).

Pro řešení správné funkce a úspor tepla novým projektem (novou účinnou metodou) je potřebný úplný původní projekt vytápění, který je SVJ povinno vlastnit (nebo pořídit) a ze kterého lze čerpat veškeré údaje o instalovaném potrubí, otopných tělesech, armaturách a pracovních charakteristikách otopné soustavy. Původní platný projekt vytápění je závazným projektovým podkladem, který je zhotoviteli povinen poskytnout objednatel úpravy otopné soustavy a SVJ nemůže pořízení původní dokumentace otopné soustavy chápat jako povinnost zhotovitele nového projektu vytápění v rámci zpracování zakázky.

Od SVJ se tedy pro zajištění správné funkce a skutečných úspor tepla novým (a dokonce ani obyčejným klasickým) projektem vytápění nepožaduje nic jiného, než co je povinností SVJ, vyplývající ze zákona a pokud SVJ své zákonné povinnosti neplní, nemůže skutečně úspornou otopnou soustavu mít. Nemůže se uraženě a někdy i s povýšenou arogancí rozčilovat nad tím, že svou vlastní chybou není schopno poskytnout projektové podklady, které zhotovitel přirozeně požaduje. Vždy to bylo tak, že kdo uměl projektovat, projektoval a kdo uměl méně, tak zaměřoval a zkresloval. SVJ má tedy dost možností, nechat si nejprve někým soustavu poctivě zaměřit a zkreslit, aby nebylo v situaci, kdy zákonné povinnosti neplní.

Naopak zástupci SVJ, kteří své zákonné povinnosti plní, mohou v zateplených i nezateplených objektech ihned dosahovat až trojnásobných úspor tepla, s plným zachováním legislativně určené tepelné pohody. Není potřebné nic vyvíjet a většinou není potřebné ani nic instalovat. Je-li otopná soustava vybavena vhodnými armaturami podle platných vyhlášek, soustava se podle nového projektu vytápění pouze seřídí. Náklady na dosažení nejvyšší energetické účinnosti (nejvyšších úspor tepla) jsou pak tak nízké, že návratnost investice činí cca 4 měsíce první otopné sezóny a Termo-Hydraulické seřízení (TH) má tím nejkratší návratnost ze všech opatření, investovaných za účelem úspor tepla.

Zvýšit energetickou účinnost znamená snížit spotřebu tepla pro dosažení stejné teploty

Všimněte si, že nejde jen o snížení původně nadměrné vnitřní teploty, takže některá opatření sice snižují spotřebu tepla (tj. snižují původní nadměrnou vnitřní teplotu), ale nezvyšují energetickou účinnost!!!

Energetickou účinnost proto například nezvyšuje pouhé klasické seřízení soustav, nebo snížení teplotních parametrů vody směšováním v objektech, kterým se sice zabránilo nadměrnému vytápění nad hodnotu 20 °C, snížila se původní nadměrná spotřeba tepla, ale nesnížila se spotřeba tepla pro dosažení správné vnitřní teploty 20 °C.

Je-li projektovaná vnitřní teplota například 20 °C, pak zvyšují energetickou účinnost (snižují energetickou náročnost) pouze dvě opatření, a to:

  1. zateplování budov, kterým se sníží spotřeba tepla pro dosažení vnitřní teploty 20 °C
  2. seřízení soustav metodou TH, kterým se při dodržení 20 °C sníží spotřeba tepla o tepelné zisky

V ČR dosud masově provedené klasické úpravy otopných soustav, které automatickými regulačními procesy využít tepelných zisků nejsou schopny, tedy žádné zvýšení energetické účinnosti nepřinesly. Protože mnohdy nedokázaly automaticky zabránit ani nechtěnému přetápění nad hodnotu 20 °C, dokonce navíc degradovaly zvýšení energetické účinnosti zateplováním budov. Miliardové investice ke splnění závazku na zvýšení energetické účinnosti úsporných opatření nesměřovaly.

Protože seřízení soustav metodou TH (také pod názvem ETM – Eliminační Termodynamická Metoda) dokáže tyto nedostatky napravit i dodatečně, potřebují desetitisíce otopných soustav Termo-Hydraulické seřízení, které i dodatečně zvýšení energetické účinnosti vytápění a zateplování stavebních konstrukcí zajistí.

Úspory proti nezateplenému stavu

Při vnitřní teplotě 20 °C se úspory zateplením a správným seřízením soustavy sčítají. Průměrné tepelné zisky u nezateplených budov činí cca 30 % celoroční spotřeby tepla. Jsou-li tepelné ztráty zateplením objektu sníženy na 50 % a je-li správným seřízením soustavy plně využito tepelných zisků, musí být proti nezateplenému stavu dosaženo celkových úspor kolem 80 % a nikoliv kolem 40 %, jako v současnosti. Dokonce i při nulových tepelných ziscích (objekt zcela zastíněný a neobydlený) musí spotřeba tepla klesnout na úroveň zateplení (například 50 %) a nemůže být vyšší. Činí-li po zateplení na 50 % úspory tepla jen 40 %, je tedy opravdu všechno špatně a instalovaná regulační technika prakticky vůbec nefunguje, i kdyby úspory činily 49 %, protože tepelné zisky nikdy nulové nejsou.

Proto má nová generace řešení pro ekonomiku vytápění a pro splnění závazku na zvýšení energetické účinnosti podle pravidla 20-20-20 klíčový význam.

Závěr

Nesmíme už uživatelům soustav lhát, že úspory tepla jsou závislé na jejich manipulacích s regulační technikou, kterými se správná funkce i skutečné úspory tepla naopak likvidují. Nesmíme za úspory tepla považovat nic, co je spojeno s omezováním legislativou určené tepelné pohody. Nesmíme laická pravidla a zkušenosti z RD přenášet do systémů CZT. Nesmíme si plést otopné soustavy s elektrickou sítí a dřívější statické soustavy s dnešními dynamickými.

Soustavy s TRV pracují s různými průtoky, a proto musejí být s různými základními průtoky i projektovány.

Účelem článku je upozornit na příčiny chyb způsobených klasickým projektováním, napřít úsilí ke skutečnému zvyšování energetické účinnosti úsporných opatření, poskytnout poradenství a umožnit přímý přístup k revolučním metodám řešení oboru vytápění na kontaktní adrese centrotherm@seznam.cz (nikoliv přes Linkedin).

Literatura

  • J. V. Ráž, Bernd Genath „Vermutlich machen wir vieles falsch“
  • J. V. Ráž, Bernd Genath „Echte Innenraum-Temperaturregulung mit Thermostatventilen“
  • J. V. Ráž „Neuer Planungsansatz ETM“
  • J. V. Ráž „ETM kontra traditionell“
 
Komentář recenzenta
Ing. Zdeněk Prokeš

Správně technicky vyřešená soustava, dodržování definovaných nastavení bez ručních zásahů automaticky zajistí plnou funkčnost systému jako celku a zajistí maximální úspory tepla (snížení energetické náročnosti při zachování teplot ve vytápěných místnostech), jež očekává vlastník a provozovatel objektu, které umožní dodavateli tepla provozovat soustavy CZT s minimálními energetickými nároky na výrobu a distribuci tepla, a k nimž se koneckonců ČR zavázala v rámci EU. Tedy vytápět efektivněji, levněji a ekologičtěji. Odchylky od správně stanoveného výchozího nastavení regulačních prvků významně deformují vše výše uvedené.

Jelikož potenciál ve snižování energetické náročnosti, který nabízí stavební opatření (zateplování) a působící tepelné zisky současné hydraulicky řešené otopné soustavy a systémy zdaleka nevyužily ve smyslu úspor tepla a efektivity výroby tepla, je nejvyšší čas přistoupit k zodpovědnému přístupu všech, kterých se vytápění týká a koncepčně a technicky správným řešením napravit současný stav a zajistit maximální efektivitu vytápění. Termohydraulický přístup (práce s energií a jejím přenosem při akceptaci veškerých fyzikálních souvislostí a platných zákonů) k otopným soustavám nabízí významný posun v úrovni poznatků o dynamických soustavách a vede k výraznému zkvalitnění technického řešení oproti jiným metodám. Článek je zpracován velice přehledně s podrobnými konkrétními výstupy a údaji, které běžná projektová praxe bohužel nezná a má z tohoto hlediska velice vysokou odbornou úroveň a hodnotu, za což autorovi děkujeme.

English Synopsis
Heat saving and energy efficiency in the areas of district heating

This article analyzes the causes due to which the subscribers disconnected from district heating. It also offers cheap technical solution which will bring genuine increase in energy efficiency to which we are committed (EU Directive 20-20-20).

 

Hodnotit:  

Datum: 30.11.2015
Autor: Jiří V. Ráž, DiS.   všechny články autora
Recenzent: Ing. Zdeněk Prokeš



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcích 


Projekty 2017

Partner - Teplárenství

logo TSČR

Partneři - Energetika

logo ZEPPELIN
logo BOSCH
logo Yello Energy
logo KAMSTRUP
 
 

Aktuální články na ESTAV.czXXL ocelové haly LLENTAB mohou poskytnout klientovi i úžasnou reklamuVinylová podlaha: Podklad, pokládka a netradiční aplikaceNa pečovatelské byty nebo bezbariérové domy půjde 300 mil. KčPostup odvzdušnění otopné soustavy