Využívání zásobníků tepla, resp. vyrovnávacích nádob u teplovodních soustav

1. Připojení bytových domů na dálkové vytápění

Většina bytových domů komplexní bytové výstavby z období 60. a 70. let minulého století je připojena na dálkové vytápění, např. horkovod. Předávací stanice (úpravny parametrů) byly často situovány v samostatném objektu mimo bytové domy, např. z důvodu hlučnosti zařízení.

Teplovodní přípojka sekundárního rozvodu bývá často společná pro několik bytových domů a někdy jsou na ni připojeny i další nebytové objekty. V modernizované předávací stanici je možné provoz vytápění řídit ekvitermní regulací otopné vody tak, jako by se jednalo o objekt samostatný a ne soubor budov připojených na jedinou přípojku. Podstatnou změnou tepelně technických parametrů budovy, např. jejím zateplením, se značně mění požadovaná teplota otopné vody přiváděná do stávajících otopných těles, dimenzovaných převážně na tradiční teplotu otopné vody 90/70 °C.

2. Změna tepelně technických parametrů u zateplené budovy

Výpočet tepelné ztráty bytových domů stavěných v 60. a 70. letech byl prováděn podle ČSN 06 0210, kterou byla stanovena metodika výpočtu i tepelně technické parametry pro tepelnou ztrátu prostupem i tepelnou ztrátu větráním.

2.1 Výpočtové parametry nezateplené původní budovy

Pro tepelnou ztrátu z prostupu tepla budovy byly navrženy součinitele prostupu tepla, např. pro:

• obvodové stěny k = 1,2 W/m²K
• okna k = 2,8 W/m²K
• střechu k = 1,0 W/m²K

Pro tepelnou ztrátu větráním infiltrací byl používán součinitel provzdušnosti zdvojených okenních spár i = 1,4 . 10⁻⁴ m³/smPa^0,67.

Tlakový účinek větru ∆pⁿ byl volen v rozmezí 8 až 16 Pa^0,67.

2.2 Výpočtové parametry současně zateplených bytových domů

U současně zateplených bytových objektů bývají součinitele prostupu tepla navrženy pro:

• obvodové stěny U = 0,2 W/m²K
• okna U = 1,1 W/m²K
• střechu U = 0,16 W/m²K

Pro větrání lze tepelnou ztrátu stanovit např. z výměny vzduchu n = 0,5 h⁻¹ ze vzduchového objemu budovy.

2.3 Porovnání tepelných ztrát (výkonů) u referenčního objektu

Pro porovnání výkonů byl zvolen referenční bytový dům z poloviny 60. let.

Návrhová tepelná ztráta referenčního objektu podle původního projektu je:

Nejmenší výkon pro vytápění budovy při venkovní teplotě, kdy je ukončeno vytápění je přibližně:

Zateplený objekt podle současných tepelně technických parametrů vykazuje návrhový výkon:

Nejmenší výkon pro vytápění budovy při venkovní teplotě, kdy je ukončeno vytápění je přibližně:

Z porovnání návrhové tepelné ztráty původního objektu (podle projektu) a tepelné ztráty stanovené po zateplení (stěn, střechy a výměny oken) vyplývá, že celková tepelná ztráta objektu je snížena na 1/3 Φ_c.

3. Otopná soustava

Otopné plochy (z článkových litinových těles) jsou u referenčního objektu navrženy pro teplovodní soustavu s teplotou otopné vody 90/70 °C, při výpočtové venkovní teplotě ϴ_e = −12 °C a vnitřní výpočtové teplotě ϴ_i = +20 °C.

Obr. 1 – Topné křivky stávající a nové otopné soustavy

Výkon stávající otopné plochy, pro teplotu 90/70 °C, je zjednodušeně řečeno, více než 3× předimenzován. K přizpůsobení otopné plochy aktuálnímu výkonu je nutné snížit teplotu otopné vody.

Teplota otopné vody pro snížení výkonu otopných těles se může stanovit podle EN 442. Podle této normy vychází nová otopná soustava s návrhovými teplotami 55/40 °C při teplotě interiéru ϴ_i = +20 °C.

Podle poměrů rozdílů z výpočtových teplot otopné vody a teplot místnosti vychází zjednodušeně předimenzování otopných ploch (p) víc než dvojnásobné:

Na obr. 1 je vyznačena původní topná křivka (90/70 °C) s nově navrhovanou topnou křivkou (55/40 °C).

4. Možnosti hydraulického oddělení domovní soustavy od přípojky z předávací stanice (PS)

Při napojení několika bytových domů společnou přípojkou z předávací stanice je možnost snižování teploty otopné vody, např. v důsledku nižšího požadovaného výkonu bytového domu, dovoleno pouze v případech, kdy všechny bytové domy připojené na přípojku prošly stejnou „zateplovací rekonstrukcí“. Většinou zateplovací rekonstrukce domu u sídlišť probíhá současně a požadavky na nižší výkon a tím nižší teplotu otopné vody jsou prakticky shodné. U případů, kdy jsou na společnou teplovodní přípojku z PS napojeny i jiné objekty než bytové, např. občanské budovy s technologií nebo se vzduchotechnickými strojovnami, není pak možné snižovat teplotu otopné vody v PS. Ekvitermní regulace otopné vody v budově je těžko dosažitelná. Veškerá možná regulace výkonu je pouze individuální, a to průtokem na termostatických ventilech otopné plochy, u uživatelů bytů. U otopných ploch bez termostatických ventilů, např. u trubkových těles v koupelnách, je možnost místní regulace nulová.

Navrhovaná soustava v trubním rozvodu ze 60. let je většinou předimenzovaná a v současné době jí protéká voda s trvale vyšší teplotou, a tím dochází ke značným tepelným ztrátám. Regulace škrcením pod stoupacím potrubím se ukazuje jako málo účinná, pokud není automatická.

Pro eliminaci přetápění v takto připojeném bytovém domě na PS je nutné zajistit teplotu otopné vody ekvitermní regulací v bytovém domě a tuto možnost poskytuje pouze hydraulicky oddělená soustava bytového domu.

5. Princip použití vyrovnávací nádoby s regulačními prvky

Obr. 2 – Ekvitermní regulace domovní otopné soustavy větví A, B, C u referenčního domu

U většího bytového domu je vhodné provést regulaci teploty otopné vody podle světových stran – u referenčního objektu se jedná např. o větve A, B a C. Samostatné okruhy pro řízení teploty otopné vody trojcestnými směšovacími ventily mají vlastní oběhová čerpadla, s případně proměnným průtokem v závislosti na individuálním uzavírání termostatických ventilů. Schéma soustavy tří větví samostatně termostaticky regulované soustavy (A, B, C) u referenčního objektu je uvedeno na obr. 2.

Připojit samostatnou hydraulicky oddělenou domovní soustavu na teplovodní přípojku s PS pomocí hydraulické spojky dodavatel tepla nepřipouští a není to ani řešitelné z hlediska spravedlivého kalorimetrického měření.

Podle obr. 3 je navrženo, namísto hydraulické spojky, tlakové vyrovnání obou soustav regulátorem tlaku (1) a vyrovnávací nádobou (VN).

Tlakové podmínky u vyrovnávací nádoby tvoří:

• v přípojkovém okruhu z předávací stanice, řízeném oběhovými čerpadly z PS diferenční tlak v místě dodávky tepla ∆p_K
• v domovním okruhu, řízeném oběhovými čerpadly všech tří větví (A, B, C) v místě odběru z VN diferenční tlak ∆p_S.

Zařízení hydraulického vyrovnání obou soustav je funkční, pokud diferenční tlak přípojky je větší než diferenční tlak domovní soustavy:

Obr. 3 – Schéma zapojení regulátoru průtoku (1) a vyrovnávací nádoby (VN) mezi okruh přípojky a domovní okruh – stav při nabíjení VN (ventil 2 otevřen) 1 – regulátor průtoku, 2 – uzavírací ventil, 3 – čidlo průtoku zpětné otopné vody, 4 – čidlo průtoku přívodní otopné vody, t₁ – vypínací teploměr, t₂ – zapínací teploměr.

Průtok vody M_P na přívodu z přípojky je řízen regulátorem průtoku (1) podle shodnosti průtoku u čidel průtoku na přívodu vody (4) a na zpátečce (3). Přebytek průtoku otopné vody M_P nad průtokem M_Z při krátkodobé tlakové nerovnoměrnosti, způsobené proměnnými požadavky na odběru u oběhových čerpadel Č_A až Č_C, je vyrovnán v užitném prostoru vyrovnávací nádoby VN.

Podle obr. 3 při průtoku M_Z < M_P klesá hladina s teplotou přívodní otopné vody t₁, ve vyrovnávací nádobě, až na úroveň vypínacího teploměru t₁. Ten uzavře přívod otopné vody z přípojky uzávěrem (2).

Obr. 4 – Schéma zapojení regulátoru průtoku (1) a vyrovnávací nádoby (VN) mezi okruh přípojky a domovní okruh – stav při vybíjení VN (ventil 2 uzavřen) 1 – regulátor průtoku, 2 – uzavírací ventil, 3 – čidlo průtoku zpětné otopné vody, 4 – čidlo průtoku přívodní otopné vody, t₁ – vypínací teploměr, t₂ – zapínací teploměr.

Podle obr. 4 je, po uzavření ventilu (2), dodávka otopné vody do domovní soustavy (s průtoky M_A, M_B, M_C) zajišťována z vyrovnávací nádoby. Stoupající hladina se zpětnou vodou teploty t₂, po dosažení úrovně teploměru zapínacího t₂, otevře uzávěr (2) pro přívod otopné vody do domovní soustavy.

Kalorimetrické měření na průtoku, osazené na přívodu do budovy, snímá průtok MP a měří teploty přívodní vody t₁ a zpětné vody t₂ při odběru, tj. při otevřeném ventilu (2).

6. Energetické a hydraulické hodnocení úprav domovní otopné soustavy

Veškeré úpravy hydraulického oddělení domovní soustavy od přípojky z PS jsou prováděny zejména k zajištění úsporného provozu vytápění, tedy pro vyloučení nekontrolovaného a neúsporného přetápění objektu.

Další výhodou je hydraulické vyrovnání tlaků v domovní soustavě s termostatickými ventily u otopných těles, zejména u rozsáhlého a výškového objektu. Energeticky výhodné je rovněž ochlazení zpětné vody v přípojce do předávací stanice, které přivítá zejména dodavatel tepla.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory grantu SGS 14/119/OHK1/2T/11.