Lovosická 775 P9  190 00   M 607660843            centrotherm@seznam.cz

PROFESSIONAL HEATING

 Vývoj otopných soustav   Tvorba projektových podkladů    Projektujeme vytápění správně ?       Projekt uspoří víc než zateplení ?    Orientační ceny

=CRA=CENTROTHERM a SPOLEČNOST PRO TECHNIKU PROSTŘEDÍ odborná sekce 12 - projektování a inženýrská činnost, doporučují TERMOhydraulické řešení otopných soustav a sítí.                                                 TERMOhydraulika pro 21.století.

 Z čeho vznikla hodnota Kv ?       Panelové domy - renovace       Náprava funkce otop.soustav       Termostatické ventily správně    Návratnost investic

 TERMO-hydraulické řešení sítí   Nová otopná tělesa Slant/Fin   Stáhněte si otopové křivky    Levné projekty vytápění   Převody a pomůcky         HOME

 

Vytápění - projektování - vývoj - výzkum

Aktivní úspory tepla termohydraulickým řešením pro 21. století
XI. díl - Ekonomické řešení soustav po zateplení budov
J.V.Ráž, Dis  

Projektování šetří teplo
Při koncipování tohoto příspěvku bylo nejtěžší rozhodnout co má obsahovat, aby na vymezené ploše poskytl dostatek informací, ale jejich rozsáhlostí příliš nenudil. V roce 2005 (dva roky před konáním konference na toto téma) bylo v souvislosti se zaváděním regulační techniky podle zák.č.406/2000 Sb. potřebné rychle určit koncepci řešení a vypracovat projekt na cca 1200 byt. jednotek v situaci, kdy v části zateplených objektů byla požadována výměna dožívajících otopných těles, ale ve většině ostatních objektů (zateplených i nezateplených) byla tělesa původní.
Mezi odborníky tehdy panoval názor, že při snížení tepelných ztrát zateplených objektů cca  na 50% se mají velikosti nových otopných těles zmenšit na polovinu, aby při zachování původních teplot (např. 90/70°C) mohly soustavy zateplených objektů pracovat společně s původními a všechny soustavy i sítě se mají znova hydraulicky vyvážit. Bylo poukazováno na to, že „tímto způsobem již bylo vyprojektováno mnoho případů“. Jiní se odvolávali na legislativu a „vyprojektovali mnoho případů s velikostmi otopných těles, dimenzováním a vyvažováním pro teplotní parametry 75/65°C, případně 75/60°C“. Jenže pojem „vyvažování pro volené teplotní parametry“ v sobě zahrnuje i nové seřízení radiátorové regulační techniky s novým přístupem do všech bytů, přičemž volené teplotní parametry limitují velikosti otopných ploch na novou úroveň a  přinášejí i jiná úskalí.

Bylo zřejmé, že existuje daleko efektivnější řešení, které v důsledcích bude znamenat historicky nejvyšší úspory tepla při vytápění budov a přitom nebude vyžadovat žádné změny seřízení regulační techniky, ani velikosti otopných těles, ale jejich původní velikosti bude naopak velmi efektivně využito.
Pod tlakem zadaného úkolu nebyl čas na širší konzultace s odborníky, kterých si vážíme a v rámci činnosti odborné sekce 12 – projektování a inženýrská činnost Společnosti pro techniku prostředí (předseda sekce Ing.V. Galád) byla proto „separovaně“ vypracována studie, ze které uvádíme některé výsledky.

 151,43% potřebného tepelného výkonu
 podle velikosti původních otopných těles

 100% = potřebný tep.výkon NEZATEPLENÉHO
 objektu,na který měla být původně projektována,
 seřizována a vyvažována otopná soustava.

Obr.1 Studie 2005 – část HSV – výsledky výpočtů tepelných ztrát.

Referenčním vzorkem byl panelový objekt VVÚ-ETA, 8NP, 24 b.j. s původní projektovou dokumentací z roku
1973. Aby výsledky porovnání vlivu zateplení objektu na požadovaný tepelný výkon soustavy byly korektní, musely být nejprve jednotnou metodou vypočteny tepelné ztráty v obou stavech, před zateplením a po zateplení objektu. Bylo k tomu použit velmi přesný software a hned první výsledky přinesly překvapení, které potvrzuje důležitost pečlivého projektování oboru vytápění pro dosažení úspor tepla.
            Z obr.1 je patrné, že původní projekt z roku 1973 požadoval pro vytápění objektu o 51,43% „více tepla“, než bylo v nezatepleném stavu objektu potřebné. Dále je zde patrné, že jen odstranění této nepřesnosti projektování mohlo od roku 1973 přinášet zdarma vyšší úspory tepla, než v roce 2005 provedené zateplení objektu v ceně 5 000 000,- Kč, s úsporami 48,48%.
Tento výsledek současně ukázal, že podklady pro návrh regulační techniky podle zák. č. 406/2000 Sb., kterými byly tepelné výkony stávajících otopných těles, ani zdaleka nemusejí být pro seřizování TRV a vyvažování soustav i sítí správné a zřejmě měly být počítány tepelné ztráty. Důležité bylo také poznání, že některé závěry, vyplývající z pouhého porovnání tepelně technických vlastností a tepelných odporů před zateplením a po zateplení stavebních konstrukcí, mohou být v odhadu skutečných úspor tepla značně vzdáleny realitě, protože nepostihují úroveň různých výkonových rezerv, kterými se původní projekty jistily.

V části ÚT studie 2005 bylo provedeno termohydraulické modelování původních teplotních parametrů, se kterými pracuje správně navržená soustava při původních tělesech (ST1) a s nově požadovaným tepelným výkonem, po eventuelním zmenšení těles a průtoků (ST2) ve stávajících průměrech potrubí (obr.2), čímž byl sledován vliv poklesu průtoků na koncové teploty teplonosné látky.

 

V rámci termohydraulických modelových výpočtů bylo
sledováno, jaký vliv na koncové teplotní parametry média
mají původní průtoky (Obr.2 ST1) a zmenšené průtoky
po zateplení objektu ve stávajících průměrech potrubí při
zmenšení otopných ploch na úroveň nově požadovaných
tepelných výkonů.
Obr.2 tak ukazuje tři provozní stavy otopné soustavy:

1)   Předpokládaný stav, se kterým jsou prováděny
klasické hydraulické výpočty v nezateplených objektech
s původními otopnými tělesy. Koncový bod:
Dtm = 90 - 70 = 20 K

2)   Skutečný stav, s jakým by měla pracovat správně
navržená soustava nezatepleného objektu s původními
otopnými tělesy v koncovém bodě (ST1):
Dtm = 83,81 - 74,52 = 9,29 K

3)   Skutečný stav, s jakým pracuje správně navržená
soustava zatepleného objektu se zmenšenými otopnými
tělesy v koncovém bodě (ST2):
Dtm = 81,75 - 76,26 = 5,49 K

Z porovnání hodnot ST1 a ST2 v řešeném příkladu
vyplývá vliv změny průtoků teplonosné látky v původních
průměrech potrubí na koncové teploty po zateplení
budov, při zmenšení otopných ploch.

Z porovnání hodnot vidíme, že legislativou určené
parametry (75/65), ani 75/60 správné nejsou a po
zateplení budov při zmenšených otopných plochách
v tomto případě nevyhovují.

Obr.2 Studie 2005 - část ÚT - teplotní parametry v koncových bodech.

Z obr.2 také vyplývá, že jakékoliv předdefinované (legislativou určené) teplotní parametry v žádném provozním stavu soustavy nevyhoví a zajištění požadovaného
přenosu tepla ke spotřebičům (klíčového pro pro správnou funkci a úspornost dynamické otopné soustavy aktivací teplotních čidel) vyžaduje termohydraulické řešení
s individuálními teplotními parametry a teplotními spády na prahu všech otopných těles. Termohydraulicky je proto potřebné dynamické soustavy vyvážit bez ohledu
na stav zateplení stavebních konstrukcí. Jde o základní podmínku správné a úsporné funkce jakékoliv dynamické soustavy.

Termohydraulické modelování bylo provedeno i pro snížení průtoků po zateplení řešeného objektu, v soustavě s původními tělesy (obr.3).

Obr.3 Studie 2005 - část ÚT - teplotní parametry s původními tělesy.

Enormní pokles koncových teplot v obr.3 v sobě zahrnuje i vliv automatického uzavírání průtoků termostatickými ventily, které při původních teplotních parametrech topné vody, nezmenšené otopné ploše a nižších tepelných ztrátách přerušují odběr energie potřebné pro dosažení stejné vnitřní teploty místnosti. Průměrné teplotní parametry se v tomto případě ustálily na hodnotách  63,11/39,9°C, které při původní velikosti otopné plochy v zatepleném objektu odpovídají ti = 20°C. Při velmi nízkém průtoku, dostačujícím u „nadměrných“ těles k dosažení ti = 20°C, se počáteční teplota topné vody 90°C mění převážně na tepelné ztráty v potrubních rozvodech. Mnohem závažnější však je, že při tomto provozním stavu není udržena střední teplota topné vody ve zdroji, soustava vybočí z režimu ekvitermní regulace a ve vzdálenějších bodech se tím prakticky zlikviduje účinnost kvalitativní regulace tepelného výkonu.

Úspory tepla po zateplení budov tedy potřebují zcela jiné úpravy otopných soustav a sítí, než hydraulické řešení a vyvažování se snižováním průtoku teplonosné látky a změnami velikostí otopných těles.

Úpravy soustav po zateplení objektů „hydraulicky“ řešit nelze a správným řešením jsou úpravy termické při zachování původních průtoků, jak později svými závěry  potvrdili i další významní odborníci, např. doc.Bašta, Ing.Valenta a jiní. Jedinou a bohužel málo zmiňovanou podmínkou je, že poměr původních tepelných výkonů otopných těles k původním tepelným ztrátám musí být jednotný a že soustava má vyřešen správný přenos tepla od zdroje ke spotřebičům, jako například ve všech termohydraulicky řešených projektech nebo rekonstrukcích soustav, případně po osazení TRV dle zák.č.406/2000 Sb., termohydraulickým řešením. Nutné termohydraulické řešení původního stavu může být přitom dodatečné.

Jednoduché řešení úprav tepelného výkonu při správném přenosu tepla u termohydraulicky řešených soustav
Termohydraulické osazení TRV má v ČR vyřešeno cca 5000 bytových jednotek, které po zateplení mohou ihned přejít na nejekonomičtější provoz soustav a sítí v historii vytápění, zavedením nízkoteplotních parametrů teplonosné látky. Soustavy, kde tímto způsobem řešeno osazení TRV nebylo přitom příležitost neztratily, protože regulační techniku lze pro podmínky správného přenosu tepla seřídit i dodatečně.

Princip termického řešení soustav a sítí se zajištěným přenosem tepla po zateplení objektů, lze ukázat na jednoduchém výpočtu, například pro těleso s exponentem 1,33 (princip řešení v praxi uplatněn v roce 2005):
Původní parametry 90/70/20/-12°C, P100% = 1221,26 W   Nové parametry 60,55/50,52/20/-12°C, P50% = 610,63 W

 Korigované parametry teplonosné látky  tp / tz / 20°C  po zateplení budov, při libovolné te°C a při zachování původních průtoků G = konst.
Tepelné ztráty Qc
%
po zateplení objektu
90 / 70 / 20°C
ex těles = 1,15
90 / 70 / 20°C
ex těles = 1,25
90 / 70 / 20°C
ex těles = 1,33
92,5 / 67,5 / 20°C
ex těles = 1,15
92,5 / 67,5 / 20°C
ex těles = 1,25
92,5 / 67,5 / 20°C
ex těles = 1,33
100 % 90,00 / 70,00 90,00 / 70,00 90,00 / 70,00 92,50 / 67,50 92,50 / 67,50 92,50 / 67,50
90 % 83,74 / 65,73 84,14 / 66,12 84,41 / 66,40 85,99 / 63,47 86,38 / 63,86 86,65 / 64,13
80 % 77,41 / 61,38 78,16 / 62,14 78,70 / 62,67 79,40 / 59,36 80,15 / 60,11 80,67 / 60,64
70 % 70,98 / 56,95 72,07 / 58,04 72,83 / 58,80 72,72 / 55,18 73,79 / 56,25 74,55 / 57,01
60 % 64,46 / 52,42 65,82 / 53,79 66,80 / 54,76 65,94 / 50,89 67,29 / 52,25 68,25 / 53,21
50 % 57,81 / 47,77 59,40 / 49,37 60,55 / 50,52 59,03 / 46,49 60,61 / 48,07 61,75 / 49,21
40 % 51,01 / 42,98 52,76 / 44,73 54,04 / 46,01 51,98 / 41,95 53,72 / 43,68 54,99 / 44,95
30 % 44,02 / 38,00 45,83 / 39,81 47,18 / 41,15 44,75 / 37,21 46,54 / 39,01 47,87 / 40,34
20 % 36,77 / 32,75 38,49 / 34,48 39,81 / 35,79 37,24 / 32,22 38,95 / 33,93 40,26 / 35,24
10 % 29,07 / 27,06 30,46 / 28,45 31,56 / 29,55 29,30 / 26,79 30,68 / 28,17 31,77 / 29,26

 te°C je libovolná vnější výpočtová teplota soustavy

               ORIGINAL=CRA=SOFTWARE copyright 2005

Nové teplotní parametry po zateplení budov cca
od roku 2007 publikují i další autoři. Výsledky
mají matematicky správné, ale neupozorňují na
nebezpečí aplikace nových parametrů tam, kde
otopné soustavy původně termohydraulicky řešeny nebyly. Nové parametry totiž platí pouze
v případě, že průtoky při původních parametrech
zajišťovaly správné přenosy tepla ke všem
otopným tělesům - a to původní klasické řešení
nezajišťuje !

Tab.1  Korigované teplotní parametry po zateplení budov při zachování původních hydraulických poměrů.

Korigované teplotní parametry teplonosné látky mohou zajistit libovolné požadavky na tepelný výkon soustav a přenosový výkon sítí, ale původní průtoky musejí s jistotou zajišťovat původní tepelný výkon, takže musejí být též korigované, tj. určené termohydraulickým řešením.
Protože tyto, i jinými odborníky uvedené, korigované teplotní parametry topné vody platí na prahu otopných těles a nikoliv v bodě směšování kvalitativní regulace, je potřebné navíc k uvedeným hodnotám přidat vliv ochlazení na trase od směšování ke spotřebičům, jak to řeší termohydraulika.

Optimalizované teplotní parametry po zateplení budov jsou nízkoteplotní
Po zateplení budov jsme ponecháním stávajících těles získali „přebytek“ otopných ploch zdarma, jejich snížený výkon můžeme při zachování původních termohydraulicky určených průtoků i původního seřízení regulační techniky, zajistit mnohem nižšími teplotami vody a začíná novověk úspor tepla ve vytápění.

Kromě výhod, které jsme popsali v minulých dílech seriálu, přistupují další.
1)    Veškeré tepelné ztráty vnitřních i vnějších potrubních sítí klesnou přibližně na polovinu.
2)    Sníží se hlučnost vyvolávaná  tepelnou dilatací potrubí a uvolňováním plynů za kuželkami armatur.
3)    Sníženým dilatačním namáháním materiálů se až dvojnásobně prodlouží životnost soustav a sítí.
4)    Sjednocení nízkoteplotních parametrů pro konvekční,podlahové i další vytápění rozšíří možnosti řešení.
5)    Nízké teploty umožní používání nových materiálů a provoz multivalentních systémů.
6)    Sníží se zavzdušňování soustav a klesnou náklady na izolace i zabezpečovací zařízení.
7)    Termohydraulické řešení přibližuje účinnost kombinované regulace vytápění k hodnotě 100%.
8)    Pro dodavatele tepla klesnou náklady na jeho výrobu a distribuci.
9)    Pro spotřebitele tepla klesnou náklady využitím tepelných zisků a zvýší se uživatelský komfort,
10)  Aktivní úspory tepla regulační technikou v úrovni tepelných zisků přinášejí dalších 25 – 30% úspor
      při zachování původní vnitřní teploty zdarma, protože jsou jen výsledkem odlišného projektování.

V boji o úspory tepla dnes obor vytápění běžně pracuje s parametry, které jsme v „éře hydrauliky nebo hydroniky“ nedokázali určit a využít. Modelové výpočty, praktické aplikace i měření prokázaly, že pracovní parametry dynamických soustav nejsou naší „volbou“, jak tomu v éře hydrauliky bylo u soustav statických, ale musejí být optimalizovány. Může to být provedeno již na prahu zdroje tepla.

Nové řešení oboru ukázalo, že nedostatečné úspory tepla regulační technikou a většina funkčních problémů vytápění v současnosti, není nějakou „záhadnou vlastností dynamických soustav vyplývající z někdejšího vídeňského experimentu“, ale že je důsledkem nevhodných způsobů projektování, které byly vhodné pro soustavy jiného druhu, tedy pro soustavy statické.

Dnešní obor vytápění pracovní parametry nevolí, ale optimalizuje. Nevychází z předpokladů přenosu tepla a z neřešených účinků tepelného působení soustav na průtoky, ale řeší je. Nechápe soustavu jako „hydraulickou“, oddělenou od vytápěného prostředí, ale řeší interakce a sdílení tepla mezi soustavou a vytápěným i venkovním prostředím, takže se výsledky výrazně liší od klasického projektování.

Budoucnost je proto více než optimistická a obor vytápění svou očekávanou úlohu v oblasti ekonomiky a enviromentální strategie úspor tepelné energie splnil již dnes. 

Obr.4 Úprava teplotních parametrů topné vody v zatepleném objektu.

V závěrečném XII. dílu ukážeme přínos termohydrauliky pro řešení vnějších sítí.

Podklady
Galád, Ráž – STP, Komplexní studie zateplování budov, část ÚT – 2005.
Galád, Ráž – SW Superdim ATHG – modelování provozních stavů a optimalizace parametrů.

XII. díl - Přínos TH pro vyvažování soustav a sítí

 Všechny otopné soustavy potřebují jednoduché termohydraulické úpravy, aby mohly pracovat skutečně ekonomicky.