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
XII. díl - Přínos Termohydrauliky pro vyvažování soustav a sítí

J.V.Ráž, Dis.

Vyvažování je založeno na poznatku, který byl v praxi využíván mnohem dříve, než se zásluhou Roberta Petitjeana stal základem teorie hydraulického vyvažování soustav a sítí. Při změně hnací síly na počátku rozvodné sítě se poměrné rozdělení proudů uvnitř vyvažovaného okruhu nezmění, což je pravda.
Budou-li tedy tlakové ztráty tlakově chráněných okruhů ošetřeny převážně na vyvažovacích armaturách instalovaných na počátku, nemůže se změnou počátečního diferenčního tlaku „Dpa“ průtok v chráněných okruzích příliš měnit a skupiny TRV v chráněných okruzích nemohou být příliš negativně ovlivňovány funkcí TRV v ostatních částech soustavy. Realizace celé teorie hydraulického vyvažování je pak založena na předpokladu, že požadavek na korekce průtoků hydraulickým vyvažováním je dán rozdílem naměřených hodnot a hodnot, požadovaných projektem. Na přímo položenou otázku „čím zajistí vyvážení okruhů otopných těles uvnitř chráněného okruhu“ Petitjean odpověděl jak nejlépe mohl, že „to je předmětem řešení projektu“ – a opět měl pravdu.

Kdybychom vše chtěli úsměvně odlehčit, mohli bychom z oblasti kvantové fyziky použít příměr Heisenbergovy relace neurčitosti: Čím přesněji změříme hodnotu nějaké veličiny, tím méně přesně můžeme změřit hodnotu veličiny, s ní související. Řečeno srozumitelně – měřením toho moc nenaděláme, tím méně pak porovnáním naměřených hodnot s „chybnou předlohou“. Naměřené hodnoty jsou ovlivněny řadou nepostižitelných faktorů (proto „hydraulická teorie“ po dlouhém přešlapování nakonec nesmyslně doporučila vyvažovat dynamické soustavy při sejmutých hlavicích, čímž jen dokázala nevyjasněnost své koncepce, protože tím vyvažovala soustavu statickou a nikoliv dynamickou) a předloha nám předkládá chybné průtoky teplonosné látky.

Jakých chyb se klasické vyvažování „porovnáním s předlohou“ dopouští, si ukažme na příkladu vyvážení kritické stoupačky z článku „Termohydraulika pro 21. století – porovnání výsledků“. V minulých příspěvcích jsme si ukázali, že správná aktivace teplotních čidel TRV je v dynamických soustavách podmínkou dosažení a udržení projektovaných průtoků a úspor tepla při požadované vnitřní teplotě místností. Právě kvůli tomuto „dosažení a udržení průtoků i vnitřní teploty při úsporách tepla“ instalujeme cenově nákladnou vyvažovací a regulační techniku na patách stoupacích větví i objektů a podívejte se s námi  na porovnání výsledků tohoto „snažení“, které nenajdeme v žádných skriptech, v žádné světové literatuře, ani neuslyšíme na žádné odborné, tím méně pak komerční přednášce. Nejde přitom o kritiku, ale  musíme znova opakovat, že jde o úspory tepla, kterých klasickým projektováním v posledních třiceti letech stále nedosahujeme.

 

V levé části obr.1 jsou pod bodem a) uvedeny hodnoty vyvážení a návrhu
regulátoru diferenčního tlaku podle předlohy, kterou je klasický projekt,
požadující vyvážení stoupací větve na průtok 257,39 kg/h. Podle této
předlohy vychází RDT DN 20, s doplňkovým ventilem ASV-I DN 20,
nastaveným na N = 1,30.
Na patě objektu s 10-ti stoupačkami vychází STAD DN 40, N = 1,91.

Pod bodem b) jsou uvedeny hodnoty vyvážení a návrhu regulátoru
diferenčního tlaku podle předlohy, garantující úspory tepla z tepelných
zisků správnou aktivací teplotních čidel TRV. Podle této
předlohy vychází RDT DN 25, s doplňkovým ventilem ASV-I DN 25,
nastaveným na N = 2,70.
Na patě objektu s 10-ti stoupačkami vychází STAD DN 40, N = 3,20.

Ano, v  běžných případech se objekty neskládají ze samých „kritických stoupaček“ a rozdíly jsou pochopitelně o něco menší. Nicméně pro demonstraci vlivu „předlohy“ na úspěšnost vyvažování je příklad vhodný  a dokládá, že klasicky projektované soustavy a sítě jsou vyvažovány chybně a vyvažováním jsou v nich stabilizovány fyzikálně chybné pracovní podmínky.
Známý Lorentzův princip praví, že v uzavřených dynamických soustavách
mohou i malé příčiny vyvolat velké následky, tak je nevyvolávejme.

Požadovaných hydraulických poměrů vyvažováním na prahu objektu se v tomto příkladu sice ještě dosáhne instalovanou vyvažovací armaturou STAD (i když při jejím zcela jiném seřízení), ale klasickým projektováním navrženými regulátory diferenčního tlaku na patách stoupacích větví, už nikoliv. Příklad dobře demonstruje, jak hydraulické vyvažování – jako dodatečná metoda zajištění hydraulických poměrů – neuspěje, protože vyvažovací prvky jsou již nainstalovány a jsou navrženy chybně. Z toho je evidentní, že zajištění správných hydraulických podmínek, včetně hydraulického vyvážení i ostatních podmínek správné funkce a ekonomického provozu vytápění, je nutné vyřešit v rámci projektu a nikoliv „dodatečnými metodami“, ať už by byly jakékoliv. Vytápění prostě není obor, jehož ekonomickou funkci by bylo možné nějak odhadnout (případně nevyprojektovat) a pak „nějak doladit“. Vytápění projektovat musíme.

Investoři mají právo na dílo s garantovanými funkčními a ekonomickými parametry, dodavatelé tepla mají právo na správné podklady z projektů budov pro plánování rozvodných sítí a spotřebitelé tepla mají právo na ekonomické využití tepla pro vytápění. Tato přirozená práva musíme řešením oboru vytápění naplnit i za cenu, že projektování „už nebude tak jednoduché“. Musíme pochopit, že úspory tepla zadarmo nejsou a stojí nás zvýšené pracovní úsilí. Všichni takové úsilí vynakládáme, ale často jen v oblastech, kterými úspor tepla dosáhnout opravdu nelze. Kdybychom desetinu tohoto úsilí a nákladů využili na správném místě, byl by problém dávno vyřešen. Pojďme toto naše úsilí soustředit do oblasti projektování oboru, které je k dosažení donekonečna diskutovaného cíle úspor tepla jediným plodným prostředkem.
Astronomické částky, investované do výzkumu, vývoje a celosvětové výroby regulační techniky, nám v minulých třiceti letech ze 40% tepelných zisků přinesly
pouhých 10 - 15% úspor. ... Těchto 30 let je dostatečně dlouhá doba k pochopení, že astronomické investice do něčeho, co je následně projektováno nesprávně,
jsou nedobře vložené peníze. Prof. Esdorn a A. Ritter to kdysi věděli také a proto se snažili o vyřešení toho, co můžeme řešit až dnes.

Dnes máme k dosažení společného cíle prostředky i zkušenosti, včetně sjednocující metody řešení. Aplikační software se překotně rozvíjel současně s touto metodou, slouží k navrhování, k vývoji, k výzkumu, ale zatím nebyl ošetřen pro použití nezasvěceným uživatelem. Jeho správné aplikace proto vyžadují hlubší dílčí znalosti, které od běžného uživatele nelze požadovat, zvláště v případě naprosté odlišnosti od hydraulického řešení oboru, i když vstupní data jsou prakticky shodná. Tím odpovídáme na občasnou kritiku, že „neumožňujeme jeho masové rozšíření a stále cosi utajujeme“. Věci se mají jinak. Že nic netajíme a dělíme se o zkušenosti, dokazujeme tímto seriálem. Software plní všechny požadavky našeho pracovního týmu  a dokonale naplňuje potřeby investorů v rámci projektové a vývojové činnosti. Náš pracovní tým však zatím nemůže do jeho úprav pro veřejné použití investovat finance a proto software zůstává v původní „vědecké podobě“.
Lze tedy nabízet služby ve formě jeho výstupů, ale zatím nikoliv vlastní software, i když to v budoucnu zamýšlíme buď na našem, nebo na zahraničním trhu.

Termohydraulické řešení a vyvažování vnějších sítí
Samo o sobě je řešení a vyvažování vnějších sítí mnohem jednodušší než řešení vlastních soustav, protože k němu stačí výpočet ochlazení teplonosné látky a náhrada úbytku tepelné energie korigovanými průtoky. Pojem „jednoduchosti“ se však rozplyne v okamžiku kdy si uvědomíme, že s korigovanými průtoky musejí pracovat i připojené objekty, jinak řečeno – například teplotní parametry 90/70°C na počátku sítě, již neplatí v bodě připojení konkrétního objektu. Ale platí zde jednoduché pravidlo: Podobně jako v hydraulickém řešení lze upravovat hydraulické poměry na počátku sítě při zachování poměrného zásobování uvnitř hydraulicky vyvážené sítě, v termohydraulickém řešení lze upravovat teplotní poměry na počátku sítě při zachování poměrného zásobování uvnitř termohydraulicky vyvážené sítě. To znamená, že vnější sítě termohydraulicky řešených otopných soustav jsou již připraveny k libovolným změnám přenášených tepelných výkonů úpravami teplotních parametrů na svém počátku, při zachování termohydraulicky určených průtoků. Co bylo právě řečeno, je počátkem historicky nejvyšších úspor při přenosu tepla rozvodnými sítěmi, ale ještě dříve vysvětleme mýtus „všemocnosti inteligentní regulace“.

Aby dodavatelé tepla mohli provozovat primární a sekundární rozvodné sítě ekonomicky, se zajištěnou nejvyšší účinností centrální regulace a s nejnižšími teplotními parametry na počátku, při nejnižších tepelných ztrátách, potřebují všechny tyto hodnoty znát předem. Problém je přitom stejný, jako na obr.1 a ani ta „nejinteligentnější“ regulace si s ekonomikou provozu neporadí, nebude-li předem znát parametry ekonomického provozu a nebudou-li vyvažovací prvky navrženy správně.
Takové hodnoty nelze zjistit klasickým „snímáním parametrů čidly“, protože snímaným parametrům chybí vypovídací hodnota. Například nedostatečná teplota na konci rozvodné sítě může být stejně dobře důsledkem nedostatečného průtoku, jako porušení izolace, jejího navlhnutí nebo nedostatečné teploty na počátku rozvodné sítě a „inteligentní“ regulace nedokáže příčiny snímaných důsledků správně rozlišit.
Každá regulace vychází z porovnání okamžité snímané hodnoty s požadovanou hodnotou a fyzikálně správnou požadovanou hodnotu, nezatíženou vedlejšími vlivy, jí může poskytnout jedině projekt. Představa, že nákladná „inteligentní“ regulace sama o sobě vyřeší funkci a ekonomiku vytápění, je prostě fyzikálně nepodložený a možná záměrně komerčně šířený mýtus, stejně jako manipulace s hlavicemi TRV.

„Inteligentní“ regulace „předlohu“ fyzikálně správných hodnot znát potřebuje a dokonce musí. Projektování dnes pokročilo a výchozí bod regulačních procesů (set point) i fyzikálně správný průběh řídicích a řízených veličin, je schopno „inteligentní“ regulaci poskytnout. Tím projektování „inteligentní“ regulaci umožňuje, aby ekonomické vytápění v praxi skutečně zajistila a zkrátila svou ekonomickou návratnost zvýšením úspor tepla.

Vnější sítě před zateplením a po zateplení budov
V minulých příspěvcích jsme ukázali, že termohydraulika optimalizuje teplotní parametry teplonosné látky. V dnešním příspěvku přistupuje poznatek, že je-li síť již jednou termohydraulicky vyvážena, mohou být libovolné požadavky na poměrnou změnu přenášeného tepelného výkonu řešeny již pouze úpravou teplotních parametrů na počátku sítě a původní termohydraulické vyvážení přitom zůstane zachováno.

Klasik  196 kW           194 kW           191 kW          186 kW

Hdif = 58 kPa

TH      200 kW            200 kW           200 kW          200 kW

Hdif = 58 kPa, tepelné ztráty 32,69 kW = 246,83 GJ/rok = 59239,- Kč/rok

TH      100 kW             100 kW           100 kW          100 kW

Hdif = 58 kPa, tepelné ztráta 19,53 kW = 147,66 GJ/rok = 35436,- Kč/rok

Obr.2 Klasické a termohydraulické vyvážení sítě

a)   Klasické vyvážení rozvodné sítě před zateplením objektů
Provedení hydraulických výpočtů tlakových ztrát a seřízení vyvažovacích armatur při konstantních teplotních parametrech bývá příčinou nedotápění koncových bodů sítí.
Vyvážením sítě s klasicky určenými průtoky jsou chybné hydraulické poměry v rozvodné síti stabilizovány a je výrazně snížena možnost , funkcí TRV kompenzovat tepelný deficit. Pro řádné vytápění koncových bodů bývá v praxi nutné zvýšit výstupní teplotu ze zdroje tepla a celou síť provozovat s vyššími tepelnými ztrátami.

b)   Termohydraulické vyvážení sítě před zateplením objektů
Před zateplením objektů je vyvážením TH dosaženo správné funkce vytápění ve všech bodech rozvodné sítě a síť je současně připravena na nejekonomičtější přenos tepla po zateplení objektů, bez dalšího vyvažování.
Vyvážení TH je nejen podmínkou správného ekonomického provozu sítě. Mělo by proto být provedeno u všech stávajících sítí. Protože je vztaženo k původním požadavkům na přenášený tepelný výkon, okamžitý podíl zateplených objektů při něm nerozhoduje. Jde o základní přiřazení hydraulických poměrů k požadovanému přenosu tepla, s vyloučením poruch a zkratových průtoků.

c)   TH - optimalizace teplotních parametrů po zateplení objektů
Termohydraulicky vyvážená síť podle bodu b) po zateplení objektů již nevyžaduje žádné hydraulické úpravy a nových hodnot přenosu tepelného výkonu je dosaženo úpravou teplotních parametrů na počátku sítě, tj. pouhou změnou otopové křivky.
TH vyvážením lze respektovat individuální i jednotné požadavky na úpravu tepelného výkonu.
Na obr.2 c) je uveden příklad centrální úpravy  při snížení tepelných ztrát budov zateplením na 50% (běžný vliv zateplení konstrukcí).

Orientační porovnání centrální a lokální optimalizace teplotních parametrů po zateplení budov
Teplotní parametry lze po zateplení budov optimalizovat buď centrálně (obr.2), nebo lokálně, samostatnými směšovacími okruhy kvalitativní subregulace v objektech.

1)            Centrální optimalizace parametrů na počátku sítě (dle obr.2):
Úspory nákladů na tepelné ztráty sítě 59239 – 35436 = 23803,- Kč/rok
Vyvolané náklady při správném osazení sítě regulačními prvky 0,- Kč
Cena termohydraulického vyvážení 4 x 3000 = 12000,- Kč
Návratnost investice za TH vyvážení a přechod na provoz po zateplení 12000/23803 = 0,5 roku = 6 měsíců.
Montážní podmínky – bez zásahů v objektech.

2)            Optimalizace parametrů směšováním v objektech:
Úspory nákladů na tepelné ztráty sítě při zachování parametrů 90/70°C = 0,- Kč/rok
Vyvolané náklady cca 4 x 90000 = 360000,- Kč
Cena termohydraulického vyvážení na primární straně směšování 4 x 3000 = 12000,- Kč
Cena návrhu směšovacích okruhů (vč. čerpadel, armatur a seřízení) 4 x 3000 = 12000,- Kč
Cena celkem cca 384000,- Kč
Návratnost investice při původních primárních parametrech 90/70°C nikdy.
Návratnost investice při dodatečně snížených primárních parametrech 384000/23803 = 16,13 roků.
Montážní podmínky – instalace směšovacích okruhů v objektech.

Termohydraulika pro každého
Před léty vstoupila do oboru tiše, nepublikována, aby shromáždila dostatek zkušeností z reálného provozu soustav. Dnes využívá výhod termohydrauliky více než
5000 spokojených uživatelů, kteří mají otopné soustavy připravené k okamžitému zavedení nízkoteplotních parametrů po zateplení budov.
Až se po přečtení tohoto seriálu setkáte s inzerovanými tvrzeními, že "ten či onen systém vytápění vám přinese více úspor tepla než ostatní, nebo že vyvažováním
a nákladnou technikou si úspory tepla zaručeně zajistíte", už budete vědět, že klasickým vyprojektováním takového zařízení magickou hranici 15% úspor tepla 
zřejmě nepřekročíte, protože by to odporovalo fyzikálním zákonům a základním principům regulace tepelného výkonu průtokem. Už budete vědět, že otopné 
soustavy nejsou hydraulické, že obor vytápění potřebuje regulovat teplo a nikoliv průtok a že termické otopné soustavy vyžadují termohydraulické řešení místo 
hydraulického.
Už budete vědět, že přesné výpočty se v našem oboru  neprovádějí kvůli tomu, aby „otopná tělesa vůbec hřála“, ale kvůli ekonomice provozu vytápění, kvůli účinné funkci regulační techniky a kvůli vašim úsporám tepla. Budete vědět, že ti kdo přesné "topenářské výpočty" degradují, zkrátka vůbec nic nepochopili, protože se nedokázali odpoutat od svého jednoduchého "hydraulického myšlení" a pochopitelně v něm chtějí setrvat.

Především budete ale vědět, že termohydraulické řešení s plnými úsporami tepla v úrovni tepelných zisků existuje a je dostupné každému.

Slovo na závěr

Čtenářům, kteří se v našem seriálu dočetli až sem, děkujeme za pozornost. Děkujeme i všem, kteří přispěli k tomu, aby mohl alespoň rámcově informovat o možnostech aktivních úspor tepla pro současnost i budoucnost. Mnozí čtenáři si možná ani neuvědomili, že k němu vlastně přispěli také, protože bez jejich poctivé práce, zkušeností a odborných znalostí, by vývoj v oboru vytápění nebyl možný. Pokud jsme byli kritičtí, nesměřovala tato kritika k lidem, ale ke klasickým (hydraulickým) metodám projektování oboru, jejichž nevhodnost pro projektování dynamických otopných soustav byla termohydraulikou, měřením i zkušenostmi z praktického provozu vytápění, prokázána. Obor dnes disponuje novou metodou, která fyzikální zákonitosti vytápění řeší a její výsledky jsou k dispozici nám všem. Zateplováním budov ušetříme cca 50% energie na vytápění a klasickou (hydraulickou) metodou projektování přitom ze 40% tepelných zisků umíme vytěžit jen cca
10 - 15% úspor tepla. Nyní existuje termohydraulická metoda, kterou lze zdarma (pouze jiným seřízením regulační techniky) získat chybějících 25 - 30% 
AKTIVNÍCH ÚSPOR TEPLA regulační technikou a přiřadit je k pasivním úsporám tepla. Nové seřízení regulační techniky lze přitom zajistit i dodatečně, u všech 
stávajících otopných soustav. Tato informace byla i motivem našeho seriálu.

Zvláštní poděkovaní za možnost uveřejnění zkrácené verze TH patří prof. K. Kabelemu, Ing J. Baštovi, Ph.D.  a odborným pracovníkům portálu TZB-info.

Seriál na našem webu nekončí a v dohledné době zde najdete jeho pokračování, aby byl přístupný veřejnosti v celistvé formě.

 XIII. díl - Proč se vůbec dynamické soustavy projektují ?

 Hydraulickým vyvažováním jsme v soustavách a sítích stabilizovali chybné průtoky. Je potřebné to napravit.