Vyregulovanie vykurovania (ÚK)

O tom, či hydraulicky vyregulovať alebo nevyregulovať vykurovaciu sústavu v bytových domoch prebehlo mnoho zásadných diskusií a dohovorov medzi odborníkmi z oblasti tepelnej energetiky, nielen na národnej úrovni, ale aj v medzinárodnom merítku. Úspora o.i. aj tepelnej energie nie je, ako by si mnohí z nás priali, len záležitosťou jednotlivca, ale našťastie je to celospoločenský a celoeurópsky záujem, pokiaľ sa zameriavame len na EÚ a jej energetické opatrenia Európa 2020.

O tomto a mnohom inom pojednáva aj Dokument obnovy fondu bytových a nebytových budov v Slovenskej republike, ktorého vypracovanie vzniklo z požiadavky zo smernice Európskeho parlamentu a Rady 2012/27/EÚ z 25. októbra 2012 o energetickej efektívnosti a tieto požiadavky boli prenesené aj do národnej legislatívy a to zákonom č. 321/2014 Z.z. a mnohými ďalšími legislatívnymi normami, ktoré túto problematiku upresňujú a zákonne presadzujú.

Hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy bytových budov, či budov štátneho aj súkromného sektoru rôzneho charakteru využitia je len malým zrnkom piesku v mori týchto energetických problémov súčasnej spoločnosti a patrí jednoznačne do sféry v ktorej je potrebné mnoho naprávať a prestavať tak, aby toto malé koliesko vo veľkom mechanizme energetických opatrení prispelo značnou mierou k úspore energií.

Keď sa zameriame len na bytové domy, zistíme, že v týchto objektoch je neskutočná hierarchia regulácie, nespočetné množstvo použitých systémov vyregulovania vykurovania a hlavne vyregulovanie, ktoré sa síce realizovalo za čias dávnych a vtedy spĺňalo určité normatívne požiadavky, ale v súčasnej dobe a za roky používania tieto systémy sú zastarané, v mnohých prípadoch svojou prevádzkou aj nefunkčné, alebo funkčne obmedzené a to nielen armatúry ale aj samotné rozvody vykurovania.

V súčasnosti sú bytové domy, aj tie po zateplení, vybavené termoreguláciou na spotrebičoch, avšak toto samotné dosahuje maximálne 5% úspory z celkových nákladov na tepelnú energiu bytového domu. Päty stúpacích potrubí vykurovania sú vybavené regulátormi prietoku, tzv. reguláciou prietokom a na vstupe vykurovania do BD sa málokde vyskytuje regulátor diferenčného tlaku, ale len prepúšťacie ventily, ktoré majú zabezpečiť prepúšťanie vykurovacieho média medzi prívodným a vratným vedením ÚK dostatočný prietok a diferenčný tlak v systéme pokiaľ dochádza k uzatváraniu, či otváraniu termoregulačných armatúr na spotrebičoch.

Táto základná regulácia však narazí na nedostatky ako náhle je bytový dom zateplený a zrazu sa v systéme hlučne prihlási zvýšený tlak v systéme, šum vo vykurovacích telesách, pískanie na termoregulačných armatúrach. Nevyhovuje na novo nastavený prietok na pätách stúpačiek, odstránenie tejto poruchy nezabezpečí ani zníženie teplotného spádu a preregulovanie ventilovej vložky na spotrebiči a poruchu systému je potrebné prácne diagnostikovať čo v mnohých prípadoch pomôže odstrániť tak na 50%.

Preto sa teraz budeme zaoberať rozdielom medzi jestvujúcimi regulačnými armatúrami zabudovanými vo väčšine našich bytových domoch, tzv. regulátormi na konštantný prietok (napr. Heimeier Strato R, alebo HERZ Stromax GM), oproti armatúram, ktoré sú po významnej obnove bytového domu odporúčané zabudovať do vykurovacieho systému vzhľadom na ich schopnosť regulácie aj pri nízkom prietoku stúpačkou, resp. zmenou (znížením) teplotného spádu vykurovania objektu a v neposlednej rade bezproblémovým zabezpečením stabilného diferenčného tlaku na každej päte stúpacieho potrubia, čo predstavujú tieto regulátory diferenčného tlaku.

V sústave s reguláciou prietokom je osadený regulačný ventil (regulátor prietoku) navrhnutý tak, aby jeho tlaková strata bola minimálne rovná tlakovej strate spotrebičov pri menovitom prietoku a bolo dosiahnuté rozdelenie prietokov podľa výpočtov projektanta. V takýchto sústavách s konštantne nastaveným prietokom sa vyskytujú problémy s podprietokom a objavujú v zásade pri vysokých zaťaženiach systému ÚK.

Vyvážením sústavy s dvojcestnými regulačnými ventilmi na odberných miestach dochádza k dojmu, že regulačné ventily sú navrhnuté na požadovaný prietok a hydraulické vyváženie by preto malo byť dosiahnuté automaticky. Avšak po dôkladnom prepočte (napr. po zateplení BD) zistíme, že osadené prietokovo regulačné armatúry sú predimenzované a že vyrábané ventily s nanovo vypočítanou kvs hodnotou nie sú dostupné, alebo sú príliš drahé. Poruchy systému sa preto vyskytujú hlavne v prechodnom období vykurovacom období (jeseň, jar) a predovšetkým pri nábehu z útlmu, resp. pri útlme z riadneho prevádzkového režimu, alebo keď niektoré časti vykurovacieho systému boli poddimenzované.

Čerpadlá s premenlivými otáčkami neriešia tento problém, pretože všetky prietoky sa menia proporcionálne v závislosti na zmene dopravnej výšky čerpadla. V systéme v ktorom sú osadené preregulované armatúry na pätách stúpačiek, tieto sú pôvodné a predimenzované a tu dochádza k nadprietokom v celej sústave ÚK, čo má za následok to, že síce môžeme dosahovať vyššie teploty vzduchu vo vykurovanom priestore, avšak má tento stav minimálny vplyv na dosiahnutie výrazných úspor a v konečnom dôsledku je potieraná spravodlivosť v spotrebe tepla, teda spravodlivé rozpočítanie nákladov na dodané teplo na vykurovanie.

Pri čiastočných odberoch, keď niektoré termoregulačné ventily uzatvárajú môže dispozičný tlak iba narastať.

Pokiaľ je v objekte zabezpečené meranie spotreby tepla nielen na päte objektu, ale aj na jednotlivých spotrebičoch, vlastníci / nájomníci sú motivovaní škrtiť prietok na vykurovacích telesách a tým dosahovať úspory. V takomto spôsobe šetrenia dochádza k poklesu prietoku vykurovacou sústavou až do takej miery, že v bytovom dome prestane fungovať regulácia diferenčného tlaku osadená na vstupe do objektu, začne sa prejavovať šum v systéme a pískanie na termostatických ventiloch.

Samozrejme keď dôjde k zatepleniu objektu a následne zníženiu požiadaviek na odber tepla, projektant napočíta nové nastavenia na termoregulačných armatúrach na spotrebičoch a súčasne prehodnotí a prepočíta nastavenie regulátora tlakovej diferencie na vstupe do objektu, resp. hodnoty prepúšťacích ventilov, avšak len do tej miery pokiaľ je to možné na týchto armatúrach skutočne vykonať, čo v mnohých prípadoch nie je možné vzhľadom na ich proporčné vlastnosti a návrh podľa pôvodne nadimenzovanej potreby tepla pre bytový dom.

Pri významnej obnove bytového domu, do ktorej jednoznačne patrí aj zateplenie objektu je rozhodujúce aj konečné zatriedenie takéhoto objektu do triedy energetickej hospodárnosti budov (EHB), ktorú vykonáva autorizovaná osoba. Toto zatriedenie významne ovplyvňuje aj samotná spotreba tepla na vykurovanie a prípravu teplej pitnej vody.

Zatriedenie do vyššej skupiny EHB si skutočne vyžaduje aj nákladnejšiu úpravu a z dlhodobého úsporného hľadiska podstatný zásah do vyregulovania jestvujúceho systému vykurovania. Síce s vyššími vstupnými nákladmi, ale z dlhodobého hľadiska je to riešenie ktoré je najoptimálnejšie a v konečnom dôsledku prináša aj výrazné úspory v platbách za dodané teplo a teplo na prípravu teplej ohriatej vody.

Jednou z možností zabezpečenia stabilizácie diferenčného tlaku v sústave je použitie regulátorov diferenčného tlaku. Sú založené na princípe obmedzovania (škrtenia) nadbytočného tlaku pri čiastočnom uzavretí dvojcestných regulačných ventilov a tým preberajú ich zvýšenú tlakovú stratu (s výhradami ich možno všeobecne prirovnať k redukčným ventilom). Z podstaty svojej funkcie tak podporujú riadne vychladnutie spiatočky a súčasne ich použitie v kombinácii s frekvenčne riadenými čerpadlami prináša zásadné úspory čerpacej práce (mení sa prietokové množstvo sústavou). Všeobecne možno povedať, že sú drahšie než pružinové prepúšťacie ventily, jednak vďaka zložitejšej konštrukcii (membrána, tlakovo vyvážená kuželka, tlakové odbery a pod.), jednak sa musia na rozdiel od prepúšťacích ventilov navrhovať na celkový prietok (väčšie svetlosti). Umiestňujú sa buď na päty stúpačiek (z technického hľadiska lepšie riešenie), alebo na pätu objektu (lacnejšie riešenie).

V prípadoch, kedy sa na stabilizáciu tlakových pomerov vykurovacej sústavy použili prepúšťacie ventily, je potrebné tieto demontovať a nahradiť regulátormi diferenčného tlaku na každej päte stúpačky vykurovania.

V prospech regulátora diferenčného tlaku hovorí aj skutočnosť, že pokiaľ je tento správne nastavený, môže plniť funkciu obmedzovača prietoku, ktorý zabezpečí, aby sa pri meniacich tlakových pomeroch vykurovacej sústavy nedochádzalo k neželanému zvýšenému prietoku vykurovacej vody, zároveň pri uzatváraní termoregulačných armatúr na spotrebičoch, tento regulátor tlakovej diferencie rozpozná meniaci sa stav tlaku systému a svojou dômyselnou konštrukciou nedopustí neželaný prietok do objektu, resp. stúpacieho potrubia. Nemalým problémom pri vyregulovaní regulátormi prietoku – prepúšťacími armatúrami je fakt, že pokiaľ sa vykonáva v niektorom z vykurovaných priestorov úprava/výmena vykurovacieho telesa, je potrebné stúpačku vypustiť, regulačnú armatúru odplombovať a uzavrieť. V 100% prípadoch inštalatér, alebo osoba zasahujúca do tohto regulačného ventilu už nikdy nenastaví tento regulačný ventil na hodnotu, ktorá tam pôvodne nastavená bola. Toto je tiež jeden z dôvodov, ktorý výrazne ovplyvňuje systém vykurovania v bytovom dome a dochádza k už spomenutým poruchám a k hlučnej prevádzke.

Vyregulovanie teplej vody (TÚV)

Teplá voda ako energetické médium predstavuje v obytných domoch, rodinných domoch a objektoch na bývanie nemalú položku, ktorá pri nesprávnom návrhu, alebo prevádzkovaní predstavuje pri súčasných cenových reláciách neraz rovnakú, niekedy aj vyššiu cenu ako príprava tepla pre vykurovanie. Vo všeobecnosti platí, že zdroj teplej vody by mal byť čo najbližšie k miestu odberu. Pritom systémy s cirkuláciou sú energeticky nevýhodné, napriek tomu sa navrhujú pre zabezpečenie komfortu a pohotovosti odberu teplej vody. V systémoch, kde je na koncovom úseku odberu (napr. v bytovej prípojke TV) nainštalované meracie zariadenie, ktoré meria nie množstvo tepla, ale objem, sú tieto cirkulačné potrubia priam nevyhnutnosťou. V bytových domoch zabezpečuje konštantnú teplotu vody cirkulačné potrubie. Vyregulovanie vykurovacej sústavy vylepšuje parametre vnútorného prostredia miestností, je priamo kontrolovateľné a pomocou koncových prvkov (regulačné termostatické ventily a hlavice) priamo u obyvateľa alebo vlastníka regulovateľné. Naviac pri osadených meračoch (pomerových) na vykurovacích telesách je relatívne dobrá kontrola priebežnej spotreby. Na rozdiel od vykurovania, kde si teplotu média môžeme na prívode ovplyvňovať, pri teplej vode nie je žiadna možnosť regulácie na výtoku. Spotrebiteľ je závislý od tlaku a teploty, ktorá je v danom okamihu v potrubí. Jediná možná regulácia, ktorá má adekvátne výsledky je regulácia pomocou stupačkových ventilov a regulačných ventilov na vstupe do objektu.

V rozvodoch TV ide o špecifické problémy spojené so zarastaním potrubia. Pokiaľ je potrubie vo veľmi zlom stave, nie je niekedy možné vyváženie previesť z dôvodu nedostatočného tlaku na regulačných ventiloch. Typickým prejavom neúnosne zarasteného potrubia môže byť napr. minimálna tlaková strata pri osadení regulačného ventilu, ktorý je naplno otvorený. Kontrola na meracích ventiloch je najvhodnejšia v čase, keď je najmenší alebo nulový odber TV. Pre návrh cirkulácie teplej vody existujú rôzne metódy.

Podľa normy STN 73 66 55: „Cirkulačné potrubie zariadení na ústredný ohrev teplej vody sa dimenzuje na prevádzkový stav bez odberu vody tak, aby teplota vody v najnepriaznivejšie inštalovanom výtoku neklesla pod prípustnú hodnotu.“ Po predbežnom návrhu svetlosti potrubia sa vykoná hydraulické posúdenie, v ktorom sa preukáže, že tlakové straty v cirkulačnom potrubí sú menšie ako tlak, ktorý zabezpečuje prúdenie vody v tomto potrubí. Tento spôsob návrhu je exaktný, zatiaľ čo norma DIN 1988 navrhuje cirkulačné potrubie empiricky. Keďže naša norma nie je záväzná, je možné použiť aj inú normu. Obeh cirkulujúcej vody zabezpečujú čerpadlá. Voda v potrubí sa pohybuje rýchlosťou ≤ 0,5 m.s^-1. Na vyregulovanie systému sa používajú regulátory tlaku s vnútornou plochou z červeného bronzu. Regulátory tlaku je možné osadiť na každom pripojovacom potrubí, na najvyššom mieste stúpacieho potrubia a na päte stúpacieho potrubia.

Rekonštrukcie v bytových domoch

výmena starých rozvodov v spoločných priestoroch a inštalačných šachtách (vodovodné potrubia, kanalizačné a plynové potrubia),
riešenie nedostatočného prietoku v nepriaznivých stupačkách,
riešenie nedostatočného tlaku v rozvode,
riešenie nedostatočnej teploty teplej vody na výtokoch užívateľov riešenie samostatného zdroja tepla na ohrev TÚV.

Popri týchto závažnejších problémoch nie je vhodné zanedbať aj malé rekonštrukcie v bytoch, kde sa často neodborným zásahom a nekvalitne prevedenou rekonštrukciou bez riadneho projektu, môžu napáchať ťažké škody na majetku susedov, aj samotného bytového domu.

Výmena starých rozvodov v spoločných priestoroch a inštalačných šachtách

V objektoch bytovej výstavby minulých rokov sa používali oceľové potrubia na rozvod studenej vody, teplej vody, cirkulácie a plynu. Pôvodná časť kanalizačnej sústavy zvislých potrubí je zvyčajne z azbestocementu. V novom stave môžu podľa nárokov a požiadaviek objednávateľa nastať rôzne varianty:

Studená, teplá voda a cirkulácia – plast, plyn – oceľ, kanalizácia – plast,
Studená voda – plast, teplá voda a cirkulácia – oceľ, plyn – oceľ, kanalizácia – plast,
Všetky potrubia – oceľ, kanalizácia – plast.

Ak sa nové potrubia navrhujú oceľové, dimenzie v rozvodoch sa zhodujú s pôvodným projektom. Pri plastových a medených potrubiach sú nové potrubia menšej dimenzie. Pri plastových potrubiach je potrebné rátať s väčšou rozťažnosťou potrubia, ako pri pôvodných oceľových potrubiach a preto sa nanovo musia navrhnúť kompenzátory a vhodne uložiť pevné body uchytenia potrubí. Preto je veľmi dôležité, pre aký druh plastového materiálu sa rozhodneme. Pri návrhu plastových potrubí sa nesmie zabudnúť na uzemnenie zariaďovacích predmetov v bytoch, keďže pôvodné uzemnenie je väčšinou na oceľovom potrubí studenej alebo teplej vody. Pri vnútorných rozvodoch plynu v bytových domoch je tiež potrebný výpočet dimenzií, keďže pôvodné rozvody boli dimenzované na svietiplyn a v súčasnosti (aj do budúcna) sa dodáva zemný plyn. Vo výškových budovách sa často nachádza regulátor tlaku, ktorý pre rozvod zemného plynu už nemusí byť (do 13 podlaží objektu).

Regulácia rozvodov teplej vody

Systémy teplej vody bez správneho vyregulovania v jednotlivých okruhoch spôsobujú dodávateľom aj odberateľom problémy, ktoré súvisia s nesprávnymi teplotechnickými a tlakovými parametrami dodávanej vody. K zaisteniu správnej teploty aj v dobe minimálneho odberu je zavedená cirkulácia teplej vody. Dnes prichádza do úvahy iba nútená cirkulácia. Pretože dimenzie potrubí sú dané pri špičkovom odbere TV, je možné rozloženie teplôt a tlakov v rozvode TV ovládať iba nastavením prietoku cirkulácie. Základné usporiadanie armatúr na stúpacom potrubí teplej vody je zrejmé z Obr. 1 a 2. Navrhnuté spätné ventily na odbočkách od odberného miesta slúžia k zabráneniu prieniku studenej vody do teplej vody cez zmiešavacie armatúry. Zátka slúži na prípadné osadenie odvzdušňovacej armatúry – automatického odvzdušňovacieho ventilu v prípade, ak sa byt na poslednom podlaží nebude dlhšiu dobu využívať.

Prevádzkové nedostatky teplej vody

Prevádzkové poruchy teplej vody sa prejavujú najčastejšie v celkovom vyúčtovaní za spotrebovanú teplú vodu. Užívateľ je zaskočený cenou za odobraté množstvo teplej vody, prípadne je prekvapený množstvom pretečenej vody.

Tieto prevádzkové nedostatky sú spôsobené:

Neefektívnym odberom teplej vody (odpojenie časti užívateľov od jestvujúceho rozvodu). Pôvodný rozvod dimenzovaný na určité množstvo, má znížený odber a prevažná časť teplej vody sa bez adekvátneho odberu vracia do ohrievača. Špecifická spotreba teplej vody sa zvyšuje.
Nezaizolovanými, alebo nekvalitne zaizolovanými rozvodmi teplej vody – vznik tepelných strát v rozvodoch, dodávaná aj cirkulovaná voda je príliš vychladnutá.
Pretláčaním studenej vody do teplej cez miešacie batérie – absentujúci spätný ventil na odbočke zo stupačky – zvýšený odber.
Nedodržiavanie doby na ciachovanie vodomerov na teplú vodu – tri roky.
Priebežná kontrola pomerových meračov teplej vody – vylúči sa hromadenie chyby merača teplej vody – včasná diagnostika.

Činitele vplývajúce na kvalitu dodávky teplej vody

Projekčné chyby:

nesprávne navrhnutý rozvod cirkulácie TV
nedostatočná akumulácia (resp. výkon ohrievača v odberových špičkách)
Prevádzkové nedostatky
inkrustácia v rozvodoch
nesprávne prevádzkované útlmy pri dodávke TV
stav tepelných izolácií
nevhodné (chýbajúce) hydraulické vyregulovanie rozvodov

Závažným nedostatkom tohto riešenia je, že väčšina nevyregulovaných rozvodov nie je schopná zabezpečiť na vstupe do odberných miest rovnakú teplotu TV. Spravidla vznikajú poruchy v cirkulácii, kde je nutné zdĺhavé odpúšťanie vody „kým dotečie teplá voda“. Množstvo odpustenej vody je merané aj napriek tomu že nespĺňa parametre TÚV. Ďalšou nepriaznivou vlastnosťou je rôzna teplota v odberných miestach.

Správne fungujúca cirkulácia by mala byť preukázaná pred alebo po rekonštrukcii, alebo pri novom objekte meraním teploty vody na výtoku. Pre rýchle zistenie správnosti funkcie rozvodu teplej vody a cirkulácie vypracovalo VUT Brno (Dr. Pospíchal) metódu, ktorá spočíva v zaznamenávaní priebehu teploty vytekajúcej vody v závislosti na čase od začatia odberu.

Hydraulické vyregulovanie rozvodov TV zabezpečuje jednak správne parametre teplej vody a tiež znižuje špecifickú spotrebu energie. Teoreticky vypočítaná spotreba tepla 0,18738 GJ/m³ potrebná na ohriatie 1 m³ je čisto teoretická. V skutočnosti táto špecifická spotreba je vždy vyššia. Niekedy táto hodnota dosahuje aj násobky vypočítanej hodnoty. Spôsobuje to nevyregulovaný systém teplej vody, tepelné straty a znížená spotreba teplej vody (spotreba od zavedenia pomerových meračov vody značne klesla).

Fakty o hydraulickom vyregulovaní TV a následných úspor sú:

pri zníženom odbere TV sa uzavrú regulačné ventily na stúpačke cirkulácie do doby, kým teplota vody neklesne na požadovanú teplotu. Až vtedy sa cirkulácia otvorí a nastáva obeh vody.
regulovaním prietoku v cirkulačnom potrubí sa nezaťažuje zdroj – ohrievač na teplú vodu.
zmenšia sa straty tepla, zastaví sa zbytočný obeh teplej vody v systéme
obeh vody bude iba v nutných prípadoch pri útlme odberu (napr. v nočných hodinách) skutočná špecifická spotreba tepla na prípravu TV sa priblíži ku teoretickej.