Autor: Ing. Juraj Šmelík, THERMO-ECO-ENGINEERING, s.r.o.
Kedy a v akom rozsahu treba robiť hydraulické vyváženie po zateplení bytového domu?
Postačuje zmena nastavenia na rozvodoch, alebo je potrebné meniť aj nastavenia na termostatických ventiloch?
Je potrebná výmena armatúr?
Zateplenie domu zásadným spôsobom mení prevádzkové podmienky vykurovacej sústavy. Maximálny potrebný tepelný príkon sa znižuje rádovo o jednu tretinu, avšak to nie je všetko. Zateplený dom má podstatne väčšiu teplotnú zotrvačnosť ako okolité nezateplené domy. Čo to znamená? Ak na výkyvy počasia (vonkajších teplôt) reagujú nezateplené domy potrebou vyššej teploty vykurovacej vody už po niekoľkých hodinách, pre zateplený dom takáto potreba vzniká až vtedy, ak je zníženie vonkajších teplôt trvalejšie, t.j. až po niekoľkých dňoch. Zateplené domy vedia oveľa výraznejšie zužitkovať slnečné počasie počas mrazivých zimných dní. Z toho všetkého vyplýva, že odber tepla klesá v závislosti od aktuálneho počasia o 30 – 80 % oproti stavu pred zateplením.
| Nominálne parametre | Pred zateplením | Po zateplení | |||||||||||||
| Výkon | tiN | tw1N | tw2N | Výkon | ti | tw1 | tw2 | prietok | Výkon | ti | tw1 | tw2 | prietok | ||
| 1994 W | 20 °C | 90°C | 70°C | 1000 W | 22°C | 65°C | 55°C | 55 kg/h | 100% | 500 W | 22°C | 65°C | 30°C | 12 kg/h 22% | 22% |
Ak vykurovacie telesá zostávajú pôvodné, stávajú sa „predimenzovanými“. Túto skutočnosť netreba vnímať v negatívnom zmysle a ich veľkosť neodporúčam zmenšovať, nakoľko:
• väčšia plocha vykurovacích telies umožňuje pracovať s vyšším teplotným spádom (úbytkom teploty vykurovacej vody) na vykurovacích telesách
• väčší teplotný spád = chladnejšia vratná teplota = príspevok k vyššej efektívnosti výroby tepla, lepšie využitie kondenzačnej techniky, možnosť zapojiť do vykurovacej sústavy obnoviteľné zdroje nízkopotenciálneho tepla
• v prípade zateplenia všetkých objektov v okruhu tepelného zdroja je možné znížiť výstupnú teplotu vykurovacej vody a vykurovaciu sústavu s veľkými vykurovacími telesami je možné prevádzkovať ako nízkoteplotnú.
V dôsledku uvedených skutočností je prietok vykurovacej vody v zateplenom objekte výrazne premenlivý a kolíše často v rozmedzí od 50 % do 5 % prietoku pred zateplením. Čo to znamená pre systém hydraulického vyváženia?
• väčšie zmeny prietokov, navyše v inom rozsahu = vyššie požiadavky na systém regulácie diferenčného tlaku
• malé prietoky cez vykurovacie telesá a vysoké teplotné rozdiely = vysoký účinný vztlak, riziko „odtrhávania“ vykurovania v najnižších podlažiach (obrátenie toku cez najnižšie vykurovacie telesá: namiesto teplej vody z prívodnej stúpačky priteká do vykurovacieho telesa spiatočkou studená voda z vratnej stúpačky a vykurovacie teleso nevykuruje).
Odpovede na otázky položené v úvode tohto článku treba hľadať predovšetkým v pôvodnom technickom riešení hydraulického vyváženia pred zateplením domu.
Niektorí projektanti rátajú so zmenou prevádzkových podmienok už pred zateplením. Na základe toho volia typy armatúr a tlakovo-prietokové parametre sústavy. Dynamická zložka hydraulického vyváženia a stabilita sústavy voči nepriaznivým účinkom vysokého vztlaku musia byť dostatočne dimenzované. Ak sú tieto skutočnosti vopred zohľadnené, môže byť hydraulické vyváženie po zateplení obmedzené len na zmenu nastavenia armatúr na rozvodoch, bez nutnosti zmien na termostatických ventiloch.
Čo ak uvedené skutočnosti nie sú dostatočne zohľadnené? Aké poruchy sa dajú očakávať?
• príliš veľké výkyvy vnútorných teplôt – termostatické ventily strácajú schopnosť regulácie, poznajú dve polohy: otvorené, zatvorené. Po otvorení sa vykurovacie teleso nadmerne naplní teplou vodou a spôsobí prekmit = zvyšovanie izbovej teploty aj potom, keď sa termostatický ventil zatvorí. Táto skutočnosť spôsobuje väčšie teplotné rozdiely medzi bytmi = väčšie rozdiely v nameraných jednotkách pomerových rozdeľovačov vykurovacích nákladov a bytových meračov tepla, väčšie rozdiely v platbách bytov za vykurovanie
• hluk, pískanie termostatických ventilov – vyplýva najčastejšie z nevhodného použitia statických vyvažovacích armatúr a regulátorov diferenčného tlaku nastavených na viac ako 15 kPa. Pre zateplené domy nie je dostatočná regulácia diferenčného tlaku pomocou prepúšťacích ventilov – odporúčam inštalovať škrtiace (membránové) regulátory diferenčného tlaku.
• problémy vykurovania v najnižších podlažiach – predovšetkým pri príliš nízkom diferenčnom tlaku, pri zoškrtení prietokov na statických stúpačkových armatúrach, resp. pri použití termostatických ventilov s príliš vysokými Kv hodnotami.
V závislosti od technického riešenia hydraulického vyváženia, ktoré bolo realizované pred zateplením, je možné, že v niektorých prípadoch bude potrebné zmeniť systém regulácie diferenčného tlaku (vrátane výmeny armatúr). V prípade, ak boli použité termostatické ventily, ktorých rozsah nastavenia nevyhovuje prevádzkovým podmienkam po zateplení, môže byť potrebná aj výmena termostatických ventilov.
Za určitých podmienok možno využiť lacnejší variant, ako je realizovanie úprav hydraulického vyváženia. Riešením môže byť doplnenie zostavy ekvitermickej regulácie na pätu objektu. Znížením teploty vykurovacej vody sa udržujú prietoky na vyššej úrovni, na hodnotách približne zodpovedajúcich stavu pred zateplením objektu. Ak to porovnávame s riešením, kde projektant vopred rátal s budúcim zateplením, ide o značné náklady navyše.
Žiadne zmeny v hydraulickom vyvážení po zateplení?
Ignorovanie zmeny prevádzkového stavu a neprispôsobenie hydraulického vyváženia novým skutočnostiam môže byť veľmi nebezpečné, nielen z hľadiska vlastného zatepleného objektu, ale aj z hľadiska dôsledkov na okolité objekty v okruhu tepelného zdroja.
V dôsledku vysokého dispozičného diferenčného tlaku a veľmi nízkeho odoberaného prietoku dochádza k tomu, že prietok regulátorom už pri malom pootvorení je „nadmerný“ a regulátor dostáva impulz zatvoriť. Nulový prietok je prirodzene nedostatočný a regulátor vzápätí po zatvorení dostáva impulz otvoriť. Týmto kmitaním „na hrane otvorenia“ vznikajú tlakové vlny, šíriace sa po celej rozvodnej sústave tepelného zdroja. Na tieto tlakové výkyvy môžu „odpovedať“ zatváraním a otváraním ostatné regulátory v sústave. Ak je v zateplenom dome viac regulátorov, alebo je v okruhu tepelného zdroja viacero zateplených domov, ktorých regulátory tiež pracujú „na hrane otvorenia“, je vysoká pravdepodobnosť, že regulátory sa budú otvárať a zatvárať v jednom rytme. Viacnásobným odrazom sa tlakové vlny môžu zosilňovať (interferencia), čím vznikajú mimoriadne silné tlakové rázy, ktoré sú schopné ničiť prvky vykurovacej sústavy v ktoromkoľvek z pripojených objektov, bez ohľadu na to, v ktorom objekte kmitanie regulátorov vzniklo. V dôsledku toho dochádza k roztrhnutiu vykurovacích telies, kompenzátorov, ale môže dochádzať aj k odtrhnutiu kotevných prvkov potrubia, či zlomeniu potrubia mnohonásobným ohybom.
Z uvedených dôvodov treba v každom zateplenom objekte vykonať opatrenia proti vzniku kmitania regulátorov diferenčného tlaku. V niektorých prípadoch treba vykonať aj v okolitých nezateplených objektoch opatrenia na tlmenie vzniknutých tlakových vĺn, ktoré by eliminovali „odpovedanie“ regulátorov na tlakové vlny prichádzajúce z iných objektov.
Rizikové faktory podporujúce vznik kmitania:
– vysoký diferenčný tlak na prípojke
– vysoká teplota vykurovacej vody
– nízky prietok cez vykurovaciu sústavu objektu
– predimenzované regulátory diferenčného tlaku
– neprispôsobenie systému hydraulického vyváženia novým vlastnostiam po zateplení domu
Návrat k pôvodným tlakovo-prietokovým pomerom
Všetky vyššie uvedené opatrenia sa môžu javiť ako dočasné, resp. v budúcnosti ich bude treba opäť zmeniť. Kedy a prečo? Keď sa vykoná zateplenie všetkých domov v okruhu tepelného zdroja, vykurovanie vodou s vysokou teplotou sa stane nehospodárne. Bude možné (a užitočné) znížiť teplotu vykurovacej vody – a opäť budú potrebné vyššie prietoky vykurovacej vody, podobne ako pred zateplením. Z toho vyplýva určité riziko: ak sa hydraulické vyváženie a iné zmeny vo vykurovacej sústave po zateplení (napríklad výmena vykurovacích telies za menšie) vykonajú z úzkeho pohľadu na aktuálny stav, takýto objekt môže stratiť schopnosť pracovať pri zmenených podmienkach s nižšou teplotou vody.
Porovnanie spotrieb tepla v tvarovo identických domoch
Vybavenie objektov:
– NEZATEPLENÉ:
- domy so spotrebami 220 – 250 GJ majú funkčné hydraulické vyváženie (HV) a pomerové rozdeľovače vykurovacích nákladov (ďalej len pomerové rozdeľovače)
- P11 – bez HV, spotreba tepla 379 GJ
– ZATEPLENÉ:
- domy so spotrebami 130 -154 GJ majú funkčné HV pred zateplením, plus pomerové rozdeľovače. Po zateplení sa HV neprispôsobilo novým podmienkam
- O5, R23 – HV pred zateplením nevyhovuje novým podmienkam, bez pomerových rozdeľovačov, spotreba tepla 207 GJ
- O11 – východisková pozícia pred zateplením bola na úrovni domov 220-230 GJ, s pomerovými rozdeľovačmi, po zateplení vykonaná zmena nastavenia HV, spotreba tepla 110 GJ
– S „TEPELNOIZOLAČNÝM“ NÁTEROM:
o za zmienku stojí objekt R28, ktorý je namaľovaný údajne „tepelnoizolačným“ náterom. Je vybavený aj HV a pomerovými rozdeľovačmi. Ako vidno z grafu, údajná tepelnoizolačná schopnosť náteru sa neprejavuje, dom má rovnakú spotrebu ako susedné nezateplené domy.
Zhrnutie, záver
Ak objekt pred zateplením ešte nemá vykonané hydraulické vyváženie a v budúcnosti sa ráta so zateplením, je vhodné použiť také technické riešenie hydraulického vyváženia pred zateplením, ktoré bude z hľadiska zmien po zateplení úsporné.
Zmeny hydraulického vyváženia po zateplení sú nevyhnutné pre dosiahnutie plnej regulovateľnosti odberu tepla a hospodárnej prevádzkovej vykurovacej sústavy.
Ignorovanie zmien po zateplení môže viesť k rozkmitaniu sústavy, vzniku tlakových rázov a spôsobeniu škôd nielen v zateplenom objekte, ale aj v okolitých domoch a na zariadeniach dodávateľa tepla.
Zmeny hydraulického vyváženia a úpravy vykurovacích sústav (vrátane výmeny vykurovacích telies) odporúčam vykonávať tak, aby v budúcnosti neznemožnili prechod na nižšiu teplotu vykurovacej vody.
Článok bol zverejnený v zborníku k seminárom S energiou efektívne v bytových domoch, ktoré sa uskutočnili apríli, máji a júni 2011 v Košiciach, Poprade, Nitre a v Trenčíne v rámci projektu bezplatného energetického poradenstva ŽIŤ ENERGIOU.