Nejčastější chyby projektů vytápění – připojení VZT na soustavu UT
Článek podrobně popisuje jednu z častých projekčních chyb při zapojení vzduchotechnických jednotek do otopné soustavy. Chyba bývá způsobena rozporem mezi snahou o "jednoduché" řešení od projektanta topného systému a obchodním zájmem dodavatele vzduchotechniky, který nezná hydraulické souvislosti topného systému.
Na úvod článku bych rád napsal „nedomnívám se, že bych se ani po desítkách let praxe sám dokázal vyvarovat chybám v projektech“. Bohužel se jedná o práci, která závisí do velké míry na lidském faktoru, a ta je, ať chceme či nechceme, vždy zatížena chybováním. Jsou však chyby, které pramení z nepozornosti, nesoustředění, z časového tlaku nebo prostě jen z toho, že člověk nemá tvůrčí den. S těmi nic nenaděláme, ty zde budou stále. Na druhé straně jsou však chyby, které pramení ze špatného chápání funkce systému a dopouštíme se jich zcela systematicky a opakovaně. U několika takových případů podle mého názoru stojí za to pokusit se „prolomit ledy“ a alespoň část kolegů, kteří si najdou chvilku na přečtení této série článků, přimět, aby se nad problematikou zamysleli a třeba přehodnotili své postupy nebo aby prostřednictvím diskuse doplnili nějaký námět, jak řešit popisované případy jinak, lépe.
Prvním tématem, kterého bych se rád dotkl, je napojení ohřívacího dílu vzduchotechnických jednotek na soustavu rozvodů tepla.
Obrázek č. 1
Jedná se o zdánlivě standardní záležitost, ale po pravdě řečeno, je to spíše souhra pohodlnosti projektanta topného systému a obchodního zájmu dodavatele vzduchotechniky, který nezná hydraulické souvislosti topného systému, ale nabízí takzvaný standardní směšovací uzel ohřívacího dílu, obsahující kromě uzavíracích armatur a hadic se šroubením především trojcestný směšovací ventil se servopohonem a oběhové čerpadlo v zapojení viz obrázek č. 1.
Projektant topného systému se dodáním kompletního směšovacího uzlu ze strany dodavatele VZT zbaví nutnosti specifikovat materiál a zabývat se blíže tímto uzlem, protože není předmětem jeho dodávky a tím se vlastně i částečně oprostí o zodpovědnost za jeho správnou funkci. Dodavatel vzduchotechnického zařízení (VZT) nemá informace o topném systému ani o zdroji tepla, a tak se směšovací uzel dostává do oblasti, kterou vlastně neřeší nikdo. A podle toho to také často dopadá. Možná se ptáte – v čem je problém? Vždyť ohřívací díly vzduchotechnického zařízení v naprosté většině případů pracují bez problémů a nikdo si nestěžuje. Ale problém zde přesto je – jmenuje se vychlazování topné vody. Většina dnešních zdrojů tepla má výraznou závislost mezi teplotou vratné vody a účinností. Jinými slovy, pokud nehospodaříme rozumně s vychlazenou vodou v topném systému a nedopravíme ji bez zbytečného prohřátí ke zdroji, přijdeme o velkou část účinnosti tohoto zdroje a investice do něho je rázem v kategorii doslova vyhozených peněz. Pravda je, že bohužel žádná vyhláška ani norma, kterými jsme zavaleni, ještě nevymýtila hloupá řešení, vše záleží jen na schopnosti projektanta pochopit princip a dokázat jej aplikovat při konkrétním technickém řešení.
Zdroje zvláště citlivé na vychlazení zpátečky jsou především soustavy centralizovaného zásobování teplem (CZT), plynové kondenzační kotelny, jejich kaskádní uspořádání, tepelná čerpadla všech typů i různé solární podpory vytápění atd. Je pravda, že v minulosti byla situace jiná a v případě nekondenzačních plynových kotlů (především ocelových), kotlů na pevná paliva, dřevo a obdobných vysokoteplotních zdrojů byla naopak požadována teplota vratné vody co nejvyšší. Ale to byla éra, kdy ceny energií byly zlomkové oproti dnešku. Takové případy jsou však u moderních zdrojů dnes zajištěny zpravidla samostatným okruhem s nastavitelnou regulací teploty vratné vody – například Laddomat u kotlů na dřevo, čtyřcestnými směšovači se servopohony u automatických kotlů na pevná paliva a podobně. Tato vybavení jsou u těchto zdrojů tepla automaticky a zcela správně v souladu s požadovaným zapojením výrobce kotle v projektech navržena a není již třeba udržovat vysoké teploty vody v celých vratných větvích. Situace se tedy za posledních 20 let zcela změnila a dnes je třeba vždy důsledně vychlazovat vratnou vodu na všech spotřebičích otopné soustavy, tím vytvářet podmínky pro maximální účinnost zdroje a pokud je zde zdroj vysokoteplotní, připravit do budoucna podmínky pro instalaci zdroje doplňkového pro přechodná období, například solární podpory vytápění nebo aplikace vzduchového tepelného čerpadla jako prvního stupně kaskády.
Nyní ještě k jádru věci, tedy ke správnému zapojení výše zmíněného vzduchotechnického zařízení. Standardní směšovací uzel ohřívacího dílu, nabízený výrobcem VZT jako příslušenství, je zpravidla dodáván v zapojení dle obr. č. 1.
Obrázek č. 2
Pokud se jedná o jediný ohřívací díl v systému ústředního vytápění a tento ohřívací díl je poblíž hlavního rozdělovače zdroje tepla, je možné jej zapojit do systému bez pomocného oběhového čerpadla a zapojení je z hlediska hydrauliky i vychlazení topné vody zcela korektní – viz schéma na obr. č. 2.
Obrázek č. 3
Pokud je však ohřívací díl vzdálen od zdroje a oběhové čerpadlo OČ1 již není schopné včas a v potřebném množství nasát z rozdělovače topnou vodu, vzniká nebezpečí, že se VZT jednotka zablokuje vlivem poruchy, protože hrozí zamrznutí vody ve výměníku VZT z důvodu prodlení v dodávce tepla. V takovém případě je nutné instalovat do systému pomocné oběhové čerpadlo OČ2, které zajišťuje dodávku tepla mezi zdrojem a směšovacím uzlem VZT. Zde již však nastává problém, protože OČ2 vytváří rozdíl tlaku oběhové vody mezi přívodní a vratnou větví a podmínky pro práci trojcestného ventilu jsou hydraulicky nevhodné – ventil musí vyrovnávat tlakovou nerovnováhu, tedy přestavit se poblíž uzavřené polohy v přímém směru a regulační rozsah se výrazně sníží, takže ventil přestane pracovat v potřebném rozsahu. Čím větší je rozdíl tlaku vody na vstupu, tím je situace horší. Ve snaze tomuto stavu zabránit a zachovat při tom nabízenou sestavu trojcestného ventilu u VZT jednotky, projektant často navrhne obtok směšovacího uzlu, čímž sice vyrovná tlak mezi přívodní a vratnou topnou vodou a uvede trojcestný ventil do správné funkce, avšak za cenu přepuštění topné vody do vratné, tedy přesně té chyby, kterou jsem popisoval výše se všemi negativními dopady na účinnost zdroje. Různé pokusy o omezení množství přepouštěné vody sice existují – je možné například do vratné větve osadit ruční regulační ventil RV2, ale pokud si uvědomíme, že takový prvek není dynamický a je pouze pasivním členem v soustavě, je jasné, že na neustále se měnící podmínky venkovních teplot, teploty topné vody a požadované teploty výstupní teploty vody nemůže reagovat. Toto chybné řešení je znázorněno v schématu na obr. č. 3.
Obrázek č. 4
Dle mého názoru je mnohem vhodnější zajistit regulaci okruhu ohřívacího dílu takzvaným vstřikováním, tedy dvoucestným regulačním ventilem, který bude řízen regulační jednotkou VZT stejně jako ventil trojcestný. V tomto zapojení není rozdíl tlaku vody mezi přívodem a vratnou větví na závadu (naopak je nutný) a k přepuštění topné vody do vratné v tak masivním měřítku není důvod. U rozsáhlých systémů je třeba rovněž myslet na čas, který uběhne mezi požadavkem VZT na teplo a jeho skutečnou dodávkou a na průtok čerpadlem OČ2 v případě uzavření RV1. Proto doporučuji před vstřikovací okruh VZT osadit paralelně regulační ventil s omezením průtoku ABQM, kde je možné nastavit u nejmenších dimenzí zcela minimální množství přepouštěné vody (řádově okolo 10–30 kg/hod) tak, aby i v době, kdy VZT jednotka teplo nepotřebuje, byla topná voda připravena na vstupu do vstřikovací sestavy a čerpadlo s elektronickou regulací otáček mělo vždy minimální průtok pro chlazení. Doporučené zapojení VZT je zakresleno v schématu na obr. č. 4.
Obdobná situace nastává u soustav, kde je více ohřívacích dílů VZT. Zde je opět použití trojcestných ventilů nevhodné ze stejných důvodů, jako v předešlém případě. Jediným rozdílem je to, že regulační ventil s omezovačem průtoku vody není zpravidla nutné instalovat ke každému vstřikovacímu okruhu, ale postačí u koncových odběrů – viz zakreslené schéma na obr. č. 5.
Obrázek č. 5
Obrázek č. 6
Osobně bych byl nejraději, kdyby si tento článek přečetli i dodavatelé VZT jednotek a stejně jako nabízejí hotové sestavy s trojcestnými ventily, doplnili svoji nabídku i o variantu vstřikovacích směšovacích sestav dle obr. č. 6.
| Varianta s trojcestným ventilem: | |
| Ventil VRG 131, DN20, kvs = 4 m3/hod, ceníková cena bez pohonu: | 1 120 Kč |
| Pohon ARA 641, 230 V, tříbodový, 30s: | 2 780 Kč |
| Ruční regulační ventil STAD DN20: | 1 574 Kč |
| Celkem: | 5 474 Kč |
| Varianta s dvoucestným ventilem: | |
| Ventil Comar DN15, kvs = 2,5 m3/hod s pohonem 230 V tříbodový: | 4 300 Kč |
| Zpětný ventil s pružinou DN20: | 172 Kč |
| Regulační ventil s omezovačem průtoku ABQM DN10: | 2 932 Kč |
| Celkem: | 7 404 Kč |
Samozřejmě je nutné zvážit, jaké bude kvs dvoucestného ventilu, protože tento parametr ovlivní celkové chování vstřikovacího uzlu. Vzhledem k velkému regulačnímu rozsahu těchto ventilů bych doporučil požadovat na vstupu do vstřikovací sestavy minimálně Kv = 20 kPa, protože je to i zároveň minimální tlak pro funkci regulátoru průtoku ABQM. Zapojení s dvoucestnými ventily bude u VZT o výkonu 20 kW cca o 2000 Kč dražší, než standardní řešení s ventilem trojcestným. Vycházím z dostupného ceníku běžných výrobců těchto ventilů:
Vyšší investice je v tomto případě rozhodně na místě, protože účinnost zdroje rozhoduje řádově o mnohem vyšších částkách a doba návratnosti takového navýšení ceny nebude ani u malých systémů rozhodně vyšší než několik měsíců. Je však jasné, že náklady na investici jsou pod velkým tlakem, zatímco náklady na provoz jsou v době výstavby veličinou, která je vnímána jen okrajově, nepodléhá zpravidla žádným sankcím a pokud bylo řešení nevhodné již v projektu, těžko je možné jej reklamovat. To je možné pouze v případě nefunkčnosti, což není popisovaný případ. Tak dochází k situacím, kdy můžeme vidět novou kondenzační kaskádovou kotelnu, ale už není nikomu divné, že za celou topnou sezónu neviděl jedinou kapku kondenzátu.
K napsání tohoto dílu mě inspirovalo skutečně mnoho případů z praxe a především zoufalý stav „neprůstřelnosti“ zaběhnutých řešení, která jsou stále dokola opakována bez ohledu na dnešní realitu. Dalším podmětem je rovněž systém vytápění nejmenovaného moderního komplexu velkoobchodu, kde se nachází naše projektová kancelář a o účinnosti spalování si může majitel nechat jen zdát.
Článek se zabývá velmi důležitou okolností, která se vyskytuje v systémech dodávky tepla pro vzduchotechnická zařízení. Upozorňuje na opakující se chyby projekčních řešení, vysvětluje jejich důsledky a nabízí originální efektivní a cenově dostupná řešení. Textové podání je výstižné, jasné a jazykově kultivované.