Komentář ke Změně Z1 ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů

1 Úvod

V prosinci 2018 byla vydána Změna Z1 ČSN 75 5455 spočívající v úpravě přílohy B, přílohy C a přílohy G této normy. Do informativní přílohy B byl doplněn nový vztah pro stanovení výpočtového průtoku v přívodním potrubí vnitřního vodovodu v rodinných a bytových domech. V normativní příloze C byl upraven výpočet délkové tepelné ztráty úseku přívodního potrubí teplé vody. V souvislosti s úpravou normativní přílohy C musel být upraven také příklad výpočtu vnitřního vodovodu uvedený v informativní příloze G.

2 Nový vztah pro stanovení výpočtového průtoku

V ČSN 75 5455 se pro stanovení výpočtového průtoku Q_D [l/s] v přívodním potrubí vnitřního vodovodu v rodinných a bytových domech používá vztah:

kde je

Q_A

jmenovitý výtok jednotlivými druhy odběrných míst [l/s], podle tabulky 1;

n

počet odběrných míst stejného druhu (viz též tabulku 1);

m

počet druhů odběrných míst.

Tento výpočtový vztah byl odvozen ve 40. letech 20. století, kdy automatické zaznamenávání krátkodobých měřených průtoků trvajících několik sekund nebylo možné, a proto se při jeho odvození [1] vycházelo z počtu pravděpodobnosti [2], popř. z měření spotřeb vody [3].

Nový výpočtový vztah pro stanovení výpočtového průtoku Q_D [l/s] v přívodním potrubí vnitřního vodovodu v rodinných a bytových domech má tvar:

kde je

∑Q_A

součet jmenovitých výtoků Q_A [l/s] uvedených v tabulce 1.

Nový výpočtový vztah je v příloze B uveden pro ověření (příloha B je informativní). Jedná se o empirický výpočtový vztah odvozený na základě měření průtoků v bytových domech prováděných autorem a spolupracovníky Ing. Zdeňkem Jaroněm a Ing. Miroslavem Kucharikem v Bohumíně, Českém Těšíně a Brně. Průtoky v potrubí byly zaznamenávány každou sekundu. Výpočtové průtoky stanovené podle tohoto vztahu byly porovnány také s dostupnými výsledky měření průtoků provedeném ve Švýcarsku [4] a výpočtovými průtoky stanovenými podle zahraničních předpisů (zejména švýcarských směrnic W3). Výpočtové průtoky stanovené podle nového vztahu vycházejí u větších domů menší než podle vztahu (1) a lépe odpovídají skutečným krátkodobým špičkovým průtokům. Rovněž některé jmenovité výtoky výtokových armatur dosazované do nového výpočtového vztahu jsou oproti jmenovitým výtokům používaným při výpočtu podle vztahu (1) s odmocninou odlišné. Jmenovitý výtok 0,1 l/s pro výtokové armatury u umyvadel více odpovídá skutečnosti a jmenovitý výtok 0,3 l/s pro výtokové armatury s připojením na hadici na zahradě nebo v garáži zohledňuje dlouhodobější odběr vody u těchto výtokových armatur. Nový výpočtový vztah (2) nelze použít pro vnitřní vodovody s odběrnými místy o větší jmenovité světlosti než DN 15, např. s tlakovými splachovači záchodových mís.

Vztah (2) platí pro ∑Q_A > 0,3 l/s. Pokud je ∑Q_A ≤ 0,3 l/s, potom se uvažuje, že Q_D = ∑Q_A. U přívodu vody pro jeden byt, kde je ∑Q_A = 0,7 l/s až 0,9 l/s, vychází větší výpočtový průtok, a proto je možné uvažovat, že Q_D = 0,47 l/s.

Tabulka 1 – Hodnoty jmenovitých výtoků Q_A studené nebo teplé vody pro jednotlivá odběrná místa

Druh odběrného místa	DN	Jmenovité výtoky QA [l/s]
		Pro výpočet podle vztahu (2)	Pro výpočet podle vztahu (1)
Směšovací baterie nebo výtokový ventil u umyvadla nebo umývátka	15	0,1	0,2
Nádržkový splachovač, bidetová souprava nebo směšovací baterie, výtokový ventil pro myčku nádobí v domácnosti	15	0,1	0,1
Výtokový ventil pro pračku v domácnosti, směšovací baterie u dřezu nebo sprchy, výtokový ventil nebo směšovací baterie u výlevky, výtokový ventil v technické místnosti	15	0,2	0,2
Tlakový splachovač pisoárové mísy nebo stání	15	0,3	0,3
Směšovací baterie vanová	15	0,3	0,3
Výtoková armatura na zahradě nebo v garáži	15	0,3	0,2
Před odběrnými místy se předpokládá minimální požadovaný hydrodynamický přetlak 100 kPa.

2.1 Porovnání výpočtových průtoků se změřenými špičkovými průtoky

Porovnání výpočtových průtoků stanovených podle starého vztahu (1) a nového vztahu (2) se změřenými špičkovými průtoky je uvedeno v tabulce 2, ze které je patrné, že výpočtové průtoky stanovené podle nového vztahu (2) se u větších domů více blíží skutečným špičkovým průtokům. Nový vztah (2) umožňuje úspornější dimenzování potrubí vnitřních vodovodů. Protože podle vyhlášky č. 194/2007 Sb. je povolena teplota teplé vody 45 °C, dimenzuje se potrubí vnitřních vodovodů podle vztahů (1) a (2) na stav, kdy jsou odběrná místa zásobována pouze studenou nebo pouze teplou vodou. Jmenovité výtoky uvedené v tabulce 1 jsou tedy průtoky na výtoku z výtokové armatury. Proto se výpočtové průtoky pro potrubí přivádějící pouze studenou nebo pouze teplou vodu stanovené podle vztahů (1) a (2) od změřených špičkových průtoků více liší.

Tabulka 2 – Porovnání výpočtových průtoků s průtoky změřenými

Pracovní označení domu	Počet bytů	Změřený průtok [l/s]	Výpočtový průtok1, 2) [l/s]		Poznámka k měření průtoku a umístění průtokoměru
			Podle vztahu (2)	Podle vztahu (1)
50	3	0,42	0,70	0,66	Studená + teplá voda (místní ohřev vody)
42 WC	5	0,40	0,42	0,45	Jen nádržkové splachovače
35	5	0,61	0,88 (0,83)	0,95 (0,84)	Jen studená voda
		0,42	0,83 (0,78)	0,92 (0,81)	Jen teplá voda
30	6	0,24	0,59	0,49	Jen teplá voda pro dřezy
109	6	0,43	0,95	1,04	Jen studená voda
107	6	0,49	0,95	1,04	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
733	8	0,59	1,06	1,20	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
5	11	0,87	1,21	1,43	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda), v domě je kadeřnictví
10, 12	16	0,54	1,38	1,70	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
42 TV	26	0,76	1,57	2,20	Jen teplá voda, v domě jsou také prodejny a kanceláře
1, 3, 5	34	0,44	1,83	2,44	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
3	60	0,91	2,15 (2,00)	3,19 (2,79)	Jen teplá voda
		1,37	2,28 (2,15)	3,29 (2,90)	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
30, 32, 34	60	1,08	2,08	2,95	Jen teplá voda
16	72	1,88	2,44 (2,30)	3,60 (3,17)	Před odbočkou k ohřívači (studená + teplá voda)
1070	78	1,15	2,47 (2,32)	3,57 (3,10)	Jen studená voda
1071	78	0,90	2,47 (2,32)	3,57 (3,10)	Jen studená voda
12	78	0,68	2,37	3,64	Jen teplá voda (teplota 60 °C)
1) Při stanovení výpočtového průtoku nebylo počítáno s automatickými pračkami a myčkami nádobí. 2) V závorce je uveden výpočtový průtok stanovený bez zahrnutí umyvadla při společné směšovací baterii pro vanu (sprchu) a umyvadlo.

3 Upravený způsob stanovení délkové tepelné ztráty úseku přívodního potrubí

Oproti původnímu znění ČSN 75 5455 byl ve Změně Z1 upraven způsob stanovení délkové tepelné ztráty jednotlivých úseků přívodního potrubí uvedený v normativní příloze C normy. Pro přibližný výpočet byly v původním znění normy uvedeny tabulky délkových tepelných ztrát, jejichž hodnoty byly oproti skutečným tepelným ztrátám vyšší. Ve Změně Z1 jsou uvedeny nové tabulky s hodnotami součinitele prostupu tepla (ukázkou je zde tabulka 3), po jehož vynásobení rozdílem mezi teplotou vody v potrubí a teplotou vzduchu v okolí jeho tepelné izolace je možné stanovit délkovou tepelnou ztrátu potrubí pro jakýkoliv rozdíl teplot. Grafy pro přibližné stanovení délkové tepelné ztráty úseků potrubí pro vybrané rozdíly teplot zůstávají v platnosti.

Tabulka 3 – Součinitel prostupu tepla válcovou stěnou vztažený na jednotku délky U [W/(m‧K)]
měděného potrubí izolovaného tepelnou izolací se součinitelem tepelné vodivosti λ_θ = 0,04 W/(m‧K)

Tloušťka tepelné izolace [mm]	Vnější průměr × tloušťka stěny měděných trubek [mm]
	12×1	15×1	18×1	22×1	28×1,5	35×1,5	42×1,5	54×2	76,1×2	88,9×2	108×2,5
	Součinitel prostupu tepla válcovou stěnou vztažený na jednotku délky U [W/(m‧K)]
20	0,1552	0,1740	0,1922	0,2158	0,2502	0,2894	0,3280	0,3933	0,5118	0,5800	0,6813
30	0,1321	0,1465	0,1603	0,1779	0,2035	0,2323	0,2604	0,3077	0,3929	0,4416	0,5139
40	0,1184	0,1303	0,1416	0,1560	0,1766	0,1997	0,2222	0,2597	0,3268	0,3650	0,4214
50	0,1091	0,1194	0,1291	0,1414	0,1590	0,1785	0,1974	0,2287	0,2844	0,3160	0,3625
60	0,1023	0,1115	0,1201	0,1309	0,1463	0,1634	0,1798	0,2069	0,2548	0,2818	0,3216
80						0,1430	0,1562	0,1779	0,2157	0,2369	0,2680
100						0,1298	0,1410	0,1592	0,1909	0,2086	0,2343

Délková tepelná ztráta úseku přívodního potrubí q_t [W/m] se tedy pro každý úsek přívodního potrubí teplé vody stanoví podle vztahu:

kde je

U

součinitel prostupu tepla válcovou stěnou vztažený na jednotku délky [W/(m‧K)], který se stanoví podle vztahu (4), nebo např. podle tabulky 3;

θ_stř

střední teplota vody v přívodním potrubí [°C], např. 54 °C;

θ_vzd

teplota vzduchu v okolí tepelné izolace přívodního potrubí [°C], v nevytápěném sklepě např. 10 °C, v instalační šachtě např. 25 °C.

Součinitel prostupu tepla válcovou stěnou vztažený na jednotku délky U [W/(m‧K)] se stanoví podle vztahu:

kde je

α_i

součinitel přestupu tepla na vnitřním povrchu trubky [W/(m²‧K)], uvažuje se hodnota α_i = 6000 W/(m²‧K);

d_i

vnitřní průměr trubky [m];

λ_θ

součinitel tepelné vodivosti materiálu trubky nebo její tepelné izolace [W/(m‧K)], např. pro měď λ_θ = 372,0 W/(m‧K) a pro PPR λ_θ = 0,24 W/(m‧K);

d_z

vnější průměr vrstvy (trubky nebo její tepelné izolace) [m];

d_v

vnitřní průměr vrstvy (trubky nebo její tepelné izolace) [m];

α_e

součinitel přestupu tepla na vnějším povrchu tepelné izolace trubky [W/(m²‧K)] uvažuje se hodnota α_e = 10 W/(m²‧K), popř. hodnota přesnější stanovená výpočtem;

d_e

vnější průměr tepelné izolace trubky [m];

m

počet vrstev.

U potrubí z kovových materiálů je možné tepelně izolační vlastnosti materiálu trubky zanedbat a do vztahu (4) dosazovat pouze hodnoty součinitele tepelné vodivosti a průměrů tepelné izolace. Potom je možné zanedbat také výraz 1/(α_i ‧ d_i).

V souvislosti s novým stanovením délkové tepelné ztráty byl upraven také příklad výpočtu uvedený v informativní příloze G.

4 Závěr

Problematika dimenzování potrubí vnitřních vodovodů se v zahraničí i u nás stále vyvíjí. Vývoj metod výpočtu by měl směřovat k přesnějšímu stanovení průměrů potrubí tak, aby potrubí nebylo zbytečně předimenzováno. Výpočtové průtoky by měly, samozřejmě s určitou rezervou, odpovídat skutečným průtokům špičkovým. K tomu je však třeba provádět měření průtoků, a proto je příprava nových výpočtových vztahů pomalá.

Poděkování

Příspěvek je zpracován v rámci projektu „Měření spotřeby vody a špičkových průtoků v domovních vodovodech na Ostravsku“.

Další poděkování patří městu Bohumín, firmám Hamrozi, HP trend Ludgeřovice, Mgr. Pavlu Rubinovi a všem vlastníkům a správcům domů, kteří měření umožnili.

Literatura

• ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů.
• Změna Z1 ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů.
• W3 Richtlinien für Trinkwasserinstallationen. SVGW Zürich 2013.
• Vyhláška č. 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům, ve znění pozdějších předpisů.

1. Kelting, O.: Richtlinien für die Berechnung der Kaltwasserleitungen in Hausanlagen. Časopis Das Gas- und Wasserfach 29/1940.
2. Schellenberg, H.: Projektieren und Berechnen sanitärer Installationen. Schweizerischer Spenglermeister- und Installateur-Verband.
3. Šneerov, A. I. – Spyšnov, P. A. – Svešnikov, I. P.: Sanitarno-techničeskoe oborudovanie zdanij. Strojizdat, Moskva 1949.
4. Christen, W.: Messungen Spitzenvolumenströme (gemäs Diagramm 1) und Folgen für die Berechnungen. VIGW – technische Wasserfachtagung 3. November 2011 in Zofingen.