Provádění hydraulických zkoušek u teplovodních vytápěcích soustav

1. Úvod

V současné době se do stávajících vytápěcích soustav řady bytových objektů osazují termostatické radiátorové ventily (TRV). Tím se naplňuje jeden z požadavků vyhlášky č. 152/2001 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie. Záměrem vyhlášky je dovybavení stávajících vytápěcích soustav bytových objektů takovými prvky regulační a měřicí techniky, které umožňují regulovat teplo dodávané konečným odběratelům, tj. uživatelům jednotlivých bytů.
Znamená to:

• ke všem otopným tělesům osadit TRV,
• osadit regulátory tlakových rozdílů (RTR), případně nasadit řízená oběhová čerpadla,
• provést nutné úpravy v odběrném místě,
• osadit seřizovací armatury na stoupačky, případně na větve,
• provést hydraulické seřízení vytápěcí soustavy,
• provést hydraulickou zkoušku vytápěcí soustavy.

2. Projektová dokumentace

Ještě před prováděním montážních prací je nutno zpracovat jednoduchý projekt na osazování TRV. Jedině tak bude zajištěno, že nově vybavená vytápěcí soustava bude pracovat nejen bezchybně, ale také bezhlučně.

2.1 Dokumentace vnitřní části

Dokumentace obsahuje:

• technickou zprávu,
• nominál vytápěcí soustavy¹,
• hydraulické schéma¹,
• výpočtové hydraulické poměry¹,
• přehled otopných těles¹,
• specifikaci materiálu.

¹⁾Označené části tvoří štítkovou dokumentaci, která má být vyvěšena v prostoru odběrného místa.

Technická zpráva má obsahovat:

• úvod, ve kterém je stručně popsán objekt, typ, napojení a rozvody vytápěcí soustavy a výchozí podklady,
• popis osazení navrhovaných TRV a dalších armatur,
• princip hydraulického seřízení,
• princip řízení tlakových rozdílů,
• odvolávku na dokumentaci úpravy vstupní části vytápěcí soustavy.

Nominál vytápěcí soustavy
Je základem štítkové dokumentace vytápěcí soustavy. Shrnuje a zpřístupňuje hlavní výpočtové parametry vytápěcí soustavy.

Hydraulické schéma
Představuje nejjednodušší schéma vytápěcí soustavy objektu. Zahrnuje vstupní část, větve a stoupačky se zakreslenými seřizovacími armaturami a RTR. Je doplněno opět jednoduchým půdorysem horizontálního potrubního rozvodu s vyznačením polohy stoupaček. V půdorysu mají být vyznačeny hranice jednotlivých bytů (plnými čarami) a místností (přerušovanými čarami).

Výpočtové hydraulické poměry
V tabulce se uvedené hodnoty váží na hydraulické schéma. Pro očíslované stoupačky musí být uvedeny průtoky, DN stoupačkových seřizovacích armatur, jejich typ a nastavení, tlaková ztráta a výpočtový tlakový rozdíl na stoupačce. Totéž platí pro případné větve soustavy. Uvedené údaje vyplynou z hydraulického výpočtu potrubní sítě.

Přehled otopných těles
V přehledu otopných těles jsou symbolicky zakresleny stoupačky se všemi otopnými tělesy. V poli každého otopného tělesa musí být uvedena jeho velikost (počet článků nebo délka), DN TRV, jeho nastavení, případně značka typu tělesa. Na celém přehledu pak typy otopných těles a typ a tvar TRV (přímý, rohový).

2.2 Dokumentace vstupní části

Do této části dokumentace patří výkresy:

• odběrného místa objektu,
• odběrných nebo seřizovacích míst větví,
• seřizovacích míst stoupaček,
• specifikace materiálu.

Odběrné místo objektu
Odběrné místo objektu (obr. 1) je zařízení na rozhraní mezi dodavatelem a odběratelem tepla. Nejčastěji obsahuje hlavní uzávěry, seřizovací armaturu, fakturační měřič tepla, RTR, kalník a filtr, pár teploměrů, manometrů a kulových vypouštěcích kohoutů. Ty slouží i pro odběr tlaků, resp. tlakových rozdílů.

Obr. 1: Provedení odběrného místa

Odběrná místa větví
Tato odběrná místa větví jsou jednodušší obdobou odběrného místa objektu (obr. 1). Jsou používána v případech požadavků na měření tepla do jednotlivých větví. Obsahují uzávěry, seřizovací armaturu, rozdělovací měřič tepla, RTR, pár teploměrů, manometrů a kulových vypouštěcích kohoutů. Ty slouží i pro odběr tlaků, resp. tlakových rozdílů. Do těchto míst je možno umístit i směšovací zařízení.

Seřizovací místa větví
Seřizovací místa větví (obr. 2) jsou používána jako základní zařízení na počátcích větví. Obsahují pouze uzávěry, seřizovací armaturu, pár teploměrů a kulových vypouštěcích kohoutů i pro odběr tlaků, resp. tlakových rozdílů.

Obr. 2: Provedení seřizovacího místa

Seřizovací místa stoupaček
Seřizovací místa stoupaček (obr. 2) jsou zřizována na počátcích stoupaček. Obsahují pouze uzávěry, seřizovací armaturu a pár kulových vypouštěcích kohoutů i pro odběr tlaků nebo tlakových rozdílů.

2.3 Poznámka k řízení tlakových rozdílů

Pokud jsou v částech tepelných soustav osazeny regulační armatury, které pracují na principu škrcení, dochází při provozu ke změnám průtoku. A to v rozmezí průtoku výpočtového a průtoku minimálního.

Pro účely výkladu je vhodné považovat minimální průtok za nulový. Při nízkých průtocích vody vlivem činnosti TRV prudce klesají tlakové ztráty potrubní sítě. Neřízené oběhové čerpadlo však reaguje na snižování průtoků ještě zvětšováním tlakového přínosu. Potom se značná část tlakového přínosu oběhového čerpadla přenáší na TRV. Ty mohou být zatíženy nadměrným tlakovým rozdílem, který vede ke zhoršení jejich regulační funkce a může způsobovat hluk. Uvedenému jevu nemohou zabránit ani řádně nastavené seřizovací armatury ve vytápěcí soustavě. Seřízení se totiž týká pouze výpočtového stavu. Při malých odběrech (průtocích) klesají odpory seřizovacích armatur k nule a tím klesá i možnost škrcení.

Základní podmínkou pro bezchybnou funkci TRV je zajistit, aby na TRV nepronikl větší tlakový rozdíl, než je dovolená hodnota. Podmínka platí jak pro výpočtový stav, tak pro všechny provozní stavy. Dovolený tlakový rozdíl z hlediska tichého chodu TRV je Δp_vdov = 10 až 15 kPa. Při větším tlakovém rozdílu bude TRV přetížen a budou se projevovat uvedené negativní stavy. Pokud hrozí TRV překročení dovoleného tlakového rozdílu při nulovém průtoku, musí být navrženo řízení tlakových rozdílů. Řízení tlakových rozdílů je možno provádět pomocí proporcionálně řízeného oběhového čerpadla, případně pomocí regulátorů tlakových rozdílů.

3. Hydraulické seřizování

3.1 Všeobecné zásady hydraulického seřizování

Hydraulickým seřízením se rozumí uvedení průtoků v důležitých potrubních úsecích tepelné soustavy do souladu s průtoky udanými v projektu. Tomu napomohou seřizovací místa se seřizovacími armaturami, provedená v uvedených úsecích. Průtoky se zajistí pomocí předepsaného pevného nastavení seřizovacích armatur. Získá se tím rovnoměrné rozdělení průtoků do důležitých potrubních úseků, kterými jsou:

• odběrné místo,
• počátky větví,
• počátky stoupaček.

Seřizovací armatura slouží k vytvoření a k nastavení stálého hydraulického odporu. Je vybavena nastavovacím, ukazovacím a zajišťovacím mechanizmem a hrdly pro odběr tlakového rozdílu. Po změření tlakového rozdílu lze stanovit nepřímým způsobem průtok touto armaturou. Seřizovací armatura je doložena hydraulickou charakteristikou, což je závislost tlakové ztráty na průtoku pro určitá nastavení. Nastavením se rozumí uvedení seřizovacího prvku do předepsané polohy s následnou aretací. Za provozu pak musí armatura vykázat potřebnou tlakovou ztrátu při daném průtoku. Seřizovacím prvkem bývá kuželka, klapka, deska, kulový element apod.

3.2 Výpočtový stav z hlediska hydrauliky

Protože u vytápěcích soustav s TRV dochází vlivem jejich činnosti ke škrcení průtoků a tím k proměnnosti průtoků, je možné provádět seřizování pouze při stavu, který je blízký stavu výpočtovému.

Výpočtový stav je dán jednak parametry v odběrném místě vytápěcí soustavy, jednak odporovými vlastnostmi vytápěcí soustavy.

Při výpočtovém stavu musí být v souladu s projektem tyto výpočtové parametry nebo stavy:

• průtok, případně tlakový rozdíl v odběrném místě,
• nastavení RTR,
• nastavení seřizovacích armatur,
• nastavení TRV.

Z uvedeného vyplývá, že pro solidní vypovídací schopnost o rozdělování průtoků ve vytápěcí soustavě musí být naplněny všechny čtyři body. Jelikož průtoky do otopných těles jsou po převážnou dobu provozu omezovány TRV, a to jak vlivem působení tepelných zisků, tak vlivem uzavírání uživatelů, je nutno provádět hydraulickou zkoušku v době, kdy budou z TRV sejmuty termohlavice. Jinak by byly průtoky v kontrolovaných úsecích podstatně nižší než průtoky dané projektem a nelze je použít k objektivnímu hodnocení rovnoměrnosti rozdělování průtoků a funkce soustavy.

3.3 Způsoby hydraulického seřizování

Rozeznávají se tyto způsoby hydraulického seřizování:

• podle projektu, které může být výchozí a opravné,
• náhradní, které se provádí bez projektu.

Výchozí seřizování
Provádí se po montáži seřizovacích armatur a TRV do vytápěcí soustavy podle nastavení uvedeného v projektu. Je nejjednodušším a současně nejpřesnějším způsobem hydraulického seřízení. Způsob je výhodný proto, že se může provádět ještě na vypuštěné soustavě, neboť je nezávislý na splnění shora uvedených požadavků. Používá se v případech, kdy mohly být stanoveny tlakové ztráty celé potrubní sítě a kdy projektant mohl předepsat nastavení armatur. Pokud nemohly být provedeny hydraulické výpočty, např. při nedostupnosti údajů o délce a dimenzích vodorovných potrubních rozvodů, nelze tento způsob použít.

Opravné seřizování
Provádí se u provozované soustavy v případě její špatné funkce. Nastavení seřizovacích armatur se provádí podle průtoků uvedených v projektu. Seřizování se může provádět buď pomocí přímého měření průtoků různými typy průtokoměrů, nebo pomocí nepřímého měření průtoků pomocí měření tlakového rozdílu na seřizovacích armaturách. Nepřímé měření je zatíženo nepřesnostmi při měření nízkých tlakových rozdílů, při převodu tlakového rozdílu na průtok při určitém nastavení armatury a při výrobě armatur. Musí být použity speciální armatury.

Náhradní seřizování
Provádí se u provozované soustavy v případě její špatné funkce, pokud není k dispozici projekt. Nastavení seřizovacích armatur se provádí tak, aby byly dodrženy teploty zpětné vody nebo tlakové rozdíly do stoupaček. Seřizování podle teplotních rozdílů na patách stoupaček je relativní způsob seřizování. Při seřizování se nastavují armatury orientačně tak, aby na všech stoupačkách byly totožné teplotní rozdíly. Tento způsob seřizování vyžaduje teplotně ustálený stav vytápěcí soustavy bez působení slunečního záření. Předpokládá se, že jsou všechny stoupačky vybaveny seřizovacími armaturami. Při tomto způsobu se téměř neprojevuje vliv škrcení průtoků při činnosti TRV, pokud se TRV chovají podobně. Nejprve se změří teploty přívodní a zpětné vody jak na odběrném místě, tak na všech patách stoupaček. Nejpřesnější je provádět měření přímo v proudu vody. Naměřené hodnoty se zapíší do tabulky a stanoví se teplotní rozdíly mezi přívodem a zpátečkou. Potom se přestaví nastavení seřizovacích armatur těch stoupaček, které vykazují nejmenší teplotní rozdíl, tzn. největší průtok. Přestaví se na větší tlakovou ztrátu.

3.4 Poznámky

Po osazení TRV namísto radiátorových kohoutů se zásadně zlepší rovnoměrnost rozdělování průtoků na stoupačkách do jednotlivých otopných těles (rovnoměrnost ve svislém směru). Obdobná situace nastane na spodním vodorovném souproudém potrubním rozvodu (tichelmannském) mezi jednotlivými stoupačkami (rovnoměrnost ve vodorovném směru). Z předcházejícího textu je možno vyvodit následující závěry pro hydraulické seřizování. U vytápěcích soustav s úplnou projektovou dokumentací postačí provést výchozí hydraulické seřízení, případně seřízení opravné. U vytápěcích soustav s tichelmannským rozvodem se nemusí provádět hydraulické seřizování v případech, kdy vytápěcí soustava v minulosti vykazovala dobrou funkci, tzn., že tichelmannský rozvod byl původně správně dimenzován a proveden. V ostatních případech se provede seřízení náhradní.

4. Přejímka díla

Ihned po zahájení montážních prací musí provádět investor nebo jím pověřená osoba technický dozor při realizaci, při kterém prověřuje shodu realizace s projektem.

Protože projekt se týká pouze úpravy hydraulické části, mohou projektant a montážní firma ručit pouze za řádné průtoky do větví, stoupaček a do jednotlivých otopných těles. Nemohou ručit za dostatečnou výši vnitřních teplot jednotlivých místností, které jsou závislé převážně na velikosti otopných těles, neboť nezasahovali do jejich velikosti.

Při přejímce díla se bude provádět:

• kontrola předepsaného nastavení seřizovacích a regulačních armatur a oběhových čerpadel,
• hydraulická zkouška,
• vizuální zkouška těsnosti spojů nově osazených prvků, u TRV pouze namátkově,
• funkční zkoušky nových prvků s el. pohony.

4.1 Popis hydraulické zkoušky

Hydraulickou zkoušku požaduje vyhláška č. 151/2001 Sb. v § 8, odst. 7, kde je citováno: "U rozvodu tepelné energie a vnitřního rozvodu vytápění a teplé užitkové vody se prokazuje seřízení průtoků měřením v jednotlivých větvích otopné soustavy tak, aby odpovídaly projektovaným jmenovitým průtokům s maximální odchylkou ± 15 %." Smyslem tohoto požadavku je prokázat dosažení výpočtových průtoků během výpočtového stavu.

Hydraulická zkouška se provádí na vytápěcí soustavě, u které je zajištěno, že:

• oběh vody je trvale udržován v rozmezí dob od 48 h před zkouškou až do zahájení hydraulické zkoušky,
• soustava je řádně propláchnuta, napuštěna a odvzdušněna,
• zařízení jsou namontována ve správných směrech průtoků (zpětné klapky, oběhová čerpadla),
• smysl otáčení oběžných kol čerpadel odpovídá značení,
• filtry jsou řádně vyčištěny,
• ovládání uzavíracích armatur je v předepsaných polohách,
• nastavení všech seřizovacích armatur je provedeno podle projektu, včetně ventilové části TRV,
• nastavení všech regulačních armatur a čerpadel je provedeno podle projektu.

Hydraulická zkouška se může provádět jak ve vytápěcím období (za tepla), tak mimo toto období (za studena). Hydraulická zkouška se provádí zásadně na soustavě, u které jsou sejmuty regulátory (termohlavice) TRV.

Hydraulická zkouška za tepla se provádí při ustálené teplotě přívodní vody¹. Hydraulická zkouška za studena se provádí tak, že na výstupu z odběrného místa je před zkouškou zvětšen tlakový rozdíl o hodnotu 4 kPa. Tím je kompenzována "nepřítomnost" samotížného vztlaku ve stoupačkách.

4.2 Postup provádění hydraulické zkoušky

Zkouška se provádí za přítomnosti určených zástupců. Obecně platí, že zjišťování parametrů měřením a případné úpravy nastavení se provádí postupně od počátku vytápěcí soustavy k jejímu konci.

Od odběrného místa, přes větve a dále od nejbližších stoupaček k nejvzdálenějším.

Postupuje se takto:

1. Připraví se dva zkušební protokoly s výpočtovými hydraulickými parametry (tab. 1). První bude sloužit pro zápis hodnot zjištěných v prvém kole zkoušky, protože zkouška může probíhat ve více kolech. Druhý pro zápis konečných hodnot.
2. V odběrném místě se zjistí všechny připojovací parametry (průtok, přetlaky a tlakové rozdíly, teploty vody a vnější teplota).
3. Pokud v odběrném místě není dosažen potřebný průtok, musí být v tomto místě upraveno nastavení seřizovací armatury, případně RTR nebo i čerpadla.
4. V seřizovacích místech větví se zjistí průtok, tlakový rozdíl a teploty vody.
5. Pokud v seřizovacím místě větve není dosažen potřebný průtok, musí být upraveno nastavení seřizovací armatury.
6. V seřizovacím místě stoupaček se zjistí průtok a tlakový rozdíl.
7. Zástupce dodavatele vyplní a spolu s ostatními zástupci podepíše závěrečný zkušební protokol se zapsanými naměřenými hydraulickými parametry a nastavení armatur. Jedno vyhotovení obdrží investor (kopii vyvěsí v prostoru odběrného místa), druhé projektant, třetí si ponechá dodavatel. Podpisem protokolu se dílo považuje za předané.

Tab. 1: Hydraulické poměry ve vytápěcí soustavě

4.3 Poznámky k hydraulické zkoušce

1. Projektant a dodavatel ručí pouze za předmět díla, což je bezchybná hydraulická funkce vytápěcí soustavy. Po jakémkoliv neoprávněném zásahu do nastavení ventilové části TRV, seřizovacích armatur, RTR nebo oběhových čerpadel nemohou projektant a dodavatel ručit za bezchybnou funkci díla.
2. Pokud je pro hydraulickou zkoušku použit měřicí a seřizovací počítač, je postup provádění hydraulické zkoušky a úpravy nastavení dán firemním předpisem.
3. V době, kdy po úspěšném provedení hydraulické zkoušky bude řemeslník nasazovat termohlavice, zkontroluje ještě teplotu zpátečky otopného tělesa, a to před jejím nasazením. Pokud bude mít zpátečka teplotu o 10 až 20 K nižší, než je teplota přívodu do tělesa, což se zjistí osaháním rukou, lze považovat otopné těleso za rovnoměrně prohřáté. Uvedenou zkoušku nazýváme tělesovou zkouškou.