Kombinovaný zdroj tepla pro vytápění rodinného domu

Technický popis vítězného řešení z projektu

V projektu jsou zvoleny jako hlavní komponenty řešení:

• První zdroj tepla: Zplynovací kotel na dřevo ATMOS generátor DC 25 GS, výrobek firmy ATMOS - Jaroslav Cankař a syn (podrobnosti viz www.atmos.cz)
  
  
• Druhý zdroj tepla: Stacionární plynový kotel P22 lux, výrobek firmy Dakon
  
  
• Akumulační (energetická) nádrž otopné vody: nádrž VAN B 550 s integrovaným "plovoucím" boilerem 150 litrů, výrobek firmy STEP Trutnov
  
  
• Příprava TUV: v sérii - nepřímo v integrovaném "plovoucím" boileru a přímo v elektrickém ohříváku
  
  
• Automatická regulace teploty v místnostech a regulace požadované teploty do jednotlivých okruhů: ekvitermní regulační přístroj RVA 63.280/109 s možností zapojení korekčního prostorového přístroje - výrobek firmy Siemens Building Technologies

Zadané tepelné ztráty rodinného domu jsou 18 kW. Otopná soustava je kombinovaná se dvěma základními okruhy - 1. okruh podlahového vytápění (6 podlahových smyček s výkonem 8 kW) a 2. okruh - otopná tělesa (8 otopných těles o výkonu 10 kW). Teploty otopné vody obou okruhů jsou řízeny automaticky ekvitermní regulací, tj. v závislosti na venkovní teplotě.

1. okruh podlahového vytápění (7)
Projektem je navržen teplotní spád 45/35°C, množství oběhové vody 520 kg/h, tlaková ztráta okruhu 15,0 kPa. Směšování otopné vody na požadovanou teplotu bude zajišťováno prostřednictvím třícestného směšovacího ventilu k_vs 2,5 s tlakovou ztrátou 4,3 kPa. Oběh vody v okruhu bude zajištěn oběhovým čerpadlem typu Grundfos UPS 25-40/1.

2. okruh otopných těles (6)
Projektem je navržen teplotní spád 70/55°C, množství oběhové vody 580 kg/h, tlaková ztráta okruhu 12,0 kPa. Směšování otopné vody na požadovanou teplotu bude zajišťováno prostřednictvím třícestného směšovacího ventilu k_vs 2,5 s tlakovou ztrátou 5,4 kPa. Oběh vody v okruhu bude zajištěn oběhovým čerpadlem typu Grundfos UPS 25-40/1. Vzhledem k tomu, že během provozu může oběhové množství v otopném okruhu kolísat automatickým otevíráním a zavíráním termostatických ventilů otopných těles, je v oblasti nad výtlačným hrdlem čerpadla - mezi potrubí přívodní a vratné vody - zabudován diferenční ventil zajišťující přibližně konstantní dynamické tlakové poměry v okruhu.

Pro pohon obou směšovacích ventilů jsou navrženy servopohony s 3-bodovým řízením, napájením 230 V AC včetně koncových spínačů.

Z mnoha různých možných variant kombinací kotlů je tímto projektem navržena kombinace, která zajišťuje jednoduchý, komfortní a bezpečný automatický provoz celého systému, možnost volby provozu ohřevu TUV a v neposlední řadě možnost případné pozdější integrace okruhu slunečních kolektorů pro sezónní ohřev TUV. Vzhledem k tomu, že je kladen velký důraz i na spolehlivost a funkčnost navrženého řešení, jsou v projektu vědomě používány pokud možno nejjednodušší ovládací prvky a řízené provozní stavy "VYPNUTO" a "AUTOMAT". Namísto zadavatelem soutěže určeného druhého tepelného zdroje - plynového kotle - je možno tento systém uplatnit i v kombinaci i s jinými zdroji, např. v bivalenci s tepelným čerpadlem vzduch-voda.

klikněte na schéma pro větší verzi

Popis funkce

Provoz "VYPNUTO"

V provozním stavu "VYPNUTO" je přerušena dodávka elektrické energie z reléové řídicí jednotky (ReJ) do řídicích panelů zplynovacího (1) a plynového (2) kotle a tím je jejich provoz blokován. V případě náhodného vypnutí reléového řízení během zimního období je protimrazová ochrana otopného systému zajištěna elektrickou topnou vložkou (4) umístěnou v akumulační nádrži (3) a aktivovanou protizámrazovým termostatem (Th2). Elektrické napájení ekvitermního regulátoru (oběhových čerpadel, směšovacích ventilů), havarijního ohřevu v akumulační nádrži a ohřevu TUV v elektrickém ohříváku je odděleno nezávisle na napájení reléové řídicí jednotky.

Provoz "AUTOMAT"

Provoz v přechodném i topném období.

1. Automatický provoz (plynový kotel)
Ekvitermní regulátor registruje požadavek vytápění z libovolného otopného okruhu (příklad okruh 7). Oběhové čerpadlo (Č2) otopného okruhu je v provozu a pohon směšovacího ventilu (SM2) začíná ventil otevírat. Vzhledem k tomu, že je počáteční teplota vody v akumulačním zásobníku nižší než požadovaná teplota otopné vody, směšovací ventil otevře až do krajní polohy. V tomto okamžiku spíná koncový spínač umístěný v pohonu směšovacího ventilu a aktivuje reléovou jednotku (ReJ), která dává pokyn k zahájení provozu plynového kotle (2). Kotlové čerpadlo (KČ2) je v provozu. Termoregulační ventil (SV2) zajišťuje vstupní (vratnou) teplotu vody do kotle na 60°C. Množství oběhové vody kotlem je seřízeno regulačním šroubením (RŠ) v závislosti na výkonu kotle tak, aby výstupní teplota z kotle dosahovala trvale hodnoty 75°C. Touto teplotou je plynule (!!) "nabíjen" i akumulační zásobník tak dlouho, až termostat (Th2) umístěný v akumulační nádrži zaregistruje dosažení nastavené teploty (např. 50°C) a provoz plynového kotle (2) a kotlového čerpadla (KČ2) prostřednictvím reléové jednotky (eventuálně s časovým doběhem) vypne. Požadavek tepla a provoz plynového kotle mohou být signalizovány a tím upozorněna obsluha zařízení na možnost provozování zplynovacího kotle.
Provoz plynového kotle může být jednoduše vyřazen buď vypínačem na kotlovém panelu, nebo automaticky - při provozu zplynovacího kotle - prostřednictvím jeho kouřového termostatu (KT).

2. Provoz zplynovacího kotle
Podmínkou (umožnění) provozu zplynovacího kotle (1) je zapnutí reléové jednotky (ReJ) do polohy "AUTOMAT" - tj. zajištění přívodu elektrického napětí do řídicího panelu kotle. V kotli je zatopeno podle návodu k obsluze kotle. Při dosažení teploty kouřových plynů nad 90°C je uváděno do provozu kotlové čerpadlo (KČ1). Termoregulační ventil (SV1) zajišťuje vstupní (vratnou) teplotu vody do kotle na předepsaných min. 60°C. Množství oběhové vody kotlem je seřízeno regulačním šroubením (RŠ) v závislosti na výkonu kotle tak, aby výstupní teplota z kotle dosahovala trvale hodnoty 75°C. Touto výstupní kotlovou teplotou je plynule vrstvenně "nabíjen" akumulační zásobník v celém svém objemu tak dlouho, až se zvýší i teplota vratné vody do kotle a kotlová regulace provoz kotle utlumí nebo zcela přeruší. Při úplném přerušení provozu kotle poklesne rovněž teplota kouřových spalin pod hranici 90°C a vypne i kotlové čerpadlo (KČ1).
Během sepnutí kouřového termostatu (KT) je tímto termostatem současně přerušen obvod řízení provozu plynového kotle = provoz plynového kotle je blokován.

3. Ohřev TUV
Ohřev teplé vody (TUV) je řešen tzv. sériovým zapojením. Studená voda je vedena nejdříve do "plovoucího" boileru, integrovaného v akumulační nádrži, a z výstupu tohoto ohříváku opět do vstupu vody v elektrickém ohřívači. Na výstupu TUV z elektrického ohřívače je umístěn termostatický směšovací ventil TUV, zajišťující trvalou bezpečnou výstupní teplotu vody ke spotřebičům (např. 45°C). V případě, že jsou kotle mimo provoz (teplota otopné vody v akumulačním zásobníku je na nejnižší mezi), protéká čerstvá studená voda integrovaným "plovoucím" boilerem, aniž by se ohřála, a na potřebnou provozní teplotu je automaticky ohřáta v elektrickém ohřivači TUV.
V případě, že je akumulační zásobník nahřátý jedním z kotlů, je čerstvá voda v "plovoucím" integrovaném boileru ohřáta na teplotu blízké teplotě otopné vody v akumulačním zásobníku. Voda je během dalšího průtoku elektrickým ohřívačem buď dohřáta, nebo - při vyšší vstupní teplotě - protéká přímo k termostatickému směšovacímu ventilu.
Tímto způsobem je zajištěn trvalý dostatek TUV a současným stálým průtokem oběma ohřívači je zajištěna i stálá hygienická kvalita vody (voda nezůstává v jednom ze zásobníků dlouhodobě bez pohybu). V případě nárazové potřeby většího množství teplé vody je možno tlačítkem na reléové jednotce 1 x nastartovat provozní cyklus plynového kotle a tím ohřát vodu v boileru plovoucím v akumulační nádrži.

4. Zajištění systému (havarijní stavy)
Expandovaná voda v topném systému je během ohřevu jímána (a během ochlazování vracena) do (z) otevřené (nebo tlakové) expanzní nádoby.
Kotle jsou na výstupech opatřeny pojistnými ventily, které je chrání před zvýšením tlaku vody nad konstrukční limit.
Plynový kotel je jištěn proti překročení maximální teploty havarijním termostatem, který je zařazen v okruhu řízení provozu hořáku.
Zplynovací kotel je chráněn proti překročení maximální povolené teploty tzv. integrovanou vychlazovací smyčkou, kterou - v případě havarijního zvýšení teploty vody v kotli - protéká studená voda z vodovodní sítě a tím vodu v kotli nuceně ochlazuje.

Rozpis materiálu včetně orientačních cen: rozpis_materialu.rtf

Požadavky na ostatní profese:

Stavba zajistí:
Kompletní odvody spalin pro zplynovací kotel na dřevo a pro plynový kotel.
Elektro zajistí:
Napojení na el. síť, napojení regulace a přístrojů podle požadavků MaR a investora. Elektrické příkony podle údajů výrobců.
ZTI zajistí:
Napojení kotle na zemní plyn, napojení zásobníků TUV na studenou vodu a rozvody TUV, odvod z přepadů pojistných ventilů, napojení vychlazovací smyčky zplynovacího kotle na dřevo (přívod vody a odpad), možnost doplňování vody do otopné soustavy.

Připomínky soutěžní poroty:
(Ing. Jiří Bašta Ph.D., předseda poroty)

1. Použití otevřené expanzní nádoby
Vzhledem k tomu, že kotle mají pojistné ventily a dřevozplynující kotel má ochlazovací smyčku, není důvod pro použití otevřené expanzní nádoby, která je současně pojistným a zabezpečovacím zařízením a její zapojení lze použít i pro odvod přebytků tepla z kotle namísto ochlazovací smyčky. Vhodnější je použití tlakové membránové EN.
2. Regulace nízkoteplotního okruhu (podlahového vytápění)
Vzhledem k zajištění regulačního rozsahu třícestné armatury je potřeba použít ještě pevného zkratu (pevný směšovací poměr ze 70°C na 45°C). I v průběhu přechodného období je pak k dispozici celý regulační rozsah třícestné armatury.
3. Použití regulačních šroubení (RŠ) u napojení kotlů je nevhodné
Pokud bychom chtěli nastavit jmenovitý průtok kotlem, pak lze použít vyvažovací ventily.