Umístění regulačního ventilu s termostatickou hlavicí pod otopným tělesem

Co nejhospodárnější provoz zařízení předpokládá dvě základní podmínky: individuální regulaci teploty otopného tělesa v každé vytápěné místnosti a hydraulické vyvážení (vyregulování) otopné soustavy. Individuální regulace přímo souvisí s použitím regulačního ventilu otopných těles, nejčastěji osazených termostatickou hlavicí. Označme tedy ventily otopných těles s termostatickou hlavicí jako termostatické ventily - TRV.

Je známá definice TRV, že to jsou přímé (dříve přímočinné, tj. bez přívodu pomocné energie) proporcionální regulátory (zdvih kuželky závisí přímo úměrně na rozdílu teplot, tj. teploty zadané a teploty v místnosti) s malým pásmem proporcionality X_p.

Vývoj deskových otopných těles (dále OT), jejich hydraulického připojení a provedení propojovacích garnitur pokročil tak daleko, že se dnes setkáváme s elegantním řešením, kdy je TRV umístěn ve středu délky pod otopným tělesem. Toto provedení nás však nutí zamyslet se nad několika otázkami. Jaká bude rychlost reakce takto umístěné hlavice? Bude zachována snadná údržba a čistota hlavice? Zůstane zachováno číslo nastavení na hlavici, jako bylo při umístění na straně tělesa?

Obr. 1 - Deskové otopné těleso s postranním integrovaným ventilem a připojením zdola

Obr. 2 - Deskové otopné těleso s TRV umístěným ve středu pod tělesem

Termostatická hlavice, která je umístěna pod OT, je vystavena jiným okrajovým podmínkám z hlediska proudění a sdílení tepla. Působení sálání můžeme považovat za téměř shodné. Termostatická hlavice na straně tělesa je mírně osálána zahřátou bočnicí deskového OT. Na termostatickou hlavici umístěnou pod OT působí sálání průmětné spodní plochy OT (tj. L1xB). Vzhledem k tomu, že ve spodních sběrných komorách OT je teplota srovnatelná s teplotou horní části bočnice OT, jsou podmínky osálání termostatické hlavice přibližně stejné.

U termostatické hlavice umístěné pod OT však nastávají jiné podmínky přestupu tepla konvekcí na povrchu hlavice. Díky přirozenému vztlaku a "komínovému efektu", který vytváří OT, dochází ke zvýšení rychlosti proudění vzduchu okolo termostatické hlavice. Vícedesková OT, tj. zdvojená a ztrojená, vytvářejí přirozenou konvekční šachtu (obr. 3). Ale i jednoduché OT typu 10 či 11 vytváří po instalaci polootevřenou šachtu se zadní instalační stěnou. Působí zde přirozený vztlak, daný výškou OT a rozdílem teplot, resp. hustot vzduchu (Δp = Δρ.g.H). Přirozený vztlak svým účinkem zvýší rychlost proudění vzduchu na spodní vstupní straně OT, tj. v okolí termostatické hlavice, umístěné pod OT. To způsobí intenzivnější přestup tepla na termostatické hlavici a její rychlejší reakci na změny okolních parametrů. Rychlostní pole vedené v rovině řezu svislé, středem OT a na začátku délky OT, vidíme na obr. 4 a 5.

Obr. 3 - Způsoby proudění vzduchu u otopných těles

Obr. 4 - Zobrazení vektorů rychlostí proudění vzduchu ve vertikálním řezu místností na počátku otopného tělesa wmin = 0,25.10-2 m/s, wmax = 0,2 m/s

Obr. 5 - Zobrazení vektorů rychlostí proudění vzduchu ve vertikálním řezu místností uprostřed délky otopného tělesa wmin = 0,041.10-2 m/s, wmax = 0,54 m/s

Díky vyšším rychlostem proudění vzduchu okolo termostatické hlavice a umístění termostatické hlavice v malé výšce nad podlahou dochází k většímu usazování prachových částic z vytápěného prostoru na povrchu hlavice. S ohledem na dobrou čistitelnost, resp. k občasné možnosti otření hlavice je rozumné neinstalovat pod OT hlavice s žebry a vzduchovými štěrbinami, ale respektovat nový přístup výrobců hlavic. Ti nám nabízejí hlavice s hladkým, neprofilovaným povrchem bez žeber a vzduchových mezer. Pokud budeme uvažovat běžný stupeň zaprášení hlavice, není třeba se obávat jakéhokoli nepříznivého vlivu na funkci hlavice.

Nastavení hlavice umístěné pod OT může být oproti nastavení hlavice umístěné na straně OT odlišné. Vše závisí na teplotním profilu vzduchu ve vytápěném prostoru a na způsobu návrhu OT. Pokud bude OT navrženo správně, jak z hlediska tepelné bilance, tak z hlediska délky okna, bude teplotní profil značně vyrovnaný (obr. 6). Pokud bude OT příliš krátké, navrhované s nepřiměřeně vysokou jmenovitou teplotou, dojde k deformaci teplotního profilu. V prvním případě, vyrovnaného teplotního profilu, nebude změna nastavení hlavice téměř postižitelná. V druhém případě, kdy je v oblasti kotníků výrazně nižší teplota, bude muset být hlavice nastavena na nižší hodnotu, aby nedocházelo k přetápění.

Důsledkem různého proudění vzduchu ve vytápěném prostoru jsou odlišné teplotní profily. V případě volně instalovaného tělesa pod oknem u obvodové konstrukce dostaneme pro různé střední teploty a typy těles teplotní profily prezentované na obr. 6. Z obrázku je patrné, že pokud chceme dostat co nejvíce vyrovnaný (optimální) teplotní profil, je třeba volit těleso co nejdelší a se správně určeným teplotním spádem na soustavě resp. střední teplotou otopného tělesa.

Obr. 6 - Vertikální teplotní profil při vytápění deskovým otopným tělesem

Někdy slyšíme nebo dokonce čteme údaj od výrobců TRV, že např. číslu 3 na hlavici odpovídá teplota ve vytápěném prostoru 20 °C. Tento údaj je značně zkreslující a obecně zavádějící. Toto tvrzení obstojí pouze za přesně definovaných a jediných laboratorních podmínek. Požadované nastavení, pro získání určité teploty, ovlivní především vazba TRV (regulačního ventilu s proporcionálním regulátorem, tj. termostatickou hlavicí) s OT. Ukázku, jak se změní výkon OT a tudíž i teplota vzduchu ve vytápěném prostoru, vidíme na obr. 7. Výsledná charakteristika, která je závislostí tepelného výkonu na regulačním zásahu (v obr. na změně zdvihu ventilu), odpovídá potřebnému nastavení čísla na hlavici. Výslednou charakteristiku však dostaneme složením charakteristiky OT a charakteristiky TRV. Charakteristika OT má různý průběh závislý především na teplotním exponentu OT, tj. na druhu a typu OT. Nenechme se proto zmást tím, že je na obr. 7 zakreslena pouze jedna možnost. Rovněž tak i charakteristika TRV má různé tvary a průběhy. Ty závisí na tom, zda se jedná o ventil lineární, rovnoprocentní (ekviprocentní) apod. A rovněž na tom, s jakou autoritou ventil pracuje. Tedy jaké jsou tlakové poměry v potrubní síti, jaké je přednastavení na ventilu a jaké je nastaveno číslo na hlavici.

Obr. 7 - Spojením charakteristiky otopného tělesa a ventilu
získáme výkonovou charakteristiku otopného tělesa s ventilem

Tím, že výsledná charakteristika vzniká složením obou předchozích (OT + TRV) a ty mohou mít každá jiný průběh, je výsledná charakteristika pokaždé jiná. Je tedy bezpředmětné uvažovat o tom, že číslu 3 na hlavici odpovídá teplota vzduchu 20 °C. Hlavice je nastavitelná právě proto, aby si každý uživatel mohl zajistit individuální požadavky na tepelnou pohodu. A je lhostejné, zda bude pro uživatele pouze orientační číslo na hlavici 1 či 5.

Použité zdroje:
[1] Bašta, J.: Otopné plochy. Praha: Ediční středisko ČVUT, 2001. - 328 s. - ISBN 80-01-02365-6.
[2] Bašta, J.: Hydraulika a řízení otopných soustav. Praha: Ediční středisko ČVUT, 2003. - 252 s., 209 obr., ISBN 80-01-02808-9.
[3] Bašta, J.: CFD und neue Auffassung des Heizkörperentwurfs. In: Heizung Lüftung/Klima Haustechnik, Bd. 54, 3/2003. s. 36-41. ISSN 1436-5103.