Regulace podlahového, stropního a stěnového vytápění a chlazení (I)
Tepelná pohoda je nejdůležitějším parametrem, který ovlivňuje náš komfort ve vytápěných či chlazených prostorech. Právě tepelná pohoda je výsledkem snahy projektantů vytápění, chlazení a vzduchotechniky. Zajištění tepelné pohody však není snadné a vyžaduje notnou dávku zkušeností a to nejen při projektování, ale také při realizaci a v neposlední řadě při správném nastavení provozních parametrů otopné či chladící soustavy. Součinnost všech profesí souvisejících s realizací otopné či chladící soustavy je nezbytná. V předcházejících ročnících firemních seminářů jsme Vám podali mnoho důkazů o tom, že správně vyvážená soustava vykazuje požadované výkonové parametry a v součinnosti s profesí MaR je možno takovou soustavu efektivně a spolehlivě ovládat a nastavovat její provozní parametry. Pokud jsou soustavy nevyvážené, jsou velmi nestabilní a po zásahu systému MaR nepracují zařízení v požadovaném režimu.
Obr. 1.1 - Diagram závislosti tepelné pohody na teplotě vzduchu a teplotě stěn
V praxi se setkáváme s mnoha způsoby řešení vytápění a chlazení. Moderní budovy jsou dnes stavěny z materiálů, které vykazují vysoké tepelné odpory. Rostoucí ceny energií nás nutí stavět budovy, které nám zajistí stále se zvyšující požadavky na tepelnou pohodu a současně budou provozovány s minimálními náklady. Velký důraz je kladen na hygienu prostředí, především na správné a dostatečné prosvětlení prostor. Proto se stále více uplatňují větší prosklené plochy s kvalitním zasklením. Požadavkem pro zajištění tepelné pohody je pak minimální teplota skleněné tabule v interiéru nad 14°C.
Moderní nízkoenergetické budovy jsou z pohledu teplotních změn, způsobených výkyvy počasí, velmi stabilní a časová prodleva, ve které se změna počasí projeví na vnitřním klima budovy, je poměrně značná. Moderní systémy jsou schopny reagovat na tyto změny s dostatečným časovým předstihem. Největším problémem z pohledu tepelné pohody je vyrovnání tepelných zisků z oslunění a tepelných zisků vnitřních (kancelářská technika, osoby, vaření, osvětlení ). Obdobným problémem je ohřev studeného vzduchu v zimních měsících, který je potřebný pro dodržení hygienicky nutné výměny vzduchu. Právem tedy očekáváme, že instalovaná zařízení splní svůj účel v okamžiku, kdy je vydán pokyn pro chlazení či topení, což přímo souvisí se správnou dodávkou teplonosné látky.
Standardem je již dnes vybavení domů či administrativních budov výpočetní technikou, elektronikou a dalšími elektrickými spotřebiči. Počasí je v posledních dobách díky globálnímu oteplování velmi nestabilní a výkyvy teplot v letních měsících ukazují, že je nutno objekty chladit. Firmy Heimeier a Tour & Andersson tento trend vnímají a jejich produkce výrobků se stále více zaměřuje právě na chladící systémy. Snaží se nabídnout takové komponenty, které pomohou zvládnout regulační procesy nově navrhovaných systémů a umožní jejich kvalitní řízení.
Díky malým tepelným ztrátám je dnes spotřeba energie na vytápění menší než spotřeba energie na chlazení. Je proto žádoucí provozovat tyto systémy s minimálními náklady. Jedním z důležitých faktorů ovlivňujících ekonomiku provozu je správné vyvážení otopné či chladící soustavy, neboť nejčastěji je nositelem výkonu proudící teplonosná látka. Nadprůtoky a podprůtoky otopné a chladící teplonosné látky negativně ovlivňují provoz chladičů a ohřívačů a mnohdy způsobí špatnou funkci jinak dobře provedeného díla. V poslední době je stále více kladen požadavek na to, aby chladiče a ohřívače byly ukryty v konstrukcích či podhledech a nerušily estetiku prostředí. Takovéto požadavky byly v minulosti ztěží realizovatelné, neboť škála produktů, kterými by se daly tyto požadavky realizovat, byla nedostatečná.
V současné době se u vytápění nejčastěji setkáváme s aplikacemi plošného podlahového vytápění. S rozvojem temperování ploch topnými okruhy umístěnými přímo v konstrukci se stále častěji objevuje také stěnové vytápění. Objevují se také kombinace podlahového a stěnového vytápění. Dalším ze způsobů plošného vytápění je vytápění stropní. Jeho projektování je náročnější, neboť je nutno zajistit tok teplého vzduchu směrem dolů, vyřešit ohřev chladného vzduchu z okenních ploch a také zajistit nepřekročení teplotního gradientu v obytných místnostech (max. 3°C). Je-li tento způsob vytápění aplikován v obytných budovách, je požadavek na maximální teplotu média do 40°C. Takovéto systémy lze však úspěšně vyřešit a uvést do provozu, přičemž jedním se základních požadavků je opět správné zatékání teplonosné látky, neboť nadprůtok zde způsobuje překročení hygienických limitů a disfunkci systému. Další variantou je stropní sálavé vytápění. Obliba tohoto způsobu vytápění je především v průmyslu, kde se využívá sálavé složky topné plochy, která je zajištěna vysokou teplotou teplonosné látky.
Chlazení budov prošlo v poslední době také mimořádnými změnami a inovacemi a výrobci nabízejí různá provedení chladičů pro aplikaci do různých stavebních konstrukcí. Nejvíce používanými jsou fan-coily. Fan-coil má obvykle dva výměníky, jeden vytápěcí a druhý chladící. Jsou napojeny na potrubí chlazení nebo vytápění. Termostat v místnosti ovládá regulační ventil na topném nebo chladícím okruhu a podle požadavku na teplotu místnosti vydává pokyny topit nebo chladit.
Spolehlivým způsobem, jak ochladit prostor, je využít plochy stropu, kde se akumuluje teplý vzduch. Stropní chlazení se nejčastěji realizuje pomocí chladících trámů nebo kazet, kterými proudí chladící teplonosná látka. Přenos chladícího výkonu se uskutečňuje radiací a konvekcí studeného vzduchu směrem k podlaze. Plocha stropu umožňuje dosažení požadovaného chladícího výkonu i při malých chladících výkonech na m2 s minimalizací vzniku rizika kondenzace vodní páry.
Všechny výše popsané způsoby vytápění a chlazení mají jeden společný požadavek. Všechny potřebují ke své funkci topnou nebo chladící teplonosnou látku v požadovaném množství. Je tedy nutno zajistit správný průtok jednotlivými okruhy, smyčkami, kazetami, atd. a tak zároveň zajistit předání požadovaného výkonu dané podlahové, stěnové nebo stropní ploše. Nedodržení tohoto požadavku má za následek nesprávnou funkci systému a provozní problémy, které ve velké míře způsobí nedodržení požadované tepelné pohody. Dalším přínosem vyvážení celé soustavy je ekonomický provoz soustavy včetně oběhových čerpadel. Ta jsou totiž seřízena na nezbytné minimum otáček a spotřeba elektrické energie odpovídá výkonu instalované soustavy.
Moderní systémy jsou schopny pracovat ve velké škále výkonů a jsou schopny se velmi rychle přizpůsobovat novým požadavkům na právě potřebný výkon. V souvislosti s tím je stále více kladen důraz na rychlé a spolehlivé regulační prvky, které zvládnou zpracovat regulační procesy v požadovaném čase a požadované kvalitě. S problematikou hydronického vyvážení otopných nebo chladících soustav máme velmi bohaté zkušenosti. Regulační prvky Heimeier a Tour & Andersson jsou aplikovány v tisících stavbách v České republice a v mnoha případech dokázaly vyřešit téměř neřešitelné provozní problémy.
Předmětem letošního příspěvku je soubor inspirací, jak vyřešit a zajistit spolehlivý provoz podlahového, stěnového a stropního chlazení, především z pohledu správného vyvážení soustavy regulačními prvky Heimeier a Tour & Andersson. Firma Heimeier kromě toho nabízí i ucelenou řadu pohonů pro řízení regulačních armatur, které jsou schopny pracovat s každým systém MaR, který se v současné době používá.
1.1. Podlahové topné systémy
Obr. 1.2 - Podlahové vytápění - ilustrační
Podlahové topné systémy pracují zpravidla s velmi malými teplotními spády, obvykle kolem 5 - 10°C. Množství teplonosné látky je větší než u běžných okruhů s otopnými tělesy. Je tedy kladen důraz na správné zatékání teplonosné látky do jednotlivých smyček. Při podprůtoku je teplonosná látka vychlazována příliš a dochází k nedostatečnému výkonu podlahové plochy, což má za následek pokles povrchové teploty podlahy a současně pokles tepelné pohody vlivem podchlazení jedné z okolních ploch daného prostoru. Při nadprůtoku je výkon podlahové plochy větší než požadovaný, teplonosná látka není řádně vychlazována a dochází k přehřívání podlahových ploch nad hygienicky daná maxima. V tomto prostoru je také narušena tepelná pohoda, protože přílišné teplo v oblasti nohou vyvolává po delší době pocity dušnosti a nevolnosti. Jistou výhodou podlahového plošného vytápění je jeho setrvačnost, která eliminuje z části výše popsané jevy.
Standardními aplikacemi podlahového vytápění jsou rodinné domky. Nejčastěji se temperuje první nadzemní podlaží a druhé nadzemní podlaží je vytápěno otopnými tělesy. Další variantou použití podlahového vytápění v rodinných domcích je temperování podlahové plochy v předsíni, koupelně, popř. před kuchyňskou linkou a všude tam, kde je použita keramická dlažba. Podlahové vytápění si našlo své uplatnění i v garážích. Výhodou je nižší teplota vzduchu než u klasického konvekčního vytápění radiátory a prostorová nenáročnost. V deštivých obdobích a v zimních měsících je zajištěno vysychání podlahy od úkapů z vozidla.
1.1.1. Temperování podlahové plochy
Požadujeme-li pouze temperování podlahové plochy, abychom odstranili pocit studené podlahy, můžeme k regulaci těchto podlahových ploch využít několik regulačních sestav z produkce firmy Heimeier. Nejčastějšími aplikacemi jsou koupelny a předsíně.
1.1.1.1. RTL
Heimeier nabízí použití regulátoru teploty zpětné teplonosné látky RTL. Ventil RTL je určen k instalaci do zpátečky. Konstrukce ventilu je uzpůsobena tak, že teplotu teplonosné látky snímá kuželka ventilu, která přenáší teplo do speciální hlavice ventilu RTL. Předpokladem pro použití ventilu RTL je maximální teplota přívodní topné vody do 50°C (hygienický limit v ČR). Ventil se nastavuje v teplotním rozsahu 10 - 50°C. Intenzitu podlahového vytápění je možno měnit změnou nastavení teploty zpětné vody.
Obr. 1.3 - Řez ventilem RTL
Při temperování podlahových ploch musí výkon podlahové plochy pokrýt minimálně ztrátu podlahové konstrukce prostupem. V novostavbách, které jsou již stavěny na základě požadavků nové normy ČSN 73 0540, je možno krýt podlahovou plochou celkovou tepelnou ztrátu místnosti nebo pouze tepelné ztráty konstrukcí. Doplňkové otopné těleso zajišťuje výkon potřebný pro ohřev vzduchu, nutného pro zajištění požadované intenzity výměny vzduchu. Nejčastěji se používají různé varianty otopných žebříků.
Obr. 1.4 - Příklad použití RTL v temperovaných podlahách
Pracuje-li systém vytápění s maximální teplotou 50°C, např. u otopných soustav s kondenzačními kotli, lze aplikovat další z možných způsobů zapojení otopného tělesa spolu s podlahovým vytápěním.
Okruh podlahového vytápění je napojen na rozdělovač a sběrač podlahových okruhů. Teplonosná látka protéká přívodní trubkou podlahového vytápění do jednotrubkového šroubení, kde se dělí dle nastaveného poměru zatékání tak, že určitý díl průtočného množství vstupuje do otopného tělesa. Celkové průtočné množství vystupující z připojovacího šroubení je ochlazeno v závislosti na podílu průtoku teplonosné látky otopným tělesem. Výkon otopného tělesa ovládá termostatická hlavice. Je-li otopné těleso uzavřeno, topí pouze podlahové vytápění. Celkový požadovaný topný výkon se rozdělí mezi otopné těleso a podlahové vytápění. Doporučujeme podlahové vytápění navrhnout pouze k temperování podlahové plochy tak, aby instalace otopného tělesa nebyla zbytečná.
Otopné žebříky lze připojit Ventilem E-Z v jednotrubkovém provedení. Poměr dělení průtoků je 35% / 65%. Do otopného tělesa může zatékat maximálně 35% z celkového průtoku podlahovým okruhem. Ventil E-Z se osadí termostatickou hlavicí. Výhodou jednobodového připojení pomocí ventilu E-Z je možnost osazení volného vývodu otopného žebříku elektrickou topnou tyčí, kterou lze žebřík vytápět i mimo topnou sezónu např. k vysoušení textilií.
Obr. 1.5 -Ventil EZ pro jednotrubkové soustavy v kombinaci s temperovanou podlahou
Při návrhu otopného tělesa typu VK se navrhne připojovací šroubení Vekolux pro jednotrubkové soustavy s dělením průtoku 50/50. Maximální průtok do otopného tělesa je tedy 50%. Ventilová vložka se nenastavuje a ponechá se na maximálním nastavení, protože dispoziční tlak pro otopné těleso není příliš velký a nastavením ventilové vložky na nižší stupně přednastavení by otopné těleso přestalo topit. Ventilová vložka Heimeier se tedy ponechá nastavena na stupeň číslo 6, který je standardně nastaven z výroby.
Obr. 1.6 - Šroubení Vekolux v kombinaci s temperovanou podlahou
U otopných soustav, které pracují s vyšší teplotou přívodu než 50°C se doporučuje instalovat před podlahovou plochu sloužící k temperování tzv. vychlazovací zónu, která je vytvořena otopným tělesem. Na přívodní potrubí se napojí přes radiátorový ventil s termostatickou hlavicí otopné těleso. Dle tlakové diference je možno zvolit ventil samotížný, Standard bez přednastavení nebo V-exakt s přednastavením. Na vývod otopného tělesa se instaluje ventil RTL, který je tak zapojen na začátku podlahového okruhu. Maximální nastavitelná teplota ventilu RTL je 50°C, čímž je zajištěno, že do podlahového vytápění nebude vpuštěna teplejší teplonosná látka. Vzniklý teplotní rozdíl mezi přívodní teplotou např. 75°C a maximální teplotou RTL = 50°C bude vychlazen na otopném tělese. V případě dosažení požadované teploty vnitřního vzduchu dojde k uzavření otopného tělesa termostatickou hlavicí.
Obr. 1.7 - Zapojení RTL s vychlazovací zónou
1.1.1.2. Multibox K
Novinkou firmy Heimeier pro temperování podlahových ploch je Multibox. Jedná se o regulační komplet, který je určen pro temperování podlahových ploch do 20 m2. Vyrábí se ve třech provedeních. Společným znakem je instalace na zpátečku podlahového okruhu. Multibox obsahuje odvzdušňovací ventil, který slouží k odvzdušnění a zavodnění podlahové smyčky a je určen pro instalaci do svislých konstrukcí. Multibox je vhodný především u nízkoteplotních otopných soustav s kondenzačními kotli.
Multibox K je určen pro regulaci podlahových ploch dle teploty vnitřního vzduchu. Teplota vnitřního vzduchu se nastaví na termostatické hlavici K, která je osazena na radiátorovém ventilu. Součástí Multiboxu K je regulační šroubení pro zmaření přebytečné tlakové dispozice. Multibox K se navrhuje nejčastěji na pásmo proporcionality 2K a na průtočné množství odpovídající maximálnímu výkonu okruhu. Doporučená maximální tlaková ztráta regulačního ventilu je 30 kPa pro zajištění bezhlučného provozu. Předpokladem pro aplikaci Multiboxu K je max. teplota vstupní vody do podlahového okruhu 50°C (v případě vyšších teplot je třeba provést některé úpravy dle předchozích odstavců).
1.1.1.3. Multibox RTL
Slouží k regulaci podlahové plochy na základě maximální teploty podlahy. Multibox RTL tedy slouží jako omezovač maximální teploty zpátečky obdobně jako samostatný ventil RTL. Multibox RTL má však větší hodnotu Kvs a může být aplikován i v soustavách s malým dispozičním tlakem či na koncích topných soustav.
1.1.1.4. Multibox K-RTL
Regulace podlahového okruhu zajišťuje termostatická hlavice osazená na radiátorovém ventilu a ventil RTL. Podlahový okruh je regulován dle vnitřní teploty vzduchu a zároveň dle teploty zpátečky podlahového okruhu. Bude-li teplota vzduchu v interiéru vyšší než teplota nastavená na termostatické hlavici, dojde k uzavření podlahového okruhu. Bude-li teplota vzduchu v místnosti pod hodnotou nastavenou na termostatické hlavici, je zajištěna regulace podlahového okruhu ventilem RTL, který hlídá maximální teplotu zpátečky dle nastavené hodnoty od 10 - 50°C. Ventil RTL bude tedy zajišťovat omezení průtoku podlahovým okruhem podlahy např. v případech, kdy se bude místnost větrat a termostatická hlavice se otevře. V těchto případech, zvláště pokud se teplota přívodní vody blíží k 50°C, by se mohlo stát, že se otopná plocha nahřeje příliš a po uzavření okna dojde k přetopení místnosti vlivem tepelné setrvačnosti podlahové plochy. Ventil RTL eliminuje tyto stavy.
 Multibox K |
 Multibox RTL |
 Multibox K-RTL |
Legenda:
- Montážní skříň (podomítkové provedení)
- Odvzdušňovací - proplachovací ventil
- Těleso ventilu
- Termostatická hlavice K
- Uzavírací a regulační vřeteno
- Omezovač teploty vratné teplonosné látky (RTL)
Naší doménou jsou vysoce efektivní řešení pro HVAC soustavy: udržování tlaku a kvality vody; vyvažování, regulace a ovládání; termostatická regulace včetně unikátní technologie AFC® s Eclipse Inside. Produkty značek Heimeier, TA a Pneumatex šetří čas, ...