Rozvody teplé vody - III

9 Dimenzování potrubí teplé vody

Dimenzování potrubí spočívá ve stanovení výpočtového průtoku, předběžném návrhu průměru potrubí podle průtočné rychlosti, výpočtu tlakových ztrát a hydraulickém posouzení.

9.1 Stanovení výpočtového průtoku v přívodním potrubí

V současné době platí v České republice dvě metody dimenzování přívodního potrubí teplé vody. Přívodní potrubí teplé vody v některých budovách můžeme dimenzovat zjednodušenou metodou podle ČSN EN 806-3. U zjednodušené metody dimenzování odpadá stanovení výpočtového průtoku a výpočet tlakových ztrát. Podrobnou metodou podle ČSN 75 5455 můžeme použít pro dimenzování přívodního potrubí ve všech budovách. Pro porovnání uvádím ještě metodu stanovení výpočtového průtoku podle DIN 1988-3. Základní veličinou pro stanovení výpočtového průtoku jsou jmenovité výtoky vody z výtokových armatur. V tabulce 4 jsou uvedeny jmenovité výtoky podle různých norem.

Výtokové armatury	DN	Jmenovité výtoky
		Podle ČSN EN 806-3		Podle ČSN 75 5455 QA (l/s)	Podle DIN 1988-3 VR (l/s)
		QA (l/s)	LU
Výtokový ventil pro teplou vodu	15	0,2	2	0,2	0,151)
Bidetová baterie	15	0,1	1	0,1	0,07
Směšovací baterie u umyvadla nebo umývátka	15	0,1	12)	0,23)	0,07
Směšovací baterie u dřezu	15	0,2	2	0,2	0,07
Směšovací baterie sprchová	15	0,2	2	0,2	0,15
Směšovací baterie vanová	15	0,4	4	0,3	0,15
Směšovací baterie u výlevky	15	0,2	2	0,2	--
1) Výtokový ventil bez provzdušňovače proudu (perlátoru) má jmenovitý výtok VR = 0,3 l/s. 2) V administrativních budovách a prodejnách LU = 2 3) Při dimenzování potrubí, které zásobuje jen jednu směšovací baterii, je jmenovitý výtok QA = 0,13 l/s.

Tabulka 4 - Jmenovité výtoky Q_A (V_R) podle různých norem a hodnoty výtokových jednotek LU podle ČSN EN 806-3

Přívodní potrubí se dimenzuje na výpočtový (špičkový) průtok stanovený podle druhu a počtu výtokových armatur a současnosti jejich použití. Jestliže ČSN 75 5455 předpokládá zásobování výtokových armatur buď pouze teplou nebo pouze studenou vodou (počítá se s poklesem teploty teplé vody v odběrové špičce na 45 °C), potom ČSN EN 806-3 a DIN 1988-3 předpokládá směšování teplé a studené vody ve směšovacích bateriích. V těchto normách je tedy uvažováno, že teplá voda je skutečně teplá a studená voda je skutečně studená. V DIN 1988-3 se teplota teplé vody předpokládá 60 °C a teplota studené vody 15 °C. Výpočtový průtok Q_D se v uvedených normách stanovuje podle následujících vztahů, v nichž je zahrnuta současnost použití výtokových armatur. Výpočtový průtok teplé vody stanovený podle DIN 1988-3 se nejvíce blíží špičkovému průtoku, a proto je možné ho použít také pro návrh výkonu průtokových ohřívačů vody.

Rovnice křivek závislosti výpočtového průtoku na součtu výtokových jednotek podle ČSN EN 806-3 jsou uvedeny v tabulce 5.

Křivka (pro největší hodnotu výtokových jednotek LU)	Interval platnosti	Vztah
2	2 LU až 300 LU	QD = 0,146 - (ΣLU)0,43 + 0,006
3	3 LU až 300 LU	QD = 0,195 - (ΣLU)0,38 + 0,005
4	4 LU až 300 LU	QD = 0,261 - (ΣLU)0,33 - 0,012
5	5 LU až 300 LU	QD = 0,356 - (ΣLU)0,28 - 0,055
8	8 LU až 300 LU	QD = 0,465 - (ΣLU)0,22 + 0,080
15	15 LU až 300 LU	QD = 1,334 - (ΣLU)0,042 + 0,005
--	300 LU až 5000 LU	QD = 0,065 - (ΣLU)0,58 - 0,060

Tabulka 5 - Vztahy pro určení výpočtového průtoku QD (l/s) podle součtu výtokových jednotek LU pro běžné instalace podle ČSN EN 806-3

Výpočtové vztahy podle ČSN EN 806-3 je možné použít pro dimenzování přívodního potrubí v následujících budovách:

1. rodinné domy;
2. bytové domy do pěti nadzemních podlaží s jedním schodištěm, ze kterého jsou byty přímo přístupné;
3. administrativní budovy do pěti nadzemních podlaží s jedním schodištěm;
4. jednotlivé prodejny, ve kterých se voda používá pouze k osobní hygieně zaměstnanců a úklidu a nepředpokládá se hromadné a nárazové používání zařizovacích předmětů;
5. multifunkční budovy s byty, administrativními prostory a prodejnami, které splňují výše uvedená omezení.

Podle výše uvedených vztahů není možné stanovit výpočtový průtok, pokud se předpokládá nepřetržitý odběr vody z některé výtokové armatury trvající déle než 15 min.

V místě odbočení potrubí studené vody k ohřívači se výtokové jednotky teplé vody sčítají s výtokovými jednotkami studené vody.

Při dimenzování potrubí zjednodušenou metodou však není nutné výpočtové průtoky v jednotlivých úsecích potrubí počítat. Průměr potrubí je možné navrhnout přímo podle počtu výtokových jednotek - viz tabulka 6 a, b.

a) Měděné potrubí (možno použít i pro potrubí z korozivzdorné oceli)
Max.součty	LU	1	22)	10	20	50	165	430	1050	2100
Největší hodnoty	LU			5	8	8
Max. délka potrubí	m	20	15
Vnější průměr krát tloušťka stěny (da x s)	mm	12x1,0	15x1,0	18x1,0	22x1,0	28x1,5	35x1,5	42x1,5	54x2	76,1x2
DN armatur		15	15	15	20	25	32	40	50	65

b) Potrubí z PPR, PN 20
Max.součty	LU	1	22)	3	4	6	13	30	70	200	540	970
Největší hodnoty	LU					4	5	8
Max. délka potrubí	m	20	12	15	9	7
Vnější průměr krát tloušťka stěny (da x s)	mm	16 x 2,7		20 x 3,4			25x4,2	32x5,4	40x6,7	50x8,4	63x10,5	75x12,5
DN armatur		15		15			20	25	32	40	50	65

Tabulky 6 - Určení průměru potrubí d_a a jmenovité světlosti DN armatur zabudovaných do tohoto
potrubí podle součtu výtokových jednotek LU, největší hodnoty LU, materiálu a délky potrubí

Poznámky k tabulkám 6 a, b:
¹⁾ Jen jedna výtoková armatura o hodnotě výtokových jednotek LU ≤ 4.
²⁾ Jen jedna výtoková armatura o hodnotě výtokových jednotek LU ≤ 2.
Pro ostatní materiály potrubí se použijí tabulky uvedené v ČSN EN 806-3.

V ČSN 75 5455 jsou pro stanovení výpočtového průtoku uvedeny tři výpočtové vztahy

a) pro rodinné domy, bytové domy, administrativní budovy, jednotlivé prodejny (s rovnoměrným odběrem vody pouze k osobní hygieně zaměstnanců a úklidu) a hygienická zařízení pro jeden hotelový pokoj

b) pro ostatní budovy s převážně rovnoměrným odběrem vody (např. hotely, restaurace, obchodní domy a jesle)

c) pro budovy nebo skupiny zařizovacích předmětů, u kterých se předpokládá hromadné a nárazové použití výtokových armatur, např. hygienická zařízení průmyslových závodů a veřejné lázně

kde

Q_A - jmenovitý výtok jednotlivými druhy výtokových armatur a zařízení (l/s) podle tabulky 4;
f - součinitel výtoku (pro výtokové armatury teplé vody f = 1, pouze pro jednu směšovací baterii u umyvadla f = 0,65);
φ - součinitel současnosti odběru vody z výtokových armatur a zařízení stejného druhu podle tabulky 7;
n - počet výtokových armatur stejného druhu;
m - počet druhů výtokových armatur.

Pokud je součin φ_i . Q_Ai . n_i < Q_Ai, uvažuje se, že φ_i . Q_Ai . n_i = Q_Ai.

V místě odbočení potrubí studené vody k ohřívači se výpočtové průtoky studené a teplé vody nesčítají, potrubí se dimenzuje na větší z výpočtových průtoků.

Výtoková armatura pro zařizovací předměty	Součinitelé současnosti φ
Sprchy	1,0
Léčebná zařízení	1,01)
Umyvadla, umývací žlaby	0,82)
Vany, bidety	0,5
Dřezy, výlevky, pitné studánky	0,3
Tlakové splachovače pisoárových mís, nádržkové splachovače	0,2
Tlakové splachovače záchodových mís	0,1
1) Pokud není projektantem, dodavatelem nebo provozovatelem léčebných zařízení stanoven jiný součinitel současnosti. 2) Při použití výtokových armatur s menším průtokem, než je jmenovitý výtok vody podle tabulky 4, je součinitel současnosti φ = 1.

Tabulka 7 - Součinitelé současnosti odběru vody φ z výtokových armatur a zařízení stejného druhu

Podle DIN 1988-3 se výpočtový průtok stanovuje v závislosti na součtu jmenovitých výtoků výtokových armatur. Pro různé budovy se používají různé křivky závislosti (výpočtové vztahy - viz tabulka 8). Při volbě výpočtového vztahu se přihlíží k použití výtokových armatur o jmenovitém výtoku Q_A = 0,5 l/s a větším (u výtokových armatur teplé vody se tak vysoký jmenovitý výtok nevyskytuje). Pokud úsek potrubí takové armatury zásobuje, použije se výpočtový vztah s rozsahem platnosti nad 1,0 l/s (ΣV_R > 1,0) a při součtu jmenovitých výtoků ΣV_R = 0,5 až 1,0 l/s je výpočtový průtok VS roven součtu jmenovitých výtoků. V místě odbočení potrubí studené vody k ohřívači se součet jmenovitých výtoků teplé vody přičítá k součtu jmenovitých výtoků studené vody. Pro vnitřní vodovody v budovách, které nejsou v normě vyjmenovány, nelze podle této normy výpočtový průtok stanovit.

Křivka	Rozsah platnosti	Výpočtový vztah
A - obytné a administrativní budovy	ΣVR > 1,0	VS = 1,7 . ( ΣVR)0,21 - 0,7
B - obytné a administrativní budovy	0,07 < ΣVR ≤ 20	VS = 0,682 . ( ΣVR)0,45 - 0,14
C - administrativní budovy	ΣVR > 20	VS = 0,4 . ( ΣVR)0,54 + 0,48
D - hotely, obchodní domy, lůžková část nemocnic	1,0 < ΣVR ≤ 20	VS = ( ΣVR)0,366
E - hotely, obchodní domy, lůžková část nemocnic	0,1 < ΣVR ≤ 20	VS = 0,698 . ( ΣVR)0,5 - 0,12
F - hotely	ΣVR > 20	VS = 1,08 . ( ΣVR)0,5 - 1,83
G - obchodní domy	ΣVR > 20	VS = 4,3 . ( ΣVR)0,27 - 6,65
H - lůžková část nemocnic	ΣVR > 20	VS = 0,25 . ( ΣVR)0,65 +1,25
I - školy	1,5 < ΣVR ≤ 20	VS = 4,4 . ( ΣVR)0,27 - 3,41
K - školy	ΣVR > 20	VS = -22,5 . ( ΣVR)-0,5 + 11,5

Tabulka 8 Výpočtové vztahy pro určení výpočtového průtoku V_S (l/s) podle součtu jmenovitých výtoků výtokových armatur ΣV_R (l/s)

9.2 Stanovení výpočtového průtoku cirkulace teplé vody

Výpočtový průtok cirkulace teplé vody se stanovuje za předpokladu nulového odběru vody výtokovými armaturami podle tepelných ztrát přívodního potrubí. U rozsáhlých rozvodů teplé vody je pro přesné dimenzování cirkulačního potrubí nutné použití výpočetní techniky. Při ručním výpočtu méně rozsáhlých rozvodů je možné použít dále uvedenou zjednodušenou metodu.

Délková tepelná ztráta úseku přívodního potrubí q_t (W/m) se stanoví podle vztahu

Tepelné ztráty jednotlivých úseků přívodního potrubí q (W) se stanoví podle vztahu

Tepelná ztráta celého přívodního potrubí (všech úseků) q_c (W) se stanoví podle vztahu

kde

l je délka úseku přívodního potrubí (m) včetně délkových přirážek na neizolované armatury (1,6 m na armaturu) a upevnění potrubí (10 až 20 % délky tepelně izolovaného potrubí);
U - součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky (W/m.K) pro příslušný úsek přívodního potrubí podle vtahu v odstavci 8;
t_stř - střední teplota vody v úseku přívodního potrubí (°C);
t_vzd - teplota vzduchu v okolí tepelné izolace potrubí (°C);
n - počet úseků přívodního potrubí.

Výpočtový průtok cirkulace teplé vody v místě napojení potrubí na ohřívač Q_c (l/s) se stanoví podle vztahu

kde

q_c je tepelná ztráta celého přívodního potrubí (W);
Δt - rozdíl teplot mezi výstupem přívodního potrubí z ohřívače teplé vody a jeho spojením s cirkulačním potrubím (nejvýše 3 K).

Obr.5 - Rozdělení cirkulačních průtoků v přívodním a cirkulačním potrubí
Q, Q_a, Q_b - cirkulační průtoky v jednotlivých úsecích, q_a, q_b - tepelné ztráty jednotlivých úseků

Rozdělení cirkulačních průtoků v přívodním a cirkulačním potrubí (viz obr. 5) se stanoví podle vztahů

kde

q_a a q_b jsou tepelné ztráty jednotlivých úseků přívodního potrubí (W);
Q_a a Q_b - výpočtové průtoky cirkulace teplé vody (cirkulační průtoky) v jednotlivých úsecích přívodního a jemu odpovídajícího cirkulačního potrubí (l/s);
Q - výpočtový průtok cirkulace teplé vody (cirkulační průtok) (l/s) v přívodním nebo cirkulačním potrubí do nebo z dvou úseků.

Vypočtené cirkulační průtoky se podle potřeby zvýší, aby průtočná rychlost vody v cirkulačním potrubí byla alespoň 0,3 m/s (u měděného potrubí alespoň 0,2 m/s). Při těchto průtočných rychlostech je omezeno usazování kalu v potrubí.
Poslední vztah musí platit i po úpravě cirkulačních průtoků.

9.3 Předběžný návrh světlosti potrubí

Světlost potrubí se předběžně stanoví tak, aby průtočná rychlost v přívodním potrubí byla pokud možno nejméně 0,5 m/s a v cirkulačním potrubí nejméně 0,3 m/s (u měděného potrubí alespoň 0,2 m/s). Nejvyšší průtočné rychlosti, které nesmí být překročeny, jsou uvedeny v tab. 9. Pokud výrobce potrubí nestanoví jinak, nemá být v prostorech, kde nesmí být překročena požadovaná hladina hluku, průtočná rychlost v kovovém přívodním potrubí vyšší než cca 1,5 m/s a v plastovém přívodním potrubí cca 2,0 m/s.

Materiál potrubí	Nejvyšší průtočné rychlosti v přívodním potrubí při výpočtovém průtoku (m/s)	Nejvyšší průtočné rychlosti v cirkulačním potrubí nebo přívodním potrubí při nepřetržitém odběru vody trvajícím déle než 30 min. (m/s)
Ocelové pozinkované potrubí	1,7	0,8
Potrubí z nerez. oceli	2,0	1,0
Měděné potrubí	2,0	0,5
Potrubí z plastů nebo s vnitřním plast. povrchem	3,0	1,5

Tabulka 9 - Nejvyšší průtočné rychlosti v potrubí

9.4 Hydraulické posouzení navrženého potrubí

Při hydraulickém posouzení se u přívodního potrubí prokazuje nerovnost

kde

p_dis je dispoziční přetlak v místě napojení vodovodní přípojky na vodovodní řad pro veřejnou potřebu (kPa),
p_minFl - minimální požadovaný hydrodynamický přetlak u nejvyšší výtokové armatury,
Δp_e - tlaková ztráta (snížení tlaku) způsobená rozdílem mezi výškovou úrovní nejvyšší výtokové armatury a místa napojení vodovodní přípojky na vodovodní řad pro veřejnou potřebu (kPa),
Δp_WM - tlakové ztráty vodoměrů podle dokumentace výrobce,
Δp_Ap - tlakové ztráty napojených zařízení, např. průtokových ohřívačů vody nebo zařízení pro úpravu vody (kPa), podle dokumentace výrobce,
Δp_příp - součet tlakových ztrát třením a místními odpory ve vodovodní přípojce a případném přívodním potrubí vnitřního vodovodu vně budovy (kPa),
Δp_vv - součet tlakových ztrát třením a místními odpory v potrubí vodovodu uvnitř budovy (kPa), při hydraulickém posouzení vnitřního vodovodu dimenzovaného podle ČSN EN 806-3 se předpokládá Δp_vv = 150 kPa.

U cirkulace teplé vody se při hydraulickém posouzení stanovuje dopravní výška cirkulačního čerpadla H (m) podle vztahu

kde

Δp_RF jsou tlakové ztráty vlivem tření a místních odporů v potrubí (kPa).

Tlakové ztráty vlivem tření o stěny trubek a místních odporů v potrubí Δp_RF (kPa) se stanoví buď přesně podle vztahu

kde

l je délka posuzovaného úseku potrubí (m);
R - délková tlaková ztráta třením (kPa/m) podle tabulek v ČSN 75 5455 nebo výrobce potrubí; Δp_F - tlaková ztráta vlivem místních odporů (kPa) v závislosti na součtu součinitelů místních odporů ζ podle ČSN 75 5455;
n - počet posuzovaných úseků;

nebo, pokud je dispoziční přetlak dostatečný, přibližně podle vztahu

kde

l je délka posuzovaného úseku potrubí (m);
R - délková tlaková ztráta třením (kPa/m) podle tabulek v ČSN 75 5455 nebo výrobce potrubí;
a - součinitel vlivu místních odporů, který má u přívodního potrubí hodnotu a = 2 až 3 podle množství místních odporů v potrubí;
n - počet posuzovaných úseků.

Volbu hodnoty součinitele vlivu místních odporů je třeba zvážit podle členitosti trasy potrubí. U přívodního potrubí v rodinných domech a = 3. Rovněž při větším množství ohybů a U-kompenzátorů může i u rozsáhlého přívodního potrubí dosahovat hodnoty a = 3. V běžných případech dosahuje u rozsáhlého přívodního potrubí hodnoty a = 2.

U cirkulačního potrubí platí zásada stejných tlakových ztrát ve všech okruzích. Proto se u kratších okruhů osazují regulační ventily, pomocí kterých se zvyšuje tlaková ztráta kratších okruhů, aby se rovnala tlakové ztrátě okruhů delších.

Literatura

Vyhláška č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu
Vyhláška 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům
ČSN 06 0320: 2006 Tepelné soustavy v budovách - Příprava teplé vody - Navrhování a projektování
ČSN EN 806-1 (73 6660): 2002 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. Část 1: Všeobecně
ČSN EN 806-2 (75 5410): 2005 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. Část 2: Navrhování
ČSN EN 806-3 (75 5410): 2006 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. Část 3: Dimenzování potrubí - Zjednodušená metoda (+ OPRAVA 1)
prEN 806-4 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. Část 4: Montáž (konečný návrh evropské normy)
ČSN 73 6660: 1984 Vnitřní vodovody (+ ZMĚNA 1 a ZMĚNA Z2)
ČSN 75 5455: 2007 Výpočet vnitřních vodovodů
DIN 1988-3 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen (TRWI) Ermittlung der Rohrinnendurchmesser. Technische Regel des DVGW