Jednotrubková otopná soustava a tepelné čerpadlo
Optimálně navržená jednotrubková otopná soustava je jednoduchá na instalaci, šetří materiál a spolehlivě řeší individuální regulaci vytápění jednotlivých místností. Její použití je výhodné i s tepelným čerpadlem.
V současné době se ze všech stran na stavebníky řítí informace o tom, jak je nutné šetřit energie s ohledem na ochranu životního prostředí. Samozřejmě i stavebníci kladou budoucí provozní úspory při vytápění na první místo. Kritériem jejich volby by měla být i jednoduchost otopné soustavy.
Stále oblíbenějším zdrojem tepla v novostavbách je tepelné čerpadlo, především druh vzduch-voda. Jeho úsporný potenciál je založen na využití otopné vody s nízkou teplotou. Obvykle se otopná soustava napojená na TČ navrhuje na maximální teplotou otopné vody do 55 °C. Nízká tepelná ztráta novostaveb umožňuje instalovat i pro nízké teploty otopné vody rozměrově malá otopná tělesa. Přitom využití například ocelových deskových otopných těles rychle reagujících na změny požadavků na teplo je ve svém důsledku velmi úsporné.
Rozvod otopné vody se obvykke provádí jako dvoutrubkový. To znamená, že ke každému otopnému tělesu vedou od zdroje tepla dvě dvě trubky, přívod a zpátečka. Ale nemusí to tak být, pokud se zvolí soustava jednotrubková s jednou okružní trubkou.
Podmínkou spolehlivého provozu tepelného čerpadla je relativně malý teplotní spád, max. do 10 K, což jednotrubka splňuje.
Další podmínkou spolehlivého provozu TČ je trvalý průtok otopné vody soustavou. V případě dvoutrubkové soustavy, ve které může být průtok omezen nebo zcela uzavřen činností termostatických ventilů na tělesech, se tento nežádoucí stav musí řešit. Jednotruba pracuje s trvalým průtokem, tedy pro TČ ideálně.
S aplikací jednotrubky je spojeno mnoho mylných a překonaných názorů. Například, že její instalace je složitá. Kdysi, při svařování ocelového potrubí, šlo opravdu o řemeslnický majstrštyk. Pokud se použijí běžná měděná potrubí a pájecí tvarovky, je instalace jednoduchá a velmi rychlá. Kmenová trubka má jednu dimenzi a stejnou dimenzi mají kolena i „T“ kusy jezdeckého připojení otopných těles na kmenovou trubku, viz obr. 4 a obr. 5.
Konkrétní příklad jednotrubky v novostavbě rodinného domu
V článku je popsán příklad zatepleného domu, který je vytápěn jednotrubkovou soustavou a tepelným čerpadlem vzduch-voda. Je to způsob s minimálními investičními náklady a minimem stavebních úprav nutných pro rozvody vytápění.
Obr. 1: Částečný suterén, technické zázemí
Obr. 2: 1. nadzemní podlaží
Obr. 3: 2. nadzemní podlaží – podkroví
Základem návrhu otopné soustavy je výpočet tepelných ztrát jednotlivých místností a domu jako celku. Výpočet tepelných ztrát byl proveden pro objekt vyhovující současné legislativě.
| Nadmořská výška: | 380 m |
| Oblastní teplota: | −12 °C |
| Char. číslo budovy: | 8 |
| Vypracoval: | Dr. Ing. Petr Fischer |
| Č. míst. | Ti [°C] | Objem [m3] | W/K | Základ [W] | Větráním [W] | Celkem [W] | W/m2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 001 Prádelna | 20 | 11.78 | 16.36 | 444 | 79 | 523 | 84.44 |
| 101 Obývací pokoj | 20 | 52.65 | 34.68 | 831 | 279 | 1110 | 54.80 |
| 102 Ložnice | 20 | 39.78 | 14.31 | 320 | 138 | 458 | 29.93 |
| 103 Chodba | 20 | 26.91 | 13.81 | 328 | 114 | 442 | 42.71 |
| 104 Koupelna | 24 | 12.06 | 11.77 | 377 | 47 | 424 | 91.35 |
| 105 Kuchyně | 20 | 44.62 | 19.51 | 380 | 245 | 624 | 36.38 |
| 201 Pokoj | 20 | 52.62 | 15.06 | 299 | 182 | 482 | 23.81 |
| 202 Kuchyně | 20 | 41.37 | 17.50 | 417 | 143 | 560 | 35.21 |
| 203 Koupelna | 24 | 16.15 | 13.65 | 428 | 63 | 491 | 79.14 |
| 204 Pokoj | 20 | 44.62 | 15.91 | 331 | 178 | 509 | 29.67 |
| Celkem | 342.55 | 172.57 | 4155 | 1469 | 5101 |
| Průměrná tepelná ztráta: | 0.50 [W/m3/K] |
| Přípojná hodnota: | 5.62 [kW] |
Jako zdroj je požito tepelné čerpadlo vzduch-voda s výstupní teplotou 55 °C.
Vlastní rozvod je proveden z měděného potrubí spojovaného kapilárním pájením. Jako otopná plocha jsou použita ocelová desková otopná tělesa v provedení Klasik. Připojení těles na kmenovou trubku je provedeno do spodních rohů otopného tělesa s regulací průtoku nízkoodporovým termostatickým ventilem s termostatickou hlavicí, který je umístěný na přívodu do tělesa. Součinitel průtoku pro armaturu ½“ je kvs = 2,5. Nízkoodporový ventil je zásadním požadavkem pro funkci jednotrubky. Výstup z tělesa zpět do kmenové trubky je opatřen neuzavíratelným šroubením.
| Akce: | Rodinný dům s tepelným čerpadlem |
| Vypracoval: | Dr. Ing. Petr Fischer |
| Datum: | 03/2024 |
| Zadání: | |
| Teplotní spád okruhu [°C]: | 8.0 |
| Vstupní teplota do okruhu [°C]: | 55 |
| Teplotní spád na tělese [°C]: | 10.0 |
| Počet těles v okruhu [–]: | 9 |
| Délka kmenové trubky [m]: | 77 |
| Počet kolen [–]: | 14 |
| Vřazené odpory ventilů [–]: | 8 |
| Čís. | Č.m. | Qi [W] | Ti [°C] | Těleso | Délka | Přípojky |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 203 | 491 | 24 | RAD22-6 70 | 0.70 | K 15 Š 15 |
| 2 | 204 | 509 | 20 | RAD22-6 60 | 0.60 | K 15 Š 15 |
| 3 | 201 | 624 | 20 | RAD22-6 80 | 0.80 | K 15 Š 15 |
| 4 | 202 | 560 | 20 | RAD22-6 70 | 0.70 | K 15 Š 15 |
| 5 | 102 | 458 | 20 | RAD22-6 60 | 0.60 | K 15 Š 15 |
| 6 | 101 | 555 | 20 | RAD22-6 80 | 0.80 | K 15 Š 15 |
| 7 | 101 | 555 | 20 | RAD22-6 90 | 0.90 | K 15 Š 15 |
| 8 | 105 | 454 | 20 | RAD22-6 70 | 0.70 | K 15 Š 15 |
| 9 | 104 | 424 | 24 | RAD22-6100 | 1.00 | K 15 Š 15 |
| Celkem | 4630 | |||||
Obr. 4: Vertikální schéma zapojení jednotrubkové soustavy
| Celkem těles: | |
| RAD22-6 70 | 3 ks |
| RAD22-6 60 | 2 ks |
| RAD22-6 80 | 2 ks |
| RAD22-6 90 | 1 ks |
| RAD22-6100 | 1 ks |
| Kmenová trubka měděná 18/1 | 16.0 mm |
| Rychlost v kmenové trubce | 0.69 m/s |
| Celkové oběhové množství | 497.72 kg/h |
| Celková tlaková ztráta | 35.04 kPa |
| Teplota zpátečky | 47.00 °C |
| Materiál: | |
| Potrubí DN15 | 5.4 m |
| Potrubí DN18 | 77.0 m |
| Kolena DN18 | 14 ks |
| Přípojky: | |
| Kohouty DN15 | 9 ks |
| Šroubení | 9 ks |
| „T“ kusy | 18 ks |
| Celkový objem vody v okruhu | 58 l |
Obr. 5: Schéma zapojení jednotrubkové soustavy pro rodinný dům s tepelným čerpadlem
Pro spolehlivý a úsporný provoz TČ je nutné zajistit dostatečný průtok otopné vody v soustavě. Tepelně akumulační schopnost tohoto objemu vody příznivě snižuje počet startů TČ a je využívána k provoznímu odtávání ledu na výparníku. Běžně se doporučuje 10 až 20 litrů na 1 kW výkonu TČ. V navržené jednotrubkové soustavě je k dispozici objem okružní trubky cca 16 litrů a k tomu objem otopných těles, dohromady 58 l. Viz výpočet. Pokud bude použito TČ s výkonem cca 5 kW, tak je požadavek na potřebný objem otopné vody splněn.
Výpočet je proveden pro měděnou kmenovou trubku průměru 18×1. Dále je provedena optimalizace pro jednotné přípojky otopných těles DN 15. Celková tlaková ztráta topného okruhu je 35 kPa.
Rozvod tepla je veden od tepelného čerpadla u schodiště do nejvyššího 2.NP podlaží, viz obr. 4. Zde obchází otopná tělesa a prostupuje do 1.NP přízemí a posléze se okruh vrací zpět k tepelnému čerpadlu.
Závěr
V dnešní době se projekty otopných soustav běžně provádí pomocí software. Výpočet tepelných ztrát je standardním procesem. Méně standardním je výpočet jednotrubky. Nicméně, vzhledem k použití standardních trubek, tvarovek, ventilů, otopných těles, pro které jsou jednoduše dostupné všechny k výpočtu potřebné parametry, je škoda, že se jednotrubka nevyužívá častěji. Nebo to dnešní projektanti neumí?
Věřím, že vás navrhované zařízení zaujme.
The optimally designed one-pipe heating system is easy to install, saves material and reliably solves the individual heating regulation of individual rooms. Its use is advantageous even with a heat pump.