Jak ušetřit s termostatickým ventilem?

Co je to termostatický ventil a k čemu slouží?

Než začne uživatel kroutit s hlavicí termostatického ventilu, měl by se seznámit s tím, jaké možnosti instalace tohoto ventilu přináší. S tím souvisí alespoň základní znalost jeho konstrukce a vytváření vhodných podmínek pro jeho činnost.

Termostatické ventily (dále jen TRV) jsou konstrukčně poměrně jednoduché prvky používané v teplovodních otopných soustavách. Vzhledem ke své nízké ceně mají krátkou dobu návratnosti vložené investice vzhledem k úsporám tepla. TRV se skládají z ventilové části spojené s regulační hlavicí.

Obr. TRV se skládá ze dvou částí. Ventilová část (vpravo) je pevně spojena s otopným tělesem nebo vložena do okruhu podlahového vytápění. Hlavice (vlevo) se na ventilovou část nasazuje a je vyměnitelná. Mezi ventily a hlavicemi různých výrobců mohou být rozdíly v upevnění hlavice. (Foto: Danfoss)

TRV se instalují na přívodu otopné vody do otopných těles, ale mohou být osazeny i na jednotlivých okruzích podlahového, stěnového nebo stropního vytápění. Svou činností ovlivňují dodávku tepla do místnosti a tím v ní udržují teplotně komfortní a stabilní prostředí. V rámci svých technických možností zabraňují zbytečnému přetápění místností, a tedy plýtvání s vyráběným teplem.

Teplotu v místnosti ovlivňuje nejen její vytápění, ale i řada tzv. tepelných zisků, které nevyvolává vytápění. Pokud tyto tepelné zisky nejsou kompenzovány snížením výkonu vytápění, zbytečně zvyšují teplotu vzduchu v místnosti. Tzv. vnitřní tepelné zisky pocházejí například z činnosti plynových sporáků a spotřebičů elektrické energie, neboť většina elektrické energie spotřebované v domácnosti se mění na teplo. Vnitřním zdrojem tepla jsou také v místnosti aktuálně přítomné osoby. Vnější tepelné zisky pocházejí od slunečního záření. To do místnosti vstupuje okny. Nebo tak, že ohřívá venkovní zdi, a tím snižuje únik tepla ven z vytápěných místností.

Vnitřní tepelné zisky bývají v průběhu otopné sezóny poměrně stejné, pokud uživatel bytu nemění své chování nebo spotřebiče. Vnější tepelné zisky se rok od roku významně mění podle klimatických poměrů.

Velikost úspory tepla

V soustavách zásobování tepelnou energií (SZTE, CZT), ve kterých se vytápění zahajuje při poklesu průměrné denní venkovní teploty pod 13 °C a v místnostech se vytápí průměrně na 20 °C, lze uvažovat s úsporou tepla okolo 6,5 %, pokud se v domě sníží teplota vzduchu o 1 stupeň. Tato velikost úspory je odvozená z tzv. denostupňové metody vycházející z průměrné venkovní teploty během otopné sezóny. Ve skutečnosti proto může být úspora vyjádřená v procentech mírně větší nebo menší. V případě jednotlivého bytu v bytovém nebo rodinném domě ji ovlivní i změny teplotních poměrů v okolních bytech.

TRV omezují průtok, a tím dodávku tepla do místnosti

Potřeba dodávky tepla na udržení zvolené teploty v místnosti se mění s ohledem na teplotu venkovního vzduchu. Proto jsou otopná tělesa při nižších venkovních teplotách teplejší a v teplejším přechodném období s menší potřebou tepla chladnější.

Střední teplota otopných těles, a tedy jejich výkon, by v ideálním případě měl být udržován prostřednictvím vhodné teploty otopné vody a velikosti jejího proudění tělesem. Jenže vytápíme více různých místností, různých domů, jejichž potřeby na vytápění se různě mění. Proto je základem stejná teplota otopné vody pro zvolenou část otopné soustavy a mění se průtok. Tou částí může být například celý obytný dům, jeden byt, jeden rodinný dům. A proto v místnostech s otopným tělesem bez TRV bude téměř vždy vyšší než požadovaná teplota.

TRV nadměrnou teplotu v místnosti omezením průtoku sníží na požadovanou.

Potřebu tepla pro vytápění neovlivňuje jen teplota venkovního vzduchu, ale i tepelné zisky. Pokud vnitřní nebo vnější tepelné zisky začnou zvyšovat teplotu vzduchu v místnosti, na teplotu citlivý prvek v hlavici TRV začne uzavírat ventilovou část TRV. Tím snižuje průtok otopné vody do otopného tělesa, snižuje tak dodávku tepla do otopného tělesa a následně i do místnosti.

Zisky tepla nahradí teplo, které by pro vytápění muselo být vyrobeno, a vzniká úspora tepla.

V praxi, při správně fungujících TRV, se působení tepelných zisků projeví výraznějším poklesem teploty ve spodní části otopného tělesa oproti části horní. Pokud teplotní zisky plně pokryjí potřebu tepla na vytápění, TRV zcela uzavře průtok vody do otopného tělesa. Podle toho, jak velké jsou teplotní zisky a jak dlouho trvají, se chladnější část může rozšířit až na celé otopné těleso.

Vzhledem k tomu, že teplota lidského těla se pohybuje obvykle v rozmezí mezi 35 °C až 37 °C a otopné těleso je z dobře tepelně vodivého materiálu, kovu, může se jevit část nebo i celé otopné těleso s nižší teplotou na dotyk jako chladné, až studené.

Je-li v místnosti komfortní teplota, ale otopné těleso je chladné, nejde o závadu ve vytápění.

Jaké jsou podmínky pro bezvadnou funkci TRV?

Pro činnost TRV musí být zajištěny vhodné podmínky s ohledem na teplotu otopné vody přitékající do otopných těles a její průtok, souhrnně tedy s ohledem na dodávku tepla do těles. A dále s ohledem na přípustný tlak, který při průtoku otopné vody na TRV vzniká.

Je-li překročen přípustný tlak na TRV, ventil nemůže správně fungovat a stává se zpravidla i zdrojem hluku.

Obr. Příklad ventilové části TRV. Světle šedým kroužkem odborný instalatér nastaví základní parametr TRV podle hydraulického výpočtu soustavy. Tyčku vystupující nahoru stlačuje nebo odlehčuje termostatická hlavice a tím ovlivňuje stupeň otevření nebo zavření TRV a tedy průtok. (Foto: autor)

Proto má být před instalací TRV zpracován hydraulický výpočet vytápěcí soustavy. Na základě výpočtu je stanoveno nastavení speciálního regulačního prvku obsaženého v TRV a podpůrných armatur (seřizovacích armatur a regulátorů tlakových rozdílů). Podcenění projektu může mít za následek omezení funkčnosti TRV, vznik hluku.

V současnosti jsou na trhu i zdokonalené TRV, které jsou schopné si zčásti skutečné tlakové provozní podmínky upravovat.

Množství tepla je dáno teplotou otopné vody a velikostí jejího průtoku do topného tělesa. TRV omezují průtok otopné vody. Pro činnost TRV je výhodné, když se průtok v průběhu otopné sezóny nemusí výrazně měnit a mění se jen teplota otopné vody ve vztahu k venkovní teplotě. Jde o regulaci provozu kotlů v kotelnách, regulaci v okreskových výměníkových stanicích, objektových předávacích stanicích, bytových stanicích, regulaci kotlů v jednotlivých bytech, rodinných domech, případně i dnes stále žádanějších tepelných čerpadel. V této souvislosti se hovoří o tzv. ekvitermní regulaci.

Co je to ekvitermní regulace?

Lze předpokládat, že každému uživateli bytu je zřejmé, že čím je venku větší zima, tím více tepla do svého bytu potřebuje, aby v něm udržel požadovanou teplotu. Přitom pro činnost TRV je žádoucí, aby mohl v co největším rozsahu snižovat průtok otopné vody do otopného tělesa podle toho, jak velké jsou případné tepelné zisky.

Pokud nejsou vnitřní ani venkovní tepelné zisky, teplota otopné vody pro komfortní vytápění by měla být právě taková, aby byl TRV plně otevřený.

Přesně splnit výše uvedenou podmínku není prakticky možné. Existuje možnost se ideálním podmínkám velmi přiblížit tak, že se teplota otopné vody mění podle změn venkovní teploty. Následný vztah mezi teplotou otopné vody a výkonem otopného tělesa sice není přímo úměrný, ale je známý. A tato závislost je dnes obsažena ve většině běžně dostupných regulačních ekvitermních systémů.

Jak se projeví TRV po instalaci?

Po nasazení TRV do celého bytového objektu a při zabezpečení podmínek pro jejich činnost se vytápění všech místností zrovnoměrní a odstraní se přetápění. Z výrobních důvodů nelze dodávat otopná tělesa s výkonem přesně na míru každé místnosti, a tak vždy existují malé kladné odchylky výkonu a ty TRV vyřeší. Prokazatelná úspora tepla na vytápění proti stavu bez TRV bývá 10 až 20 %.
Dosažení této úspory podporuje souběžné využívání systému rozdělování nákladů na vytápění, které motivuje uživatele bytů, aby plně využívali schopností TRV a nadbytek tepla nevypouštěli okny ven. Příčinou úspor však není existence systému sledování nákladů na vytápění! Úspory vznikají optimalizací činnosti otopné soustavy.

Proč se mají používat termostatické ventily?

TRV byly osazovány v některých bytech i rodinných domech již před rokem 1989. Tehdejším problémem byla především jejich nedostupnost. K rozvoji velkoplošného nasazení TRV přispěl náhlý vzrůst jejich nabídky na trhu importem ze západní Evropy po roce 1989 a v roce 2001 i vyhláška č. 151/2001 Sb. o stanovení účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie. V § 8 o regulaci a řízení dodávky tepelné energie, bod (5), bylo mimo jiné uvedeno: „Spotřebiče se vybaví místní regulací tak, aby se dosáhlo zohlednění tepelných zisků z oslunění a vnitřních tepelných zisků ...“

Principiálně jde o povinnost umožnit spotřebitelům tepla provádět individuální regulaci teploty v užívaných bytech, místnostech, aby mohli svou spotřebu tepla ovlivnit podle svých potřeb a možností a mohli se chovat úsporně. Tuto možnost více méně běžně využívají například uživatelé bytů s vlastním zpravidla plynovým kotlem, nebo majitelé rodinných domů s vlastním ústředním vytápěním.

Jak funguje termostatický ventil?

Jak moc nebo málo je TRV otevřený a kolik propouští otopné vody do otopného tělesa řídí na něm upevněná termostatická hlavice. V hlavici je mechanicky působící čidlo, které mění svou délku v závislosti na teplotě vzduchu v místnosti, který volně proudí v hlavici okolo čidla. Pokud teplota vzduchu roste, čidlo se prodlužuje, a tím uzavírá ventil. Pokud teplota klesá, čidlo se zkracuje a ventil se otevírá. Tato regulační funkce je však omezena jen na určitý rozsah teplot, který se běžně pohybuje okolo 2 stupňů od zvolené pozice hlavice TRV. Mimo tento rozsah je ventil v podstatě zcela uzavřen, případně plně otevřen.

Pokud se termostatická hlavice nastaví tak, aby umožnila plný průtok otopné vody do otopného tělesa do teploty v místnosti 20 °C, tak při zvýšení vnitřní teploty, například i vlivem tepelných zisků, začne být průtok omezován a při dosažení teploty vzduchu v místnosti cca 22 °C se ventil plně uzavře. V tomto případě TRV udržuje teplotu v místnosti v rozmezí cca 20 až 22 °C.

Pokud jsou tepelné zisky větší, než je aktuální potřeba tepla v místnosti, plně uzavřený TRV již dále nemůže omezit vytápění a teplota v místnosti bude stoupat výše. Tento stav může nastat typicky v přechodném období otopné sezóny. A dokud teplota v místnosti neklesne pod 22 °C, TRV se neotevře.

Za vnější tepelné zisky lze v případě bytu v bytovém domě považovat i teplo do tohoto bytu pronikající stěnami z bytů okolních, pokud je v nich vyšší teplota. Toto je poměrně často příčinou nemožnosti významněji snížit teplotu v některé z místností v bytě, i když je v ní TRV trvale plně uzavřen.

Protože termostatická hlavice snímá teplotu vzduchu v nejbližším okolí, nesmí být zakryta závěsy nebo zákryty. Zakrytí hlavice, ale i její umístění na tělese v rozporu s doporučenou polohou od výrobce způsobí zkreslené snímání teploty a chybnou funkci TRV.

Obr. Příklad řešení hlavice. Štěrbinami prochází okolní vzduch a svou teplotou ovlivňuje čidlo, které je uvnitř hlavice. (Foto: autor)

Obr. Příklad nevhodné polohy hlavice TRV. Hlavicí nemůže volně proudit okolní vzduch tak, jak to výrobce hlavice navrhl. Navíc je činnost hlavice ovlivňována teplejším vzduchem od přívodního potrubí. (Foto: autor)

Jak používat termostatický ventil?

Základem je nalezení polohy hlavice TRV, ve které zaručuje uživateli tepelnou pohodu v dané místnosti. S ohledem na úspory tepla je vhodné si nalézt i polohu hlavice pro přijatelné snížení teploty například v noci. Ochrannou funkci má nastavení hlavice na protimrazovou ochranu. Úplné uzavření TRV otočením hlavice až na doraz může ohrozit funkčnost otopné soustavy.

Při nastavení hlavice TRV na sníženou teplotu je nutné si uvědomit, že dojde nejen k poklesu teploty vzduchu v místnosti, ale i poklesu teploty okolních stavebních konstrukcí a vybavení místnosti. Po návratu hlavice nejen do polohy pro komfortní vytápění, ale i po jejím úplném otevření, bude určitou dobu trvat, než se vzduch v místnosti opět prohřeje a stejně tak i stěny, nábytek atp. Pokud bude otopná soustav řízena ekvitermně, což lze u modernizovaných budov předpokládat, může návrat do plně komfortního stavu trvat i několik hodin. Je to způsobeno tím, že cílem ekvitermního řízení je dodávku tepla co nejvíce přiblížit aktuální potřebě podle venkovních klimatických podmínek a toto řízení nepočítá se vznikem náhlých velkých potřeb tepla na rychlé prohřátí bytu. Nejde o chybu otopné soustavy, ale o chybné zacházení s TRV.

Při splnění potřebných technických předpokladů je možné upravit otopnou soustavu tak, aby každý uživatel mohl hlavicí TRV „kroutit“ podle libosti. Negativem této libovůle je to, že se bude muset zvýšit sjednaný příkon tepla od jeho dodavatele, čímž se významně zvýší cena tepla. Sníží se účinnost kondenzačních kotlů, případně topný faktor tepelných čerpadel, tím se zvýší spotřeba energií a opět vzroste cena tepla.

Pokud se v bytovém domě některý z bytů snížením spotřeby tepla dostane pod 80 % z průměru domu, bude podle současných pravidel rozúčtování nákladů na vytápění mezi byty penalizován.

Velké teplotní rozdíly mezi sousedními místnostmi, v různých bytech, povedou ke stížnostem, k porušení povinností spojených s užíváním bytu vzhledem k sousedům.

Úplné zavírání a otvírání TRV otáčením hlavice nadoraz podporuje vznik rušivých hluků, praskání atp., které souvisí s většími a rychlejšími změnami teplot a teplotním roztahováním otopných těles, potrubí atp.

Jak tedy používat termostatický ventil? Přiměřeně a neplést si ho s ventilem určeným jen k plnému uzavírání a otvírání.

Vyhledání nastavení hlavice pro komfortní vytápění

První nastavení hlavice je orientační. Pokud jsou na hlavici čísla, tak se volí například číslo 3. Na některých hlavicích čísla nejsou, tak se hlavice nastaví podle symbolů přibližně uprostřed. Na hlavicích nebývá uváděna teplota ve stupních Celsia. Někdy se uvádí, že číslu 3 odpovídá teplota cca 20 °C, ale není to pravidlem. Jak bylo řečeno v kapitole „Na jakém principu je založena funkce termostatického radiátorového ventilu?“, tak TRV udržuje teplotu v místnosti přibližně v rozmezí 2 °C. Proto nelze očekávat, že v místnosti bude stále stejná teplota měřená například pokojovým teploměrem, ale teplota se může v rozmezí cca 2 stupňů měnit.

Obr. Nastavení hlavice na maximální teplotu nebude úsporné, ani komfortní (Foto: autor)

Obr. Jako úvodní nastavení se volí doporučená poloha hlavice, zpravidla označená číslem 3. (Foto: autor)

Vzhledem k tepelné setrvačnosti stavebních konstrukcí atp. je třeba v úvodním nastavení ponechat hlavici pár dnů. Pokud teplota uživateli nevyhovuje, tak má hlavicí jen mírně pootočit směrem ke zvýšení nebo ke snížení teploty a opět pár dnů vyčkat. A takto se zpravidla po několika pokusech dostane na vyhovující tepelnou pohodu v místnosti.

Noční snížení teploty

Toto je zřejmě nejčastější důvod k přestavení hlavice do jiné polohy ke snížení teploty. Například pokud daná místnost neslouží jen jako ložnice, ale je obývána i během dne. Nižší teplota je příjemnější pro spánek a přispívá k šetření teplem. Zprvu lze vyzkoušet otočení hlavice směrem ke snížení teploty o úhel odpovídají jednomu dílku. Stejně jako při hledání polohy hlavice pro komfortní vytápění lze během několika nocí postupně nalézt vyhovující natočení hlavice pro noc a tuto pozici si pro rychlé nastavení fixovat nebo označit. Je nutné počítat s tím, že čím nižší teplota pro noc se zvolí, tím se prodlouží ráno čas, než se místnost zase prohřeje.

Obr. Nastavení hlavice do polohy protimrazové ochrany chrání proti poškození otopné soustavy mrazem. (Foto: autor)

Protimrazová ochrana

Na většině hlavic termostatických ventilů je zpravidla hvězdičkou označena poloha hlavice zajišťující ochranu otopné soustavy proti zamrznutí. V této poloze hlavice otevírá termostatický ventil při poklesu teploty v místnosti pod cca 8 °C až 6 °C a tím chrání místnost a vytápěcí soustavu proti zamrznutí. Toto nastavení obvykle uživatelé používají pro delší dobu své nepřítomnosti, například pro dovolenou atp. Podmínkou je samozřejmě napojení na funkční zdroj tepla.

Omezení vytápění při větrání

Pokud se větrá otevřeným oknem po delší dobu, doporučuje se hlavici na otopném tělese pod oknem nastavit po dobu větrání na protimrazovou ochranu. Významně se tím sníží doprava tepla do otopného tělesa a zbytečný únik tepla z tělesa ven oknem. Po ukončení větrání se hlavice vrátí do polohy pro komfortní vytápění. Větrání okny však má probíhat ideálně formou „průvanu“ při jejich plném otevření, ideálně naráz všech v celém bytě, s otevřenými dveřmi mezi místnostmi, po krátkou dobu několika minut. V takovém případě nemá přestavení hlavic TRV pro úsporu tepla význam.

Fixace poloh hlavice

Pro přesné a rychlé přecházení mezi polohou pro komfortní vytápění a úsporné vytápění je výhodné si tyto polohy na hlavici vyznačit, například nesmývatelným fixem. Některé TRV umožňují si vyhovující natočení hlavice různými mechanickými způsoby fixovat, takže pro přechod se pak hlavice otáčí jen mezi zvolenými mezemi.

Obr. Příklad hlavice, na které jsou připraveny zarážky pro fixaci zvoleného rozsahu otáčení hlavice. Od výrobce jsou v poloze maximální teploty (červená) a minimální (modrá). Informativní tabulka znázorňuje přibližnou teplotu v místnosti podle nastavení hlavice. Tato závislost může být uvedena v dokumentaci. (Foto: autor)

Shrnutí

TRV je jednoduchý a účinný prvek, který stabilizuje teplotu v místnosti při teplovodním vytápění, odstraňuje přetápění, a tak se podílí na úsporném provozu.

Vhodné podmínky pro činnost TRV má vytvořit projekt otopné soustavy, jeho odborná realizace, seřízení hydraulických parametrů soustavy zahrnující činnost oběhového čerpadla, regulačních armatur, regulačních prvků TRV a ekvitermní řízení teploty otopné vody. Existují i situace, kdy využití TRV není vhodné. Toto vše uživatel bytu zpravidla přímo ovlivnit nemůže.

Uživatel bytu má plně v rukách nastavování hlavice TRV, a tedy volbu teploty, nad kterou TRV do místnosti přes otopné těleso již nebude propouštět další teplo. Ve svých rukách má, zda TRV bude volně přístupný proudění okolního vzduchu, nebo bude nevhodně zakryt závěsem atp.

Ve svých rukách však uživatel má i odpovědnost za to, že svým ovládáním TRV nebude vyvolávat poruchové stavy v otopné soustavě. Na to řada uživatelů TRV v bytových domech zapomíná. Je důležité si uvědomit, že bytový dům je nutné chápat jako celek, jako určitý organismus, ze kterého teplo nejen uniká ven, ale ve kterém teplo nezadržitelně prochází z teplejší části do studenější části. A pokud se některý z uživatelů bytů začne chovat mimo předpokládaný rámec daný stavebními předpisy, hygienickými normami, velmi nepříznivě se to projeví u jeho sousedů.

V neposlední řadě nelze pominout fakt, že i TRV má určitou dobu životnosti, a proto odborníci doporučují jeho výměnu nejdéle po cca 10 letech provozu. Zpravidla se nahrazují starší TRV s „voskovou“ náplní teplotního čidla v hlavici za čidla s kapalinou, paroplynová. Případně se instalují i hlavice elektronicky programovatelné, s dálkovým ovládáním.