REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ STAVEB

Transkript

1 REGULACE V TECHNICE PROSTŘEDÍ STAVEB Prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D. a Prof. Ing. Karel Hemzal, CSc. Praha 2009 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 PŘEDMLUVA Skriptum je určeno studentům ČVUT v Praze, kteří studují mezifakultní magisterský studijní obor Inteligentní budovy. Je koncipováno jako studijní pomůcka především k přednáškám, ale rovněž i ke cvičením v předmětu Regulace v technice prostředí staveb, který je zaměřen na prohloubení znalostí jak teoretických, tak praktických v oblasti řízení a regulace vytápěcích, větracích a klimatizačních zařízení. Skriptum vzniklo z potřeby poskytnout absolventům oboru Inteligentní budovy a Techniky životního prostředí i odborné veřejnosti metodické základy a praktické poznatky v šíři a hloubce, která jim umožní navrhovat či se velice dobře orientovat v problematice automatické regulace vytápěcích a vzduchotechnických zařízení. Výklad předpokládá znalost navrhování vytápěcích a vzduchotechnických zařízení a základů automatického řízení. Téměř důsledně jsou používány hlavní jednotky měrové soustavy SI. Skripta Regulace v technice prostředí staveb vycházejí pro obor Inteligentní budovy poprvé a nemají charakter úplné učebnice k samostatnému studiu ale předpokládá se souběžné sledování přednášek. Pro ulehčení studia nepíšeme souhrnný seznam značení ale uvádíme značení vždy u jednotlivých vztahů. Úspěch tvého jednání záleží na síle tvého vnitřního přesvědčení a na sebekázni. Neztrácej odhodlání a nikdy se nevzdávej. Mahaprabhudží V Praze v září 2009 Jiří Bašta a Karel Hemzal 2

3 OBSAH ČÁST 1. REGULACE VE VYTÁPĚNÍ 1. Regulace tepelného výkonu Kvalitativní regulace Kvantitativní regulace 4 2. Regulační armatury Charakteristiky a základní veličiny Termostatické regulační ventily Regulátory tlakové diference Regulátory objemového průtoku Přepouštěcí ventily Regulace příkonu tepla Zónová regulace Decentralizovaná regulace jednotlivých místností Centrální regulace jednotlivých místností Regulace teploty přívodní vody Regulace teploty přívodní vody podle venkovní teploty Regulace teploty přívodní vody podle venkovní teploty směšovač Regulace podle zátěže Úsporný provoz Přerušovaný provoz Regulace teploty teplé vody Regulace kotle Jednostupňový provoz a proměnná spínací diference Vícestupňový provoz Modulovaný provoz Regulace kotlů v kaskádě Regulace výměníků Regulace výměníků voda voda Regulace výměníků pára voda Centrální řídicí technika a komunikační systémy Centrální řídicí technika Komunikační systémy 50 Autoři Prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D. číst 1. Regulace ve vytápění Prof. Ing. Karel Hemzal, CSc. část 2. Regulace ve vzduchotechnice 3

4 ČÁST 2. REGULACE VE VZDUCHOTECHNICE 1. Úvod Statická charakteristika Přechodová a frekvenční charakteristika Principy řízení klimatizace Regulace stavu vzduchu Regulační obvod Zobrazení úpravy vzduchu v h-x diagramu Význam Δ h při chlazení vzduchu Význam cirkulace Statické charakteristiky akčních členů regulovaných soustav Regulační klapky Vlastnosti regulačních klapek Použití regulačních klapek Orientační pokyny pro návrh regulačních klapek Regulační armatury a výměníky Základní pojmy Regulační armatura v síti Regulační vlastnosti výměníků Ventil + výměník Mez regulovatelnosti výměníků Směrnice ke zlepšení regulovatelnosti ohřívačů vzduchu Ochrana výměníků před mrazem Hydraulická zapojení VZT výměníků Projektování regulace klimatizace Všeobecné pokyny Požadovaná přesnost regulace Schéma regulace Přehled regulačních obvodů Zvlhčování a odvlhčování vzduchu Zvlhčování adiabatickou pračkou v zimě Zvlhčování parou Regulace kvality vzduchu Doplňkové obvody Postupná regulace Regulace teploty s omezením Vlečná regulace teploty v létě Hospodárné směšování vzduchu a volné chlazení Stabilizační zapojení Klimatizační systémy Jednozónové systémy Multizónové systémy Systémy kombinované Systémy s ventilátorovými konvektory Centralizace řízení chodu klimatizace LITERATURA 108 4

5 ČÁST 1. - REGULACE VE VYTÁPĚNÍ 1. REGULACE TEPELNÉHO VÝKONU Základním opatřením k zajištění hospodárné dodávky tepla pro vytápění staveb je dokonalý technický stav kotelen a úpraven parametrů a jejich vybavení odpovídající regulací. U rozsáhlejších objektů, které jsou navíc ještě vhodně orientovány vzhledem ke světovým stranám, a tak s rozdílným osluněním fasád, je nanejvýš vhodné uplatnění zónové regulace, která přesněji postihuje proměnnou potřebu tepla. Regulaci tepelného výkonu vytápěcích zařízení lze docílit: - regulací zdrojů tepla; - centrální regulací otopné soustavy nebo jejích částí; - místní regulací spotřebičů tepla. Výhodou vodních otopných soustav je možnost regulovat tepelný výkon dvěma způsoby: - kvalitativně; - kvantitativně. Přičemž při kombinaci obou uvedených způsobů hovoříme o sdružené regulaci. 1.1 Kvalitativní regulace Při této regulaci se mění teplota otopné vody a průtok zůstává konstantní. Kvalitativní regulaci lze provádět změnou teploty vody ze zdroje tepla, popř. směšováním v trojcestných nebo čtyřcestných směšovacích armaturách či v pevném směšovacím bodě potrubní sítě. Označme poměr skutečného přenášeného výkonu do místnosti ke jmenovitému výkonu pro tutéž místnost ϕ. Skutečný přenášený výkon Q je závislý na venkovní teplotě t e /, jmenovitý výkon Q N je určen při venkovní oblastní výpočtové teplotě t e. Poměr ϕ nazvěme zatížením soustavy. Q t / i e ϕ =, QN ti te t kde t i je výpočtová vnitřní teplota místnosti. Z poměru výkonů otopné plochy určených z kalorimetrické rovnice se stejnými průtoky vyplývá: δt = δ t w1 w2 ϕ =, t N t ( t w 1 t w 2 ) N kde δt a δt N jsou skutečné a jmenovité ochlazení na otopné ploše (v otopných tělesech). Z poměru výkonů otopné plochy určených prostupem tepla teplosměnnou plochou je určen další vztah 5

6 t w t n 1 + w2 t i Δt ϕ = t = 2, N t w + t Δ 1 w2 ti 2 N kde Δt a Δt N jsou skutečný a jmenovitý střední teplotní rozdíl mezi teplotou teplonosné látky a teplotou okolí. Řešením dvou výše uvedených rovnic dostaneme pro otopnou soustavu s otopnou plochou (např. otopná tělesa) závislost regulované teploty t w1 na zatížení soustavy ϕ: n 1 δt n N t w1 = ti + Δt N ϕ + ϕ. 2 Obr. 1-1 Kvalitativní regulace závislost teploty přívodní vody a teploty vratné vody na zatížení pro článková otopná tělesa 1.2 Kvantitativní regulace Při této regulaci se mění hmotnostní průtok a teplota zůstává konstantní. Kvantitativní regulaci lze uskutečnit škrcením nebo rozdělením proudu v trojcestné rozdělovací armatuře či v pevném rozdělovacím bodě potrubní sítě. Pro zatížení soustavy získáme vztah m t t t w1 w2 w1 w2 ϕ = = ψ, mn ( t w1 t w2 ) ( t w t w ) N 1 2 N kde m a m N jsou skutečný a jmenovitý hmotnostní průtok vody soustavou a ψ je poměrný průtok soustavou. t Obr. 1-2 Kvantitativní regulace závislost poměrného průtoku na zatížení pro článková otopná tělesa 6

7 Řešením předchozí rovnice a rovnice pro poměr výkonů otopných těles určených prostupem tepla teplosměnnou plochou dostaneme závislost regulovaného poměrného průtoku ψ na zatížení soustavy ϕ ψ 0,5 Δt ϕ N =. 1 n t w1 ti Δt N ϕ 2. REGULAČNÍ ARMATURY Aby regulační armatury plnily správně svou funkci, musejí mít vlastnosti vhodné pro dané použití. Vlastnosti ventilu jsou dány především jeho konstrukcí, tj. průtočným průřezem, tvarem průtočných cest a kuželky, ale rovněž vlastnostmi ovládacího pohonu ventilu. Při výběru ventilu jsou důležitá následující kritéria: - jmenovitý tlak PN; - přípustný rozdíl tlaků; - k v hodnota ventilu; - charakteristika ventilu; - autorita ventilu P v. Příklad nejčastěji používaných tvarů kuželek ventilů je na obr Obr. 2-1 Princip práce ventilu a nejběžnější tvary kuželek a) talířová kuželka s kónickými dosedacími plochami b) talířová kuželka s usměrňujícími žebry c) kuželka s logaritmickými vstupy d) kuželka s logaritmickým nátokovým profilem 1 tělo ventilu, 2 kuželka ventilu, 3 sedlo ventilu 7

8 2.1 Charakteristiky a základní veličiny Pro vlastní návrh regulačních armatur jsou podstatné jejich statické charakteristiky a základní veličiny, jako jsou: jmenovitý průtok, autorita či regulační rozsah k v hodnota jmenovitý průtok Velikost ventilu je určena k vs hodnotou. k vs hodnota vyčísluje vztah mezi nastavením ventilu (zdvih, úhel natočení) a protékajícím množstvím. Představuje tak jmenovitý průtok armaturou v m 3 /h při maximálním otevření h 100 armatury a tlakové ztrátě Δp o = 100 kpa = 1 bar. Pro vodu, jako teplonosnou látku, počítáme se zjednodušeným vztahem k VS Δ = V po, [m 3 /h] Δp V kde: V je objemový průtok armaturou [m 3 /h]! Δp V tlaková ztráta ventilu [kpa]; Δp o = 100 kpa (= 1 bar). Z takto zapsaného základního vztahu můžeme určit ze známé k vs hodnoty a pro požadovaný průtok tlakovou ztrátu ventilu či z požadované tlakové ztráty na ventilu a požadovaného průtoku ventilem k vs hodnotu a podle ní vybrat příslušný ventil nebo ze známé k vs hodnoty ventilu a tlakové ztráty na ventilu určit skutečný průtok ventilem. Pro výpočet k vs hodnoty při jiné teplonosné látce než je voda se používá následující vztah: k VS Δp o ρ = V, [m 3 /h] Δp V ρ o kde ρ hustota teplonosné látky při provozní teplotě [kg/m 3 ]; ρ o hustota vody při teplotě 15 C [kg/m 3 ]. V USA se počítá s C vs hodnotou, která je zjišťována stejným způsobem při tlakové ztrátě na ventilu 1 psi (Δp o = 1 lb/sq = 6,8948 kpa) a průtok je v gal/min. Hustota je dosazována v lb/ft 3 (1 lb/ft 3 = 16,018 kg/m 3 ). Dříve se u nás jako ekvivalent ke k vs hodnotě používal průtokový součinitel A vs, který jednoznačně určuje vlastnosti armatury, ale je do něj dosazováno důsledně v základních jednotkách SI. Průtokový součinitel je definován jako A vs = V ρ, [m 2 ] Δp V kde V je objemový průtok ventilem [m 3 /s]; Δp V tlaková ztráta ventilu [Pa]; ρ hustota vody [kg/m 3 ]. 8

9 Přepočet jednotlivých hodnot vypadá následovně: k vs = A vs k vs = 0,865.C vs C vs = A vs C vs = 1,17.k vs [m 3 /h]; [m 3 /h]; [gal/min]; [gal/min]; A vs = 2, C vs [m 2 ]; A vs = 2, k vs [m 2 ]. Mezi k v hodnotou, volným průtočným průřezem S [mm 2 ] a součinitelem místního odporu ventilu ζ [-] existují následující vztahy: 1 k = 0,05 S [m v 3 /h] ζ 0,05 S = k v 2 ζ [ - ] k v hodnota, kterou dostaneme při maximálním zdvihu kuželky h = 100 % je označována jako k vs hodnota. k v0 označíme k v hodnotu, kterou získáme extrapolací pro nulovou hodnotu zdvihu kuželky h = 0 % (viz obr. 2-5). Obvyklé k v hodnoty ventilů se pohybují v rozmezí 0,25 až 500 m 3 /h Autorita ventilu P v Podstatný vliv na regulační schopnost ventilu umístěného v potrubní síti má autorita ventilu. Obecně lze konstatovat, že čím je větší autorita ventilu, tím lepší je regulační schopnost ventilu v potrubní síti. Autorita ventilu P v (dříve označována a) je definována poměrem tlakové ztráty ventilu při plném otevření ku tlakové ztrátě ventilu při plném uzavření. P v Δp = v100, [ - ] Δp v0 kde Δp v100 tlaková ztráta ventilu při plném otevření [Pa]; Δp v0 tlaková ztráta ventilu při plném uzavření [Pa]; P v autorita ventilu [-]. Podle toho, jakou má ventil tlakovou ztrátu vzhledem k tlakové ztrátě potrubní sítě okruhu příslušejícího ventilu, resp. jak veliká je autorita ventilu, se statická charakteristika ventilu deformuje. Deformaci statické charakteristiky ventilu s lineární, rovnoprocentní a parabolickou charakteristikou v závislosti na autoritě ventilu ukazují obr. 2-2, 2-3 a

10 Obr. 2-2 Deformace lineární statické charakteristiky ventilu se změnou autority ventilu Obr. 2-3 Deformace rovnoprocentní statické charakteristiky ventilu se změnou autority ventilu K určení k vs hodnoty je zapotřebí jmenovitého průtoku a tlakové ztráty ventilu. Tlakovou ztrátu ventilu při plném otevření lze určit přes autoritu ventilu, vztahem Δ p v100 = P v Δp. v0 Obr. 2-4 Deformace parabolické statické charakteristiky ventilu se změnou autority ventilu 10

11 Nevýhodou tohoto vztahu je, že tlaková ztráta ventilu je sama závislá na tlakové ztrátě ventilu při plném otevření. Předložený vztah je pro praxi neužitečný a proto se do vztahu promítá tlaková ztráta potrubní sítě okruhu příslušejícího ventilu. Vztah nabývá tvaru ( Δp Δp ) Δ p = P v v v100 P Δp = v Δp v100 1 P PS v ; PS ; P v P = v 1 P v ; Δp P v 100 = v Δp, PS kde Δp PS tlaková ztráta potrubní sítě okruhu příslušejícího ventilu [Pa]; P v poměrná autorita ventilu [-]. Při obvyklé autoritě ventilu P v = 0,33 je poměrná autorita P v = 0,5. Tlaková ztráta plně otevřeného ventilu je tak přibližně poloviční, jako tlaková ztráta úseku potrubní sítě bez ventilu. Tlaková ztráta např. výměníku, otopného tělesa či úseku potrubní sítě je známa z technického řešení otopné soustavy. Regulovatelnost u lineární charakteristiky ventilu je tím příznivější, čím větší je autorita ventilu, neboť s přibývající autoritou ventilu se blížíme k žádanému lineárnímu průběhu statické charakteristiky. Zvýšení autority ventilu znamená při daných dimenzích potrubní sítě, zvýšení odporu a snížení k vs hodnoty. Se zmenšující se k vs hodnotou stoupá tlaková ztráta ventilu, jak ukazuje následující vztah = k v Δp ρ0 Δp0 ρ V, kde k v jmenovitý průtok [m 3 /h]; V objemový průtok [m 3 /h]; Δp tlaková ztráta ventilu [kpa]; Δp o = 100 kpa; ρ hustota vody při provozní teplotě [kg/m 3 ]; ρ o hustota vody při teplotě 15 C [kg/m 3 ]. Tato zvýšená tlaková ztráta musí být kryta zvýšením dopravního tlaku čerpadla. Z toho plyne, že s rostoucí autoritou ventilu se sice zlepší regulovatelnost zařízení, ale zvyšuje se spotřeba energie čerpadla. Jako směrná hodnota a jakýsi kompromis platí rozmezí autority ventilu P v = 0,3 až 0,5. S tímto rozmezím se však nedá dosáhnout žádaného lineárního průběhu výsledné charakteristiky. 11

12 Pro ventily s rovnoprocentní charakteristikou platí však něco jiného. Zde můžeme dosáhnout lineárního průběhu statické charakteristiky dokonce s relativně malou autoritou ventilu. Směrná hodnota P v = 0,3 až 0,5 zde není žádným kompromisem, jak tomu je u ventilu s lineární charakteristikou. Pro každé dimenzování lze znázornit a najít optimální autoritu ventilu, která povede k lineární výsledné charakteristice. Pro běžnou praxi se zdá zde popsaný výklad těžko akceptovatelný. Přesto se výše uvedená směrná hodnota používá Charakteristiky ventilů Statickou charakteristikou ventilu rozumíme závislost poměrného průtoku resp. k v hodnoty vztažené ke k vs hodnotě na poměrném zdvihu ventilu. Hlavní dvě charakteristiky jsou lineární a rovnoprocentní. Nejnižší k v hodnota, při které má charakteristika ještě normální sklon se označuje jako k vr hodnota (obr. 2-5). Poměr k vs k vr = S v = r se označuje jako akční poměr, resp. regulační rozsah. Pod k vr hodnotou se stává regulace nestabilní. Proto je třeba navrhovat ventil tak, aby se jeho pracovní oblast pohybovala vždy nad k vr hodnotou. Obr. 2-5 Lineární statická charakteristika ventilu Obvyklé hodnoty regulačního rozsahu jsou 20 až 30 a u těch nejlepších ventilů až 50. Čím je akční poměr, resp. regulační rozsah větší, tím k lepší regulaci dochází při nízkých výkonech. Skutečné charakteristiky mají v blízkosti nulového zdvihu odlišný průběh od teoretických charakteristik, tj. proložených (obr. 2-5 a 2-6). Měli bychom se tedy vyvarovat toho, aby ventily pracovaly v oblasti zdvihu do 10 %. Rovněž důležitou hodnotou vzhledem k definování charakteristik ventilů je poměrný průtokový součinitel φ, který je definován poměrem φ = k v k vs 12

13 a poměrný průtokový součinitel při nulovém zdvihu φ 0, který je dán průsečíkem proložené charakteristiky s osou y (viz obr. 2-5), a který je tak definován poměrem k v 0 0 = k vs φ. U lineární statické charakteristiky ventilu odpovídá stejné změně zdvihu h stejná změna k v hodnoty. U lineární charakteristiky tak dojde při zvětšení zdvihu o 1 % ke zvýšení poměrného průtoku přibližně též o 1 %. Této skutečnosti odpovídá vztah h φ = φ + m, 0 h 100 kde m udává sklon charakteristiky. U rovnoprocentních charakteristik odpovídá stejné změně zdvihu h procentuelně stejná změna k v hodnoty. To znamená, že charakteristika má tvar, který definuje vztah h n h φ = φ e Vynášíme-li rovnoprocentní charakteristiku v logaritmické stupnici, zjistíme sklon křivky jako k n = ln vs, k v0 což je exponent ve výše uvedené rovnici. Pro dosažení regulačního rozsahu 50 je potřebné použít minimálně tzv. čtyř-procentní charakteristiku. U takovéto charakteristiky podle obr. 2-7 při zvětšení zdvihu o 1 % pro ventil s k vs = 100 a k v0 = 4 dojde ke zvýšení o 4,13 %. h n h 4 3,2 φ = φ e 100 = e = 0,0413 Z výše uvedeného vyplývá jedno doporučení. Ve spodní teplotní oblasti (přechodné období, požadované malé výkony) a při nižší autoritě ventilu je pro regulaci lepší použít rovnoprocentní ventil s velkým regulačním rozsahem. V komplikovaných případech lze regulaci rozložit na dva ventily za sebou. 13

14 Teoreticky je možné zvolit jakoukoli jinou statickou charakteristiku než jsou dvě dříve uvedené. Nová charakteristika tak může lépe vyhovět konkrétní aplikaci. Většinou jde o tzv. modifikované rovnoprocentní charakteristiky. Obr. 2-6 Příklad lineární a rovnoprocentní statické charakteristiky s φ 0 = 4 % LIN lineární statická charakteristika teoretická SLIN - lineární statická charakteristika skutečná RP rovnoprocentní statická charakteristika teoretická Obr. 2-7 Příklad rovnoprocentní statické charakteristiky s φ 0 = 4 % v logaritmické stupnici RP rovnoprocentní statická charakteristika teoretická SRP rovnoprocentní statická charakteristika skutečná Změna výkonu Použijeme -li např. u výměníku či otopného tělesa regulačního ventilu, vyjádří změnu výkonu funkční závislost Q Q 100 = h f, h 100 kde Q tepelný výkon otopného tělesa [W]; Q 100 jmenovitý tepelný výkon otopného tělesa [W]; h zdvih kuželky ventilu [mm]; maximální zdvih kuželky ventilu [mm]. h 100 Závislost tepelného výkonu na zdvihu ventilu bude dále vyjádřena jako charakteristika výměníku s ventilem. Změna průtoku ventilem v závislosti na zdvihu je prostředkem k dosažení potřebné změny tepelného výkonu (obr. 2-8). 14

15 Závislost m m 100 = h f, h 100 kde m hmotnostní průtok [kg/s]; m 100 hmotnostní průtok při maximálním zdvihu [kg/s], lze označit jako průtočnou charakteristiku ventilu. Prostřednictvím průtočné charakteristiky lze popsat chování výměníku s ventilem, pokud je známa závislost Q Q 100 = m f, m 100 tedy výkonová charakteristika. Regulační postup, při kterém se dosáhne změny tepelného výkonu změnou průtoku, lze označit jako regulaci škrcením, tedy regulaci množství - kvantitativní. Obr. 2-8 Spojením charakteristiky otopného tělesa (obecně výměníku tepla) a ventilu získáme výkonovou charakteristiku otopného tělesa s ventilem 15

16 2.2 Termostatické regulační ventily Přesto, že je potřeba uvažovat otopnou soustavu jako celek a tak pohlížet i na regulaci, pokusme se o postižení problematiky regulace výkonu otopného tělesa. Otopné těleso je výměník tepla, který sdílí teplo do vytápěného prostoru. Je zároveň koncovým prvkem otopné soustavy, který má zajistit dodávku proměnného tepelného toku do vytápěného prostoru podle jeho časově proměnných potřeb. Protože je otopné těleso obecně výměníkem tepla, lze s ním takto z hlediska regulace tepelného výkonu i zacházet. U otopného tělesa můžeme uplatnit jak regulaci kvalitativní, tj. změnou teploty otopné vody, tak kvantitativní, tj. změnou průtoku otopné vody. Prvně zmíněnou regulací se nebudeme nadále zabývat, neboť přísluší spíše k regulaci tepelného výkonu otopné soustavy jako celku či k regulaci výkonu zdroje tepla, než k regulaci místní, tedy regulaci tepelného výkonu pouze otopného tělesa s využitím termostatických regulačních ventilů (TRV). Obecně se v topenářské praxi dává přednost ventilům s rovnoprocentní charakteristikou. Dobrá regulovatelnost otopného tělesa ve spodní oblasti výkonů je dosažitelná při volbě regulačního poměru co největšího ( > 1 : 25). Z toho vyplývá, poměr k v0 0, 04, k v100 kterého lze dosáhnout exponentem n 3,22 v rovnici k h k n 1 v0 h = e 100. v100 Velikost ventilu je určena k vs hodnotou, která představuje jmenovitý průtok armaturou v m 3 /h při maximálním otevření h 100 armatury a tlakové ztrátě Δp o = 100 kpa. Poddimenzování či předimenzování má negativní vliv na provozní chování ventilu. Pokud je ventil poddimenzován protéká ventilem nedostatečné množství a tepelný výkon otopného tělesa je nedostačující. Ventil zůstává stále otevřen a neplní tak svou regulační funkci. Předimenzování způsobí zhoršení regulačních poměrů. Příliš velké protékající množství ventil škrtí a tak většinu provozní doby pracuje v poloze téměř zavřeno. Tepelné zisky tuto situaci ještě zhorší, neboť na ně už ventil nemůže reagovat pokud zcela nezavře. To vede k neustálému otevírání a zavírání ventilu, tudíž i ke kolísání teplot. Rovněž tak i ke škrcení velkého průtoku a tomu odpovídajícím hlukovým projevům. Při zátopu to vede k opožděnému náběhu ostatních těles se správně dimenzovanými ventily. K návrhu termostatických ventilů je potřebný diagram jeho hydraulických vlastností, který znázorňuje závislost hmotnostního průtoku a tlakové ztráty ventilu s vymezeným pásmem proporcionality, tj. teplotním rozsahem, ve kterém ventil pracuje. Takovéto diagramy poskytuje vždy výrobce armatury a obvyklé pásmo proporcionality je 2K. Jinak řečeno jmenovitý zdvih ventilu se stává zdvihem, kterým dosáhneme za zcela otevřené polohy zvýšení teploty snímače o jmenovitý uzavírací teplotní rozdíl, který je většinou 2K. Označme zdvih kuželky odpovídající pásmu proporcionality 1K hodnotou k v1, pro 2K hodnotou k v2, a pro 3K hodnotou k v3. Podle polohy pracovního bodu v pracovním pásmu ventilu usoudíme s jakým teplotním rozdílem bude ventil pracovat (obr. 2-9). Pokud leží 16

17 pracovní bod vlevo od charakteristiky k v2 (bod A), bude jeho uzavírací teplotní rozdíl menší než 2K a pokud leží vpravo (bod C), bude uzavírací teplotní rozdíl větší než 2K. Obr. 2-9 Posun pracovního bodu termostatického regulačního ventilu. Když se pracovní bod ventilu nachází před a nad pracovním pásmem (bod A, obr. 2-10), můžeme ho posunout do pracovního pásma seškrcením přebytečného tlaku např. regulačním šroubením osazeným na zpětném potrubí u otopného tělesa. Seškrcením přebytečného tlaku se pracovní bod A posune o tlakový spád -Δp do bodu A 2 na přímku jmenovitého průtoku ventilu k v2. Pokud se pracovní bod nalézá v oblasti za a pod pracovním pásmem ventilu (bod B, obr. 2-10), je možné ho posunout do oblasti pracovního pásma ventilu zvýšením dynamického dispozičního tlaku o hodnotu +Δp a tak ho posunout na čáru jmenovitého průtoku k v2 do bodu B 2. Ačkoli je kvantitativní regulace nejpoužívanější, můžeme se na obr přesvědčit o její nejmenší účinnosti vzhledem k regulaci tepelného výkonu otopného tělesa. Obr zobrazuje procentuální změnu výkonu otopného tělesa v závislosti na charakteristických veličinách pro otopné těleso. Z průběhů jednotlivých křivek je patrné, že nejúčinnější regulací výkonu tělesa je regulace kvalitativní, tedy změnou teploty otopné vody. Jako projektanti musíme mít na paměti, že volbou nízkých čísel přednastavení u termostatických regulačních ventilů zmenšujeme i pásmo proporcionality. 17

18 Obr Vliv přednastavení TRV na velikost pásma proporcionality Obr Procentuální závislost výkonu otopného tělesa na hmotnostním průtoku, velikosti teplosměnné plochy a ochlazení. 18

19 2.3 Regulátory tlakové diference V otopných soustavách jsou instalovány dvoucestné regulační ventily, a to minimálně v podobě TRV podle Vyhlášky č. 193/2007 Sb. Za provozu se tak mění průtok a tlaková diference, neboť každý dvoucestný ventil reguluje kvantitativně, tj. změnou průtoku. Důsledkem je nejen změna průtoku, ale i změna tlakové diference. Celá otopná soustava je navržena za tzv. jmenovitých podmínek, tj. na jmenovitou tlakovou ztrátu a jmenovitý průtok. V průběhu otopného období se však jmenovitých podmínek dosahuje jen zřídka, a tak, díky zásahům regulačních armatur, soustava pracuje s jinou tlakovou ztrátou a s jinými průtoky. Při uzavírání dvoucestného regulačního ventilu klesá průtok, okolní síť má menší tlakovou ztrátu, ale dopravní tlak čerpadla po charakteristice roste. Přebytek tlaku je seškrcován na ventilu, což má za následek ovlivnění jeho regulačních vlastností a často nežádoucí hlukové projevy. Je zřejmé, že nárůst tlakové diference na ventilu je způsoben jednak nárůstem dopravního tlaku čerpadla při nižším průtoku a jednak poklesem tlakových ztrát potrubní sítě. Ani frekvenčně řízená čerpadla nemohou dát záruku konstantní tlakové diference na regulační armatuře, neboť nárůst tlakové diference je způsoben rovněž poklesem tlakových ztrát potrubní sítě. Jednou možností stabilizace tlakové diference v soustavě je instalace regulátorů tlakové diference (RTD). Principiálně jde o zmenšování přebytečného průtoku při uzavírání např. TRV a tím přejímání velké tlakové diference vznikající na TRV. U regulátorů tlakové diference se snímaný tlak před a za odběrným místem přivádí na obě strany regulační membrány. Takto je zjišťována skutečná hodnota tlakové diference, podle které regulátor reaguje. Obr Regulátor tlakové diference AIP-F 1 - ventil, 2 sedlo, 3 - kuželka ventilu, 4 odběr tlaku přes vrtání, 5 vřeteno ventilu, 6 spojovací matice, 7 pohon, 8 regulační membrána, 9 seřizovací pružina, 10 spojení impulsní trubky a ústí 19

20 Obr Znázorněné proudění v osovém regulátoru tlakové diference Regulátory tlakové diference podporují vychlazení zpětné vody a jejich použití ve spolupráci s frekvenčně řízenými čerpadly přináší významné úspory čerpací práce. Díky složitější konstrukci (membrána, tlakově vyvážená kuželka apod.) a větším světlostem (jsou navrhovány na rozdíl od přepouštěcích ventilů na celkový průtok) jsou dražší než pružinové přepouštěcí ventily. Umísťují se buď na paty stoupaček (z technického hlediska optimální řešení) nebo na patu objektu (levnější řešení). Dnes je možné používat osové RTD (obr. 2-13), kde proud vody mění směr jen minimálně, a tak toto konstrukční řešení klade menší odpor teplonosné látce než uspořádání klasické. Při stejném průměru sedla lze u osových RTD dosáhnout o 40 % větší k vs hodnoty oproti klasickému ventilu. Výhodou tudíž je, že pro stejnou k vs hodnotu vychází menší průměr sedla a menší průměr membrány, což má příznivý vliv na celkové rozměry RTD, na charakteristiku a rovněž i na cenu. RTD se vyrábějí v mnoha provedeních. Velké armatury mají oddělené odběry tlaků a lze jich po úpravě použít pro přepouštění či pro dynamickou stabilizaci průtoku ve spojení s měřicí clonou. U menších armatur (do DN 50) se vzhledem k ceně používá jeden oddělený odběr tlaku (pro vyšší tlak) a druhý odběr (pro nižší tlak) je veden vrtaným kanálkem v kuželce, tj. je nedílnou součástí ventilu. Tyto ventily mají pevně stanovenu polaritu tlakových odběrů čímž je nelze použít pro další funkce jako u větších armatur. Z uvedeného vyplývá instalace do zpátečky a jednoznačné dodržení určeného směru průtoku. U RTD s oddělenými odběry je dle funkčního použití možná montáž jak do přívodního, tak do zpětného potrubí. Obr Regulace tlakové diference přes RTD; ZV zpětný ventil Na obr je zobrazeno umístění RTD jen pro regulaci tlakové diference. Při tomto zapojení a při stoupajícím rozdílu tlaků mezi odběrnými místy ventil uzavírá a udržuje tak stálou tlakovou diferenci mezi odběrnými místy, tj. v chráněném úseku. 20

21 2.4 Regulátory objemového průtoku Regulátor objemového průtoku (ROP) zajišťuje, aby nebyl překročen požadovaný průtok nezávisle na poklesu tlaku. U ROP se pracovní tlak přivádí k regulační membráně jako skutečná hodnota odpovídající průtoku. Často se využívá regulátorů, které regulují jak tlakovou diferenci, tak objemový průtok. Tyto regulátory snímají obě regulované veličiny. Na jedné regulační membráně se projevuje rozdíl tlaků a na druhé pracovní tlak, tj. potažmo průtok. Obr Automatický regulátor objemového průtoku 1 kryt, 2 omezovač průtoku, 3 matice, 4 ventil, 5 sedlo, 6 kuželka ventilu s vyrovnáváním tlaku, 7 vřeteno ventilu, 8 pružina omezovače tlakové diference, 9 regulační vrtání, 10 spojovací matice, 11 pohon, 12 regulační membrána, 13 impulsní trubka přednastavení. ROP obsahuje vnitřní měřicí clonu, kde je tlakový rozdíl na cloně úměrný průtoku otopné vody. Požadovaný maximální průtok lze nastavit na stupnici a zajistit proti neoprávněné manipulaci. Tyto regulátory lze umístit do zpátečky i do přívodu. Regulační membránu lze ovládat i tlakem odebíraným ze zpátečky. ROP je výhodné použít u soustav, kde na TRV není možné využít ROP umožňuje udržovat maximální průtok svislým rozvodem (stoupačkou) nezávisle na tlakových poměrech v potrubní síti (obr. 2-16). Průtok je pak mezi jednotlivými svislými větvemi rozdělen rovnoměrně podle projektovaného požadavku. Obr Regulace průtoku svislých rozvodů s využitím ROP 21

22 2.5 Přepouštěcí ventily Jedním z možných způsobů ochrany proti nárůstu tlakové diference je použití přepouštěcích ventilů. Tyto ventily, a především pak pružinové, jsou cenově dostupnější než přepouštěcí ventily v podobě upravených RTD. Je třeba mít však vždy na paměti, že přepouštění zvyšuje teplotu teplonosné látky proudící ve zpětném potrubí ke zdroji tepla. Proto je využití přepouštění naprosto nevhodné u zdrojů tepla vyžadujících nízkou teplotu zpátečky, jako jsou např. kondenzační kotle, tepelná čerpadla, napojení na CZT (teplárna, výtopna, sídlištní kotelna atd.). Přepouštěcí ventily se využívají i u klasických zdrojů tepla, jako jsou např. nástěnné plynové kotle, kde nejen, že chrání otopnou soustavu před neúměrným narůstáním tlakové diference, ale rovněž kotel před podkročením minimálního dovoleného průtoku kotlem a v mnoha případech i proti nízkoteplotní korozi kotle. Regulační schopnost přepouštěcích ventilů spočívá v přepouštění přebytečného množství teplonosné látky z přívodu do zpátečky, čímž je v jednotlivých větvích chráněného úseku udržována téměř stálá tlaková diference. Je zřejmé, že stálá tlaková diference je udržována nepřímo přes odpovídající stabilizaci průtoku v jednotlivých větvích potrubní sítě. Obr Přepouštěcí ventil instalovaný k ochraně jedné větve v soustavě Příklad začlenění přepouštěcího ventilu (PV) do otopné soustavy vidíme na obr Ventil by měl být umístěn na konci větve, abychom zajistili při všech provozních stavech dostatečnou teplotu přiváděné teplonosné látky před regulačním ventilem (RV) odběrného zařízení. K nastavení jmenovitých průtoků soustavou, resp. k hydraulickému vyvážení potrubní sítě nám slouží vyvažovací ventily (VV). Přepouštěcích ventilů je možno využít pro stabilizaci dopravní výšky čerpadla. Přepouštěcí ventil je pak umístěn v obtoku čerpadla. Toto řešení nutí čerpadlo pracovat se stále stejným průtokem a tak úspory čerpací práce jsou prakticky nulové. Za hlavní výhodu lze považovat, že toto řešení nepodporuje zvyšování teploty zpětné vody. 2.6 Trojcestné armatury Trojcestné regulační ventily a klapky můžeme vzhledem k jejich funkčnímu chování, resp. průtoku armaturou rozdělit na: - směšovací (dva vstupy a jeden výstup); - rozdělovací (jeden vstup a dva výstupy). Konstrukčně se většinou oba druhy liší uspořádáním kuželky a sedla ventilu. Jedno z možných provedení je znázorněno na obr a Někteří výrobci dělají ventily, které lze provozovat jako rozdělovací i jako směšovací při opačném směru proudění. Tyto ventily 22

23 mají upravený škrtící systém tak, aby nedošlo k rozkmitání uzávěru a nestabilitě v krajních polohách. Pro dimenzování je rozhodující jmenovitý průtok, resp. k vs hodnota, která udává objemový průtok armaturou v m 3 /h při tlakové ztrátě na armatuře 100 kpa. Tato hodnota je určena tvarem škrtícího systému a velikostí průtočné plochy mezi kuželkou a sedlem ventilu. Jmenovitý průtok je většinou shodný pro přímou i boční větev ventilu i když jsou i případy, kdy je pro boční větev hodnota redukována. Závislost průtoku jednou větví na poloze kuželky je nazývána průtokovou charakteristikou ventilu. Výběr průtokové charakteristiky závisí na zapojení ventilu v potrubní síti, které přísluší i určité spotřebiče. S ohledem na sériové zařazení dalšího hydraulického odporu jsou vyráběny regulační ventily s modifikovanou charakteristikou tak, aby charakteristika ventilu při autoritě ventilu 0,5 byla lineární. Při zařazení do okruhu s hydraulickým odporem se regulační rozsah zmenšuje s klesající autoritou ventilu. Provozní regulační rozsah je možno určit jako součin regulačního rozsahu ventilu a odmocniny z autority ventilu. Pro ventil s regulačním rozsahem 50 a autoritou 0,3 je provozní maximálně dosažitelný regulační rozsah 27. Neméně důležitým předpokladem je těsnost závěru v uzavřené poloze. Netěsnost může závažně ovlivnit nejen kvalitu regulace, ale i znemožnit dosažení požadované teploty otopné vody či vést k přetápění. Obr Trojcestný regulační směšovací ventil Obr Trojcestný regulační rozdělovací ventil Trojcestné ventily poskytují různé možnosti použití. Podle potřeby mohou být jednotlivé porty (vstupy a výstupy) uzpůsobeny symetricky či asymetricky. S lineární či rovnoprocentní charakteristikou je můžeme využít pro úkoly: - změna směru proudu (jako přepínací ventily s rychlým přejezdem z jedné krajní polohy zdvihu do druhé); - kvantitativní regulace (změna průtoku u zapojení pro rozdělování proudu); - kvalitativní regulace (změna teploty přiváděné teplonosné látky zapříčiněná směšováním). Obr ukazuje jednotlivé příklady charakteristik trojcestných rozdělovacích ventilů s různými autoritami. Obr. 2-20a ukazuje charakteristiky, kde port A má charakteristiku rovnoprocentní, port B lineární při autoritě ventilu P v = 1 (např. případ volného výtoku). V případech vytápěcí techniky se tato varianta neuplatní. Obr. 2-20b ukazuje charakteristiky, kde port A má charakteristiku rovnoprocentní, port B v principu lineární, ale zakřivení je dáno autoritou ventilu P v = 0,5. Při napojení spotřebiče na port A a škrtícího ventilu na port B nám toto zapojení poskytne téměř konstantní součtovou charakteristiku. Obr. 2-20c ukazuje 23

24 charakteristiky, kde port A má charakteristiku rovnoprocentní a port B komplementární rovnoprocentní. V tomto případě při P v = 1 je součtová charakteristika konstantní, tj. při každém otevření ventilu je stejný součtový průtok. Obr. 2-20d ukazuje charakteristiky, kde port A má charakteristiku rovnoprocentní, port B komplementární rovnoprocentní při autoritě ventilu P v = 0,5. Změněnou autoritou ventilu dochází i k výraznému prohnutí součtové charakteristiky. Obr Příklady charakteristik trojcestných rozdělovacích ventilů s různými autoritami. Na obr jsou příklady charakteristik trojcestných směšovacích ventilů s různými autoritami. Plnou čarou jsou zakresleny charakteristiky pro autoritu ventilu P v = 0,5 a čárkovaně pro autoritu P v = 1. Jak pro port A, tak pro port B jsou uvažovány autority P A = P B = 0,5. 24

25 Obr Příklady charakteristik trojcestných směšovacích ventilů s různými autoritami. a) ventil s rovnoprocentní a lineární charakteristikou, b) ventil s modifikovanou lineární charakteristikou, c) ventil s lineárními charakteristikami 3. REGULACE PŘÍKONU TEPLA V objektech lze obecně uplatnit různou regulaci tepelného příkonu. Proto si v úvodu uveďme alespoň jednoduché rozdělení této regulace. Regulovat příkon tepla lze, jak ukazuje následující rozdělení, podle : 1. výstupní teploty vody ze zdroje tepla 2. vnitřní teploty vzduchu a to a) přímo, kdy je regulován přímo zdroj tepla b) nepřímo, kdy je regulována vstupní teplota vody do otopné soustavy (např. směšováním) a zdroj tepla je regulován samostatně c) místně, kdy je regulován výkon jednotlivých otopných těles (ploch) a zdroj tepla je regulován opět samostatně 3. venkovní teploty vzduchu ekvitermně, resp. podle venkovních klimatických podmínek a to opět a) přímo, kdy je regulován přímo zdroj tepla b) nepřímo, kdy je regulována vstupní teplota vody proudící do soustavy. Zdroj tepla je regulován samostatně. 4. zátěže či zátěží. Tato regulace je přímá a hovoříme zde již o využívání fuzzy logiky. Při použití regulátorů, které regulují teplotu otopné vody v závislosti na venkovní teplotě vzduchu, tedy při použití ekvitermní regulace dosahujeme úspor tepla vzhledem k původní spotřebě podle druhu objektu 10 až 25 %. Jestliže doplníme tento druh regulace o tzv. zónovou regulaci, úspory tepla se ještě zvýší a dosáhnou hodnot 15 až 30 %. 25

26 Volba regulace Při volbě regulace pro určitou otopnou soustavu je vhodné respektovat následující body : 1. velikost a druh budovy (nízkopodlažní zástavba, výškový objekt, administrativní budova apod.) 2. tepelněakumulační vlastnosti budovy (hmotnost stavby, druh stavebního materiálu, druh a tloušťka tepelné izolace, velikost zasklené plochy, infiltrace, atd.) 3. tepelně akumulační vlastnosti otopné soustavy (druh soustavy, vodní obsah, atd.) 4. vliv vnějších klimatických vlivů na budovu (poloha budovy v terénu, orientace ke světovým stranám, průběh venkovní teploty, vliv oslunění, nápory větru apod.) 5. vnitřní mikroklimatické podmínky (osvětlení, počet osob a jiné vnitřní zdroje tepla a vlhkosti). 6. investiční náklady na regulační zařízení (tyto náklady bychom měly poměřovat s dosažitelnými úsporami tepelné energie) 7. nároky uživatele na komfort a mikroklima a jeho přímé požadavky. Dnes, kdy se snažíme zateplovat objekty, tj. vylepšovat jejich tepelnětechnické vlastnosti za účelem úspor energie se nejvíce projeví bod č. 2. K tomu, aby bylo zřejmé, že nestačí pouze zateplit objekt, ale je potřebné přizpůsobit tomuto zateplení i otopnou soustavu a její regulaci je potřebné si nejdříve prostudovat jednotlivé druhy regulace Zónová regulace Zde se reguluje otopná voda pro více otopných těles v jednom pokoji jedním společným regulačním prvkem a jedním regulátorem (obr. 3-2) či více vytápěných místností zásobovaných jedním hydraulickým okruhem (zónou) vykazujících stejné či velmi obdobné tepelnětechnické chování. Regulátor postihne přes čidla teploty změny a uzpůsobuje nastavení na zónovém ventilu. Zónovým, resp. regulačním (dvoucestný, třícestný) ventilem se tak provádí regulace množství, tj. kvantitativní regulace, či kvalitativní regulace směšováním. Obr. 3-1 Napojení zón na rozdělovač. Obr. 3-2 Princip zónové regulace. R čidlo vnitřní teploty; regulátor na ventilu 26

27 Jako regulátory se používají pokojové termostaty se zpětnou tepelnou vazbou pro případ, kdy místnost tvoří samostatnou zónu, jinak zde nacházejí uplatnění především ekvitermní regulátory. Zónová regulace se používá, když je v jednom pokoji nainstalováno větší množství OT, nebo když je více pokojů se stejnými podmínkami regulováno na stejnou teplotu. Typickým nasazením jsou učebny ve školách orientované na stejnou světovou stranu, výrobní haly, společenské sály, obytné budovy rozdělené chodbou na jednotlivé světové strany atp Decentralizovaná regulace jednotlivých místností U této formy regulace je každá místnost opatřena regulátorem a regulačním orgánem, kterým je elektromotoricky ovládaný ventil na OT. Různé regulátory v jednotlivých místnostech mohou být jedněmi či vícero spínacími hodinami centrálně řízeny v závislosti na čase (obr. 3-3 ). Příznivým jevem je, že je instalace a kabeláž jednodušší a přizpůsobivější, než u centrální regulace jednotlivých místností. Zde se dá využít například signalizačního vedení a částečně i rozvodné sítě 220 V, u níž se signály převedou na napětí v síti. Obr. 3-3 Princip decentralizované regulace jednotlivých místností. R čidlo vnitřní teploty s regulátorem pro místnost SH centrální spínací hodiny 3.3. Centrální regulace jednotlivých místností Zde se provádí regulace pouze jedním centrálním regulátorem, převážně vícekanálovými spínacími hodinami (obr. 3-4). Každá místnost má čidlo (snímač) a regulační orgán opět elektromotoricky ovládaný ventil na OT. Obr. 3-4 Princip centrální regulace jednotlivých místností. t i čidlo vnitřní teploty; CR centrální regulátor Výhodou je, že požadované hodnoty a spínací časy jsou řízeny z jednoho centrálního místa. Přesto se nechá každá místnost regulovat individuálně. Výhoda oproti decentrální regulaci spočívá v tom, že se redukují náklady na přístroje a mnoho regulátorů je nahrazeno jedním centrálním. Zařízení tohoto druhu jsou provozována převážně se systémem DDC (Direct Digital Control). Regulátory tohoto druhu pracují tedy digitálně a mohou přebírat podle podmínek systému velké množství úloh. Použití regulace teploty místností s pomocnou energií se používá pouze u velkých objektů. Hlavní oblastí použití v nebytové oblasti jsou školy, správní budovy, divadla, hotely apod. 27

28 Zde se jedná opět o kvantitativní regulaci množstvím a bezpodmínečně se doporučuje centrální regulace teploty přívodní vody, aby se zabránilo většímu kolísání požadované hodnoty Regulace teploty přívodní vody Zde se nabízejí tři možnosti Regulace podle nastavené teploty vody To je nejjednodušší forma regulace teploty přívodní vody, neboť je čidlo většinou i s regulátorem instalováno v přívodní trubce a podle této teploty reguluje (obr. 3-5). Tento způsob regulace se používal dříve u zařízení s ručním nastavováním směšovače. Dnes se používá pouze výjimečně, když kotel či kotle dodávají do jednoho rozdělovače. Tyto regulátory nejsou schopny regulovat současně teplotu TUV. Obr. 3-5 Princip regulace kotle podle přívodní teploty. K kotel; R čidlo teploty s regulátorem Regulace podle venkovní teploty Zde je potřeba tepla regulována nepřímo úměrně k venkovní teplotě, je možné na tomto základě regulovat teplotu přívodní vody přímo v závislosti na teplotě venkovní. Závislost obou veličin je dána tzv. otopnou křivkou (obr. 3-6). Křivka a její prohnutí odpovídá použitým otopným tělesům, resp. použité otopné ploše, a tak odpovídá mocninné funkci s exponentem např. n = 1,3. Křivku lze přesně určit či nastavit pro danou soustavu s využitím naklánění (změna směrnice) či paralelního posunu. Obr. 3-6 Příklad otopné křivky pro t emin = -15 o C a t v,max = 70 o C s n = 1,3. Ekvitermní regulace přívodní teploty vody je rychlá s malým dopravním zpožděním, tj. s velkým poměrem T u /T n. Tato regulace se dnes používá u většiny soustav s event. 28

29 přídavnými funkcemi. Teplota přívodní vody se reguluje dvoupolohově (řízení hořáku), nebo třípolohově (spolu s řízením třícestné či čtyřcestné armatury) Regulace podle vnitřní teploty vzduchu V tomto případě je snímána teplota vzduchu ve vytápěném prostoru a jako řídicí veličina vysílána do regulátoru. Regulátor tak postihne i poruchovou veličinu. Snímač je montován do referenční místnosti, podle které jsou ovládány i ostatní místnosti. Vzniklá regulační odchylka v referenční místnosti zapříčiní změnu teploty přívodní vody, čímž se začne vyrovnávat teplota i v ostatních místnostech, i když to v některých není nutné. Toto chování působí negativně u relativně velkých a rozlehlých bytů. Vzhledem k tomu není vhodné používat tento způsob regulace u vícegeneračních domů. Zmiňovaná regulace má stálé dopravní zpoždění, které se musí udržovat co nejmenší, aby se zabránilo rozkmitání regulačního obvodu. Používají se regulátory s P a PI chováním, či dvoupolohové se zpětnou vazbou eventuálně kaskádová regulace. Čidlo, většinou s ovladačem, musí být umístěno na místě, kde nebude ovlivněno místními zdroji tepla. Obr. 3-7 Příklad regulace podle vnitřní teploty s kompenzací přes venkovní teplotu. t e čidlo venkovní teploty; t i čidlo vnitřní teploty; t w čidlo teploty přívodní vody; OČ oběhové čerpadlo; K kotel; R centrální regulátor Výhodou regulace podle vnitřní teploty vzduchu je rovněž chování při omezeném provozu otopné soustavy jako je noční útlum. Teplota vzduchu je čidlem snímána a i přes den se může při volbě nočního provozu omezit dodávka tepla až na sníženou vnitřní teplotu, jako pro noční provoz. Při dosažení nejnižší hraniční teploty se začne opět vytápět. Tím se zohlední tepelná kapacita budovy a zajistí se hospodárný provoz zařízení. Využívá se obvykle lichého počtu čidel v referenčních místnostech, přičemž rozhoduje údaj většiny (např. tři z pěti nebo čtyři ze sedmi) Regulace teploty přívodní vody podle venkovní teploty vzduchu otopná křivka Tento způsob regulace se nazývá ekvitermní regulace. Potřeba tepla ve vytápěném objektu je závislá na venkovní teplotě. Na vnější fasádě umístěné čidlo předává elektronickou formou informaci regulátoru. Regulátor pracuje podle zadané charakteristiky (otopné křivky viz obr. 3-8), která musí být nastavena v souladu se soustavou a objektem. Regulovat lze buď přívodní teplotu nebo střední teplotu v soustavě. 29

30 Na čem tedy závisí průběh této charakteristiky? Ve skutečnosti na střední teplotě otopných těles, respektive projektovaném teplotním spádu na otopných tělesech (např. 75/65, 70/55, 55/45 C, atd.), ale také na druhu otopné soustavy (konvekční vytápění otopná tělesa, sálavé vytápění stropní, podlahové a stěnové) a tepelnětechnických vlastnostech vytápěného objektu. Obr. 3-8 Otopná křivka pro otopnou soustavu s teplotním spádem 70/60 C Regulátor reguluje pouze teplotu přívodní otopné vody v závislosti na venkovní teplotě vzduchu (zde nerozebírejme, zda jde o aktuální, tlumenou či geometrickou venkovní teplotu). Teplota zpětné vody se mění v závislosti na podmínkách, za kterých pracuje celá soustava. Ve vytápěných prostorách je tedy potřebná ještě místní regulace prostřednictvím TRV Nastavení otopné křivky Při prvním nastavení regulátoru se většinou nastaví teplota vstupní vody podle projektu. Správného nastavení otopné křivky se však nedá dosáhnout definováním jediného bodu např. při venkovní teplotě 15 C a odpovídající teplotě přívodní vody 70 C. Pro optimální nastavení regulátoru je potřebné znát správnou polohu otopné křivky. Tu lze zjistit pouze odzkoušením, tj. experimentem zjistit vhodnou teplotu vstupní vody a jí přiřadit křivku v regulátoru. Při tomto pokusu musí být TRV mimo provoz či alespoň zcela otevřeny. Obr. 3-9 Vliv nastavení otopné křivky; a) změna sklonu b) změna úrovně - posun Předchozí způsob je časově značně náročný a vede k úspěchu jen tehdy, když je provozovatel upozorněn a poučen o nutnosti nastavení. Ke správnému nastavení tak vedou dvě jiné cesty využívající sklonění křivky či její posun. Pro vyšší venkovní teploty se doporučuje přednostně posun otopné křivky do jiné úrovně a u nižších venkovních teplot je vhodné upřednostnit změnu sklonu otopné křivky. Pokusíme-li se zodpovědět otázku : Proč právě takto?, dospějeme k následující odpovědi. 30

31 Při změně sklonu otopné křivky zůstává její výchozí bod stále nezměněn (viz obr. 3-9a), a tak, např. při venkovní teplotě t e = + 20 C, je nastavena teplota přívodní otopné vody t w1 = 20 C. V oblasti vysokých venkovních teplot přes t e = + 5 C je působení na změnu teploty přívodní vody relativně malé. Avšak u nižších venkovních teplot pod t e = ± 0 C, vedou změny sklonu otopné křivky k větším úsporám. V oblasti vyšších venkovních teplot se posune úroveň otopné křivky, a tak je výsledek změny větší vzhledem k zvýšení teploty přívodní vody, než by byl u změny sklonu křivky (obr. 3-9b). Čím dále od sebe leží dva body otopné křivky, tj. čím je větší rozdíl venkovních teplot (např. t e = + 5 C a t e = - 5 C), tím je určení správné otopné křivky přesnější. Synchronním přestavením sklonu a úrovně se nechají otopné křivky nastavit tak, aby pokryly celé pole průběhů. V mnohých případech tak musíme použít jak sklánění, tak úrovňový posun křivky. Protože se odezva na regulační zásah projevuje po delší době (někdy i hodiny) změnou teploty vytápěného prostoru, bude správné nařízení otopné křivky probíhat mnohdy dlouho. Pokud zateplíme objekt, změní se jeho tepelně-technické vlastnosti a je nutné znovunastavení otopné křivky, pokud tak regulátor neučiní sám automaticky (adaptivní). 3.6 Regulace teploty přívodní vody podle venkovní teploty s využitím směšovače. Takovýto způsob regulace popisuje obr Zde se odečítá venkovní teplota vzduchu a teplota vstupní vody do soustavy je nastavována podle otopné křivky. Kotel pracuje s konstantní teplotou. Obr Regulace teploty přívodní vody podle venkovní teploty směšováním s vazbou na vnitřní teplotu t e čidlo venkovní teploty; t w čidlo teploty kotlové vody; R centrální regulátor; OČ oběhové čerpadlo; K kotel; M pohon trojcestného směšovacího ventilu; Rt i dálkové ovládání s čidlem vnitřní teploty; KR kotlový regulátor 31

32 Obr Otopné křivky t w teplota otopné vody, t e,gem geometrická venkovní teplota. Obr Denní průběh teplot t e,akt aktuální venkovní teplota, t e,ged tlumená venkovní teplota, t e,gem geometrická venkovní teplota pro lehkou budovu, t e,gemo geometrická venkovní teplota pro těžkou budovu. Aby regulace nebyla citlivá na krátké teplotní výkyvy, aktuální venkovní teplota se koriguje na geometrickou venkovní teplotu (obr. 3-12). Regulace rozlišuje dva případy vlivu venkovní teploty, a to u těžké a u lehké budovy. Zvolená otopná křivka, která odpovídá vlastnostem objektu, platí pouze v případě, že chceme vytápět prostory na 20 o C. Avšak je zřejmé, že pokud chceme vytápět např. na 12 o C, budeme potřebovat nižší teplotu otopné vody. Jaký vliv má tedy žádaná teplota prostoru na ekvitermní regulaci? Odpověď je následující (obr. 3-13): otopná křivka se odpovídajícím způsobem paralelně posune. Funkce ekvitermní regulace je silně závislá na správné volbě otopné křivky. Otopná křivka nezahrnuje však vlivy povětrnostních podmínek a vnitřních tepelných zisků, které mají také nemalý vliv na vytápění. Obr Paralelní posun otopné křivky t i, w žádaná teplota v prostoru. 32