Vztah indikátorů, popř. systémů k termostatickým ventilům Ing. Michal Kučera, Danfoss s.r.o. Praha Úvod Tento článek si klade za cíl vysvětlit čtenáři a posluchači jaké úkoly termostatické ventily a související topenářská technika v systému ústředního vytápění plní, jaké jsou jejich možnosti a základní vlastnosti, co konečný uživatel od termostatických ventilů může očekávat a co naopak sami termostatické ventily ovlivnit nemohou. Na základě těchto informací pak může konečný uživatel sám nejlépe posoudit zda v jeho konkrétním případě, v konkrétní situaci jeho domu, je nasazení termostatických ventilů a dalších regulačních prvků spolu s indikátory topných nákladů účelným opatřením. Stručně řečeno jaké efekty z investice do regulační techniky a indikátorů topných nákladů může konkrétní konečný uživatel očekávat. Aby konečný uživatel mohl správně formulovat zadání svých cílů, bude účelné v obecné rovině charakterizovat vlastnosti a požadavky na moderní systém ústředního vytápění. Požadavky na systém ústředního vytápění Obecným požadavkem je bezpochyby hospodárný provoz topného systému. Splnění tohoto požadavku není v mnoha případech věc zcela snadná. Pro zjednodušení dalších úvah bude v následujícím uvažován klasický dvoutrubkový topný systém s nuceným oběhem. Jedním ze základních požadavků je individuelní regulace teploty v konkrétní místnosti. Zde je nutné mít na zřeteli, že úroveň požadované teploty může být obecně různá a to co do její velikosti, místa a časového průběhu. Druhým požadavkem je dosažení žádané úrovně tepelné pohody za co nejnižší spotřeby placené energie dodávané do konkrétního prostoru topným systémem. Jinak řečeno, topný systém a jeho regulační prvky musí maximálně umožňovat využití všech sekundárních zdrojů tepla (sluneční záření, lidé, elektrické a plynové domácí spotřebiče atd.) a úměrně s působením těchto tepelných zisků snižovat dodávku tepla, které musí dodavatel zaplatit. Konečný uživatel od moderního systému ústředního vytápění očekává spolehlivou dodávku tepla,komfort, možnost individuální volby teploty v jednotlivých místnostech a čase a to vše s minimálními náklady. Důsledky realizace těchto požadavků Podíváme-li se na tyto požadavky, je zřejmé, že topný systém, který se bude maximálně snažit o jejich naplnění, bude vystaven značnému kolísání průtoku. Toto nepochybně povede i ke změnám tlakové diference - rozdílu tlaků v určitém kontrolovaném úseku systému, zejména na regulačním prvku otopného tělesa - radiátoru. Tlaková diference je dána tlakovým přínosem oběhového čerpadla dle jeho charakteristiky a tlakovou ztrátou v potrubní síti a dalších zařízeních topného systému. Abychom mohli zajistit již definované požadavky na hospodárný provoz topného systému, bude zřejmě nutné přednostně stabilizovat úroveň tlakové diference na termostatickém ventilu u radiátoru. Pokud budeme moci předpokládat přibližně konstantní diferenční tlak na regulačním prvku otopného tělesa, tedy na termostatickém ventilu, můžeme se o tuto přibližnou konstantu opřít a vhodnou volbou a nastavením termostatických ventilů zajistit požadavek dosažení individuelní úrovně teploty v místnostech za současného maximálního využití všech dostupných sekundárních tepelných zisků a také optimální rozdělování topné vody do všech radiátorů systému. V souhrnu pak může konečný uživatel docílit hospodárného provozu svého systému ústředního vytápění.
Praktická řešení těchto požadavků Stabilizace úrovně tlakové diference na termostatickém radiátorovém ventilu lze realizovat : použitím automatických regulátorů tlakové diference na stoupačkách použitím automatických regulátorů tlakové diference na vstupu do objektu Posouzení zda v konkrétním případě je vhodnou volbou regulace stoupaček nebo postačí pouze regulace na vstupu do objektu, či bude nutná dvoustupňová regulace vstup do objektu a stoupačka, doporučuji jednoznačně svěřit odbornému projektantovi v oboru ústředního vytápění. Dosažení individuální úrovně teploty za současného maximálního využití všech dostupných sekundárních tepelných zisků bezplatné zdroje tepla docílíme : použitím termostatických ventilů použitím prostorových termostatů ve spojení s termoelektrickými pohony radiátorových ventilů Cenově dostupným řešením, zejména pro standartní bytové objekty, je použití kvalitních termostatických ventilů. Termostatické radiátorové ventily ( TRV ) Kvalitní termostatický radiátorový ventil charakterizuje : vysoká přesnost regulace dlouhodobá stálost regulačních vlastností rychlá reakce na změny teploty kontrolovaného prostoru maximální eliminace ovlivnění funkce termostatického ventilu vlastní teplotou radiátoru v praxi je rovněž výhodná možnost druhé regulace průtoku nezávisle na zdvihu kuželky, takzvané přednastavení TRV se skládá z tělesa ventilu a termostatické hlavice Termostatická hlavice Konstrukce tohoto prvku zásadním způsobem ovlivňuje kvalitu celého TRV. V zásadě rozeznáváme tyto typy hlavic : a) hlavice s parafinovým čidlem b) hlavice s kapalinovým čidlem c) hlavice s paroplynovým čidlem Všechny sice pracují na stejném principu, nárůst (pokles) teploty způsobuje roztažení (smrštění) čidla a tato změna objemu se přenáší dříkem na regulační kuželku ventilu, jejich kvalita je však rozdílná. Parafinová čidla jsou nejlevnější. Jejich citlivost na změny teploty je poměrně nízká, tepelná vodivost součástek zde často způsobuje tepelné ovlivňování čidla. Dá se zde také pozorovat u některých konstrukcí nedostatečná ovládací síla na ventil, čímž může dojít k ovlivňování funkce TRV nárůstem tlaku při jeho zavírání. Hlavice s kapalinovým čidlem je výrobně podstatně náročnější. Poskytuje maximální ovládací sílu a velkou životnost (danou pouze životností vlnovce). Tato hlavice již vykazuje podstatně vyšší citlivost na teplotní změny - kapalině je nutné k zajištění odpovídající reakce dodat daleko menší množství tepla než je tomu u hlavice s parafinovým čidlem. Hlavice s paroplynovým čidlem je výrobně nejsložitější. Vyznačuje se mohutným vlnovcem a dávkováním malého množství paroplynové náplně - směsi (nízkovroucí kapaliny). Při konkrétní teplotě je v čidle rovnováha plynné fáze (sytých par) a kapalné fáze (kondenzátu). Čidlo reaguje na teplotu okolí, přičemž tlak sytých par ve vlnovci je na této teplotě závislý. Tento tlak je udržován v rovnováze s pružinou. Zvýší-li se teplota okolí, tlak ve vlnovci stoupá (zvyšuje se podíl sytých par a snižuje se podíl kondenzátu) a tlačí kuželku ventilu směrem k uzavřené poloze,dokud se neobnoví rovnováha sil mezi vlnovcem a pružinou. Pokles okolní teploty vyvolá opačnou reakci.
Pára v prostoru vlnovce se bude vždy srážet v nejchladnějším místě čidla, obyčejně v části nejvzdálenější od otopného tělesa. Tím je maximálně potlačeno tepelné ovlivňování čidla vlastním radiátorem. Paroplynové čidlo se dále vyznačuje velmi vysokou citlivostí - rychlou reakcí na teplotní podněty. V letním období, kdy dopadá na hlavici přímé sluneční záření, poskytuje paroplynová hlavice 100% záruku nepoškození kuželky ventilu, neboť nárůst ovládací síly na ventil je aktivně kontrolován vlastnostmi náplně vlnovce. Toto má v praxi velký vliv na celkovou životnost TRV a jeho spolehlivý provoz. Životnost TRV s paroplynovou hlavicí je tak velmi velká, až 30 let a její regulační schopnost se po celou tuto dobu prakticky nemění. Těleso ventilu Také konstrukce a provedení tělesa radiátorového ventilu spoluvytváří a podstatně ovlivňuje úroveň a spolehlivost celého TRV. V praxi je důležité, aby ventil umožňoval přesné seřízení základního nastavení průtoku individuelně pro každý radiátor. Jedině při splnění tohoto požadavku může být topná soustava optimálně vyvážena a tím zajištěn základní předpoklad jejího hospodárného provozu. Tento požadavek můžeme nejlépe splnit vnějším přednastavením bez potřeby specielního nástroje s možností rychlého vizuálního prověření hodnoty přednastavení na vnější stupnici. Tato možnost zajišťuje reálné provedení přednastavení v praktických podmínkách. Správná volba dimenze ventilu a výpočet potřebné hodnoty přednastavení pro jednotlivé radiátory celého topného systému je nutné jednoznačně svěřit odbornému projektantovi v oboru ústředního vytápění. Jaké efekty může konečný uživatel od TRV očekávat Odborně navržené a seřízené TRV spolu s vhodně zvoleným způsobem stabilizace tlakové diference zajistí : Hydraulickou rovnováhu celého topného systému a tím odstranění nerovnoměrnosti zásobování jednotlivých radiátorů. To má v praxi podstatný vliv na spotřebu tepla pro vytápění, neboť systém není záměrně přetápěn z důvodu zajištění potřebné dodávky tepla I do těch nejkritičtějších radiátorů. Samotná hydraulická rovnováha topného systému tedy podstatným způsobem snižuje náklady konečného spotřebitele na vytápění. Možnost individuelní regulace teploty v konkrétní místnosti pak zamezí nadbytečnému přetápění těch místností kde uživatel bytu požaduje nižší teplotu například ložnice a podobně. Uživatel bytu již nepoužívá větrání k pseudoregulaci teploty ve svém bytě. Také to vede k celkovým úsporám nákladů na vytápění, ale zejména zlepšuje uživateli komfort bydlení Schopnost maximálního využívání všech sekundárních bezplatných zdrojů tepla pro vytápění a tím minimalizace spotřeby placeného tepla dodávaného do vytápěného prostoru radiátory. Na co již termostatické ventily a další regulační prvky sami nestačí Hydraulicky vyvážený topný systém osazený kvalitními termostatickými ventily nesporně přináší uživateli bytu lepší komfort bydlení a podstatné snížení nákladů na vytápění. Vždy však bude záležet na jednotlivých lidech uživatelech bytů jak jsou této techniky schopny využít. Pro posílení motivace lidí k racionálnímu využívání regulační techniky ve vztahu k hospodárnému provozu topného systému mohou nesporně přispět indikátory topných nákladů, případně jiné systémy pro individuální rozúčtování nákladů za vytápění. Fakt, že uživatel bytu je pomocí těchto technických prostředků ekonomicky motivován k aktivnímu využívání regulační techniky a k zásadně jinému přístupu v hospodaření s teplem, může vyústit zpravidla do dvou variant chování.
Uživatel bytu je ochoten a schopen dané techniky využívat racionálně tedy sleduje především zlepšení celkového komfortu bydlení. Úspory v nákladech za vytápění dociluje cílevědomě avšak ne za cenu potlačení komfortu bydlení nebo dokonce na úkor uživatelů sousedních bytů Uživatel bytu je individuelním vyúčtováním nákladů za vytápění tak silně motivován k drastickému snížení své vlastní spotřeby tepla pro vytápění, že toto jeho chování může vést až k závažným závadám v komfortu bydlení. V některých případech také přehnaně vysoká redukce vlastní spotřeby tepla může být umožněna pouze tím, že byt tohoto uživatele je nezanedbatelně vytápěn teplem ze sousedních bytů. Je jasné, že chování uživatele bytu dle druhé charakteristiky je v konečném důsledku závadné a může způsobit závažné komplikace jak pro samotného tohoto uživatel, tak I pro jeho okolí sousedy. Myslím, že je účelné popsat o jaké komplikace spojené chováním tohoto velmi spořivého občana uživatele bytu se vlastně jedná. Poměrně známou skutečností je v těchto případech zvýšená pravděpodobnost vzniku plísní. Tento jev se může vyskytovat tam, kde vnitřní teplota je trvale udržována na úrovni, která umožňuje kondenzaci vodních par na stěnách bytu. Zde bych ty čtenáře a posluchače, kteří by se problematikou vzniku plísní chtěli zabývat hlouběji, rád odkázal na odborný článek Ing. Miloše Bajgara, který byl uveřejněn v časopisu Energie a peníze číslo 3-4/2000. Autor ve svém shrnutí doporučuje provést technická opatření na termostatických ventilech, která zajistí nepodkročení vnitřní teploty v bytě pod hranici 16,5 až 17,0 o C. Tato teplotní úroveň dle citovaného autora, podstatným způsobem zabraňuje vzniku plísní v bytě a tím eliminuje vznik této závažné závady v komfortu bydlení. Také problematika přechodu tepla z vytápěného bytu souseda do nevytápěného bytu našeho velmi spořivého uživatele je jev, který se v praxi nezřídka vyskytuje. Typickým projevem takového stavu jsou známé nelogické případy indikované nulové spotřeby na indikátorech topných nákladů. Je evidentní, že takovýto byt byl vytápěn teplem od sousedů. Řešení těchto případů může být buď administrativní (legislativní) nebo dle již citovaného autora Ing. Bajgara lze tomuto jevu účinně čelit stejnou technickou úpravou termostatických ventilů jako v problematice plísní, tedy nastavením spodního minima termostatické hlavice na hodnotu 16,5 až 17 o C. Pro informaci čtenářů a posluchačů uvádím, že firma Danfoss již v současné době disponuje termostatickou hlavicí, která vyhovuje výše popsaným požadavkům. Jaký je tedy vztah indikátorů k termostatickým ventilů? Myslím, že tento vztah můžeme nazvat partnerstvím. Termostatické ventily a další regulační technika jsou pro konečného uživatel účinným nástrojem pro snižování nákladů na vytápění a zvyšování komfortu bydlení. Indikátory topných nákladů mohou, pokud nedojde k jejich zneužití a deformaci účelu jejich instalace, působit motivačně na uživatele bytů a podněcovat jej k hospodárnému odběru tepla pro vytápění. Několik slov závěrem Na začátku byl definován základní požadavek konečného uživatel a to Hospodárný provoz topného systému. Ke splnění tohoto požadavku má dnes konečný uživatel vysoce účinné nástroje v podobě termostatických ventilů a další regulační techniky pro vytápění.
Také nasazení indikátorů topných nákladů nesporně přispívá k dosažení maximálních možných úspor konkrétního bytového objektu. Pokud indikátory nevyvolávají u konečných uživatelů nesprávné chování, které bylo popsáno výše, nelze proti jejich společnému nasazení s termostatickými ventily a další regulační technikou naprosto nic namítat. Znovu je nutné zdůraznit význam dosažení hydraulické stability vyvážení topné soustavy pomocí vhodných regulačních prvků a montáž odborně navržených a seřízených termostatických ventilů. Takto provedená investice do topné soustavy, spolu s rozumně využívanými indikátory, bezpodmínečně přinese konečnému uživateli efekt v podobě významného snížení nákladů za vytápění a zvýšení komfortu bydlení. Výše úspory bude vždy dána individuelními podmínkami konkrétného objektu. Z hlediska dlouhodobých zkušeností můžeme hovořit o velikosti úspor nákladů za vytápění které se často pohybují kolem hodnoty 20%. Narůstající cena tepla pak nesporně činí tyto investice pro konečného uživatele stále více zajímavými. Pro dokreslení tohoto shrnutí je tento článek doplněn také ilustračním obrázkem popisujícím způsob provádění přednastavení seřízení druhé regulace termostatického ventilu a dále ukázkou paroplynové termostatické hlavice. Použitá literatura : firemní Danfoss Studie tepelné techniky, článek Ing. Bajgara v časopise Energie a peníze číslo 3-4/2000