Chování otopné soustavy po zateplení bytového domu

Článek porovnává stav otopné soustavy bytového domu před a po jeho zateplení. Snížení tepelných ztrát domu je kompenzováno požadavkem na novou, nižší topnou křivku. Ke 100% výsledku je nutné zvolit ještě optimální oběhové čerpadlo v úpravně parametrů, nejlépe s možností nastavení proporcionálního tlaku a omezení maximálního průtoku na průtok jmenovitý. Článek se zamýšlí i nad potřebou změny velikosti otopné plochy v případech, kdy byla zateplením objektu narušena rovnováha mezi novými tepelnými ztrátami a výkonem původní otopné plochy při nových, snížených parametrech otopné vody.

Recenzent: Miloš Bajgar

Bytový dům, postavený s teplovodní otopnou soustavou, která měla nucený oběh otopné vody o teplotním spádu dt = 92,5 – 67,5 = 25 °C, má otopná tělesa vybavená na přívodu radiátorovými kohouty s ručním ovládáním. Projekt otopné soustavy byl zpracován v roce 1970 se zdrojem tepla parní úpravnou parametrů.

Technické parametry otopné soustavy:

• potřebný tepelný výkon: Q = 191 400 W
• teplotní spád: dt = 92,5 – 67,5 = 25 °C
• objemový průtok: m = 6,58 m³·h^–1
• tlaková ztráta otopné soustavy: dp = 15 kPa (bez měřiče tepla)
• teplota přívodní otopné vody byla řízena v závislosti na venkovní teplotě

Upozorňuji, že bytový dům byl postaven výškově asymetricky tak, že jedna polovina domu je o 1,4 m výš než druhá z důvodu velmi svažitého terénu. Rozdílné výškové uspořádání mělo vliv i na rozdílnou otopnou plochu otopných těles, i když jsou dané místnosti stejně velké.

V roce 2002 byl zpracován projekt na osazení radiátorových ventilů s termostatickou hlavicí. Tyto ventily nahradily původní kohouty. Otopná tělesa byla na přívodu osazena radiátorovými ventily a na výstupu uzavíratelným radiátorovým šroubením.

V roce 2004 se uskutečnila přestavba centrálního zásobování teplem ve městě Vimperk. Parní kotelna byla zrušena, včetně potrubních rozvodů, a nahrazena teplovodní kotelnou pro spalování plynu. Z nové teplovodní kotelny byly provedeny dvoutrubkové rozvody pro celoroční dopravu otopné vody do bytových domů. V bytových domech se realizovaly teplovodní úpravny parametrů (dále jen TÚP) s přípravou teplé vody.

Podle dokumentace skutečného provedení TÚP z října 2004, měly být parametry CZT a otopné soustavy domu:

• primární systém
  – zimní provoz: 105/65 °C
  – letní provoz: 70–75/35–50 °C
• sekundární systém: 82/67 °C
• instalovaný výkon TÚP vytápění: Q = 150 kW
• oběhové čerpadlo: Wilo Stratos 32/1-12 EM
• příprava teplé vody přednostním způsobem
• kotle v plynové kotelně – Rokle, Luční ul., Vimperk:
  K1 VITOMAX 3 200 kW
  K2 VITOMAX 2 770 kW + spalinový výměník VITOTRANS 333
  K3 VITOMAX 2 770 kW + spalinový výměník VITOTRANS 333

V roce 2006 byla provedena Sanace obvodového pláště bytového domu (zateplení). Projekt byl vypracován pouze pro stavební povolení.

Hlukové problémy a zavzdušňování otopné soustavy

Po zateplení objektu začaly problémy na otopné soustavě, které spočívaly v jejím zavzdušňování, a hlukové problémy na radiátorových ventilech s termostatickou hlavicí.

V červnu roku 2010 jsem byl požádán o vypracování řešení na odstranění hluku a zavzdušňování otopné soustavy. Zavzdušňování otopné soustavy se podařilo velmi rychle odstranit, neboť ležaté potrubí otopné soustavy uložené pod podlahou vstupního podlaží v teplovodním kanále bylo děravé.

Po prohlídce otopné soustavy bytového domu a TÚP v bytovém domě jsem byl seznámen s provozem CZT ve Vimperku. Sdělení se týkalo teplotních spádů na primární a sekundární straně CZT, resp. otopné soustavy bytového domu. Dle sdělení byly teplotní parametry CZT udržovány tak, aby docházelo v kotelně ke kondenzaci spalin ve spalinových výměnících s teplotou vratné vody pohybující se cca 55 až 50 °C na primáru. Teplotní spád otopné soustavy bytového domu je udržován v rozmezí dt = 55 – 50 = 5 °C pro letní provoz a pro zimní provoz dt = 60 – 55 = 5 °C.

Nastavení provozního bodu oběhového čerpadla otopné soustavy bytového domu v TÚP nikdo nikdy neprovedl. Shodli jsme se, že provozující firma nemá stanoven teplotní režim na otopné soustavě bytového domu ani v CZT a provozní parametry oběhového čerpadla v TÚP byly nastaveny velmi přibližně, a to s ohledem na nízké rozdíly mezi přívodní a vratnou teplotou otopné vody (malé dt a vysoká dopravní výška).

Chybná technická řešení a jejich náprava

Po provedené analýze použitých podkladů a provedených výpočtech jsem doporučil:

a) majiteli bytového domu:

1. Projekt instalace radiátorových ventilů s termostatickou hlavicí byl, dle telefonického sdělení projektanta, proveden pouze podle projektu, a to bez fyzické kontroly otopných těles, potrubních přípojek k otopným tělesům a určení dimenze původních radiátorových kohoutů. Při kontrole bytového domu jsem zjistil, že místo článkových ocelových těles jsou v otopné soustavě tělesa litinová, takže mám vážné pochybnosti o správnosti použití dalších prvků.
2. Následně byla provedena dodatečná kontrola a změny byly zaneseny do nového výpočtu.
3. Majitel si nechal zpracovat dokumentaci Sanace obvodového pláště ke stavebnímu povolení, ale dodnes neexistuje dokumentace k provedení stavby, ani dokumentace skutečného provedení. Vzhledem k tomu, že jinou dokumentaci majitel neměl, byly z dokumentace ke stavebnímu povolení převzaty součinitele prostupu tepla nutné k výpočtu tepelných ztrát.
4. Výpočet tepelné ztráty bytového domu byl proveden v tepelně-technických výpočtech projektu Sanace obvodového pláště Čelakovského č.p. 401, Vimperk a to prostřed­nictvím obálkové metody ve výši Q = 64,181 kW po zateplení objektu. Aby bylo možné stanovit výkon otopných těles a nalézt vhodný teplotní spád, bylo nutné spočítat tepelnou ztrátu pro jednotlivé místnosti a to po zateplení objektu. Vypočtená tepelná ztráta činí Q_C = 94,762 W, což je o 30 kW více než bylo provedeno obálkovou metodou. Výpočet byl proveden pro výpočtovou teplotní oblast t_e = –18 °C, součinitelé prostupu tepla byly použity z projektu Sanace obvodového pláště.
5. Teplotní spád otopné soustavy bytového domu
   Po všech počítačových simulacích s ohledem na stávající litinová tělesa Slavia, jejich min. úpravy (neboť se již nevyrábějí) a plynové kondenzační kotle v soustavě CZT, byl navržen teplotní spád na otopné soustavě dt = 70–55 = 15 °C. Teplotní spád v závislosti na venkovní teplotě byl písemně sdělen dodavateli tepla a ten ho realizoval v TÚP.
6. Technické údaje otopné soustavy bytového domu – nově navržené:
   Tepelná ztráta – vypočtená: Q = 95 kW
   Potřebný tepelný výkon pro vytápění: Q_p = 105 kW
   Teplotní spád: dt = 70 – 55 = 15 °C
   Objemový průtok: m = 6,06 m³·h^–1
   Tlaková ztráta otopné soustavy: dp = 10 kPa
   Tlaková ztráta deskového výměníku Alfa Laval CB 52/80 L: dp = 8 kPa
   Tlaková ztráta měřiče spotřeby tepla: dp = 3 kPa
   Vodní objem otopné soustavy:V = 2 300 l
7. Doplnění otopných těles v bytovém domě
   Z důvodu zateplení došlo k velmi zajímavé technické záležitosti, že některá otopná tělesa jsou předimenzována, a to hlavně v nejvyšším podlaží, neboť byl zateplen i střešní plášť. Dále některá otopná tělesa svým tepelným výkonem nezaručí tepelnou pohodu v určitých místnostech vstupního podlaží a místnostech kudy ­prochází stoupačka č. 8 tj. 113-613, 114-614, neboť jsou poddimenzována. Detailní rozbor viz tabulka 1 a 2 obytného podlaží a výkres půdorysu obytného podlaží (obr. 3).
   
   Obr. 3 • Výkres půdorysu obytného podlaží
   
   
   Tab.1 • Porovnání stavu
   
   
   Tab. 2 • Výkonová bilance otopných těles
   
   Q_Z – tepelná ztráta místnosti po zateplení objektu
   Q₁₅ – výkon otopného tělesa při dt = 70 – 55 = 15 °C
   Q₂₅ – tepelný výkon stávajících otopných těles při dt = 92,5 – 67,5 = 25 °C
   604* – místnost označená hvězdičkou znamená úpravu otopné plochy, tj. ubrání nebo přidání počtu článků
   V tabulce 3, ze sloupce Porovnání vyplývá jak je důležité stanovení výkonu OT. Zatímco 5. a 6. obytné podlaží jsou předimenzována, tak byty ve vstupním podlaží jsou poddimenzovány. Ze sloupce Snížení výkonu OT lze vyčíst, že po úpravě výkonu OT ve vstupním podlaží a 6. podlaží lze uspokojivě dosáhnout sklonem regulační křivky na regulátoru změnu teplotního spádu otopné soustavy. Teplotní spád otopné soustavy se musí spočítat.
   
   Tab. 3 • Porovnání výkonu otopných těles a stanovení sklonu regulační křivky
8. Nastavení trvalé regulace radiátorových ventilů
   Vhodným výběrem teplotního spádu otopné soustavy se změna nastavení trvalé regulace radiátorových ventilů provedla pouze u 20 ks z celkového počtu 95 ks ventilů.
9. Odstranění hlučnosti na radiátorových ventilech
   Hlučnost na radiátorových ventilech byla způsobena pouze nadměrným průtokem otopné vody přes těleso radiátorového ventilu. Navržený průtok otopné vody byl způsoben chybně nastaveným provozním bodem čerpadla. Po splnění podmínek této kontroly otopné soustavy hluk přestal.

b) dodavateli tepla:

Úpravu provozního bodu čerpadla. Stávající oběhové čerpadlo WILO Stratos 32/1-12 EM se nastaví na charakteristiku dp – c.

Vhodnější řešení spočívá ve výměně čerpadla za čerpadlo Grundfos Magna 32-100, kde regulaci lze nastavit na proporcionální tlak. Jedná se rovněž o čerpadlo s jednofázovým motorem.

Provozní bod čerpadla se nastaví na:

• dopravní množství Q = 6,06 m³·h^–1
• dopravní výška Y = 21 kPa

Závěr

Na základě přepočtu tepelné ztráty zatepleného bytového domu a přepočtu spádu stávající dvoutrubkové teplovodní otopné soustavy s nuceným oběhem vody mohu konstatovat:

• výpočet potřebného tepelného výkonu po zateplení objektu obálkovou metodou tak, jak byl proveden, není vhodný a může značným způsobem ovlivnit koncepci CZT, pokud se uvedený objekt v této oblasti nachází;
• získáme správné podklady pro možnou výměnu otopných těles;
• snížíme čerpací práci oběhového čerpadla;
• dojde k odstranění hluku na radiátorových ventilech;
• musí se provést v některých místnostech úprava velikosti otopné plochy otopných těles;
• dojde zřejmě ke změně rozdělování nákladů na vytápění jednotlivých bytů prostřednictvím poměrových měřidel. Je věrohodné rozúčtování nákladů, i když se změní střední teplota otopného tělesa a jeho rozměr neodpovídá potřebě tepla, co s koeficienty poměrového měření?

Předneseno na Konferenci Vytápění Třeboň 2011.

---

Heating system behaviour after building thermal insulation installation

Author describes troubles in building operation with retrofitted building envelope. Thermal insulation was installed on building façade but heating system was not regulated correctly. Mistakes in design and systems operation was showed and explained.

Keywords: heating system, regulation