Funkční schéma samotížné otopné soustavy

otopné soustavy

Otázky - vedoucí a recenzent rubriky Miloš Bajgar

Otázka:

Dobrý den do redakce,po přečtení článku Čemu se vyhnout při obnově starší otopné soustavy z č. 6/2023 bych se rád autora zeptal, zda mi může poradit s následujícím problémem:

Mám starší domek s kotelnou ve sklepě, kde je starý litinový kotel na samotíž. Vytápění si tam původně zaváděl ještě můj strýc topenář, který již bohužel nežije. Kotel mohl mít výkon 20–25 kW, je to jen odhad – zařízení na sobě nemá žádný štítek.

Po tom, co jsem celý dům zateplil, je hodinová ztráta objektu při –12 °C 8,5 kWh. Krátce po zatopení je krásně teplo, ale kotel se musí odstavit, protože by se jinak v místnostech přetápělo. Jsou tam litinová otopná tělesa ještě s původními ručními ventily pro regulaci.
Protože stávající kotel se od září nesmí používat, chci instalovat kotel nový (opět na samotíž) a přidat ještě AKU nádrže pro optimální topný režim kotle. Nádrže by byly dvě stojaté, vzájemně propojené, o celkovém objemu 1000 l, ve vzdálenosti cca 2 m od kotle, ve stejné úrovni od podlahy jako kotel.

Pro natopení nádrží bych použil čerpadlo, jinak pro vytápění do otopných těles z kotle, nebo z nádrží, bych použil stávající systém rozvodů, který je plně funkční. Novým zdrojem tepla by byl ocelový kotel ETKU 20kW.

Požádal jsem známého topenáře, zdali by mi nenakreslil funkční schéma pro topení na samotíž. Sám jsem si udělal rovněž návrh na samotíž, kde chci použít čerpadlo jen pro natopení nádrží, jinak by se vytápělo na samotíž z kotle, jako tomu bylo doposud a po natopení AKU nádrží by se vytápělo samotíží z nich. Pro "příhřev" kotle bych chtěl využít stávající expanzní nádoby na půdě domu (pokud to bude fungovat), neboť třícestný ventil pro stabilní udržování teploty zpátečky kotle bez čerpadla by asi nefungoval.

Odpověď:
Než si někdo začne kreslit schéma samotížné otopné soustavy, měl by si uvědomit následující skutečnost:
Samotížná otopná soustava pracuje bez oběhového čerpadla otopné vody. Něco však otopnou vodu pohánět musí, jinak by otopná voda necirkulovala. Ta síla se nazývá samotížný vztlak.

Samotížný vztlak vzniká rozdílnou hmotností otopné vody mezi teplotou v přívodním a zpětném potrubí při venkovní výpočtové teplotě, například –12 °C.

Obr. 1a • Schéma podle topenáře – originál

U původních soustav vytápění to bylo nejčastěji 90/70 °C. Při nich byl rozdíl měrných hmotností (965,3 – 977,8) = 12,5 kg·m^–3. Samotížný vztlak pak závisí na rozdílu měrných hmotností a výšce otopné soustavy mezi tepelným středem kotle a středem otopných těles.

Obr. 1b • Překreslené schéma podle topenáře

Když je kotel ve sklepě a otopná tělesa o patro výš o výšce 500 mm, potom je tato vzdálenost cca 2,55 m a samotížný vztlak 9,81 × 12,5 × 2,55 = 312,7 Pa.

Aby samotížné vytápění fungovalo, musí být tlakové ztráty stejné nebo menší, jak vypočtených 312,7 Pa.

Obr. 2 • Schéma zapojení podle majitele domu

Porovnání výkonů zdrojů tepla a vliv na teplotní spád
Původní kotel mohl mít výkon 25 kW. Po zateplení domku to údajně bylo 8,5 kW. Původní průtok: M = 25 / 4,186 / 20 = 0,3 kg·s^–1. Po zateplení je potřeba zachovat průtok 0,3 kg·s^–1.

Nový teplotní spád vypočteme
Δt = 8,5 / (0,3*4,186) = 6,8 K. Tomu odpovídají parametry otopné soustavy při –12 °C 46/39 °C. Když by za nový kotel o výkonu cca 8,5 kW bylo osazeno oběhové čerpadlo, pak by dodávka tepla mohla být dostatečná. Jinak tomu ale bude v případě, kdy bude samotížný vztlak menší.

Samotížný vztlak při nových parametrech otopné vody
Jak se změnil teplotní spád otopné vody při stejné venkovní teplotě? Na 7 K. Teplotní spád bude cca 46/39 °C. Samotížný vztlak poklesnul na 9,81 × (995,8 – 991,9) × 2,55 = 97,6 Pa.

Obr. 3 • Soustava se samotížným oběhem [1]

Je možné, abychom při původním průtoku 0,3 kg·s–1, tlakové ztrátě cca 312 Pa a novém vztlaku o 70 % nižším, než byl vztlak původní, dosáhli výsledku v podobě 100% funkční otopné soustavy?Možné to samozřejmě není. Měnící se tlakové a teplotní poměry neumožní ekonomický provoz OS, ani nezajistí tepelnou pohodu v objektu. To ovšem není jediná chyba autorů obou schémat zapojení:
– Uzavřená expanzní nádoba.
– Neřešený pojistný ventil kotle.
– Nové armatury s nemalou tlakovou ztrátou v samotížném okruhu.
– Oběhové čerpadlo od kotle do zásobníkových nádrží.
– Na schématech chybí dimenze potrubí.
– U vložených ventilů chybí údaje o jejich tlakových ztrátách.
– Není uvedeno, zda bude udržována teplota na zpátečce kotle.

Obr. 4 • Doporučené dispoziční řešení umístění expanzní nádoby, která zároveň slouží jako část pojistného zařízení [2]

Závěr

Uvedená schémata zapojení otopných soustav nám dávají nahlédnout do reality, v jaké se pohybuje naše topenářství od Aše až po Jablunkov. Občas v praxi slýchávám, že se nemůžeme praktikujícím topenářům vlastně divit, když jsou technické normy nezávazné, a ještě ke všemu na rozdíl od zákonů zpoplatněné.

Co k tomu dodat? O problematice nezávaznosti/závaznosti technických norem jsme na stránkách tohoto časopisu psali již nejednou. Přesto si dovolím citovat z článku JUDr. Havlíčka, který se v našem časopise dlouhodobě věnuje judikatuře z topenářské a instalatérské praxe: „Vzhledem k významu technických norem pro topenářskou a instalatérskou praxi bychom si ovšem měli v této spojitosti připomenout, že česká technická norma sice není obecně závazná, leč podle zákona poskytuje pro obecné a opakované používání pravidla, směrnice nebo charakteristiky činností nebo jejich výsledků zaměřené na dosažení optimálního stupně uspořádání ve vymezených souvislostech. ČSN jsou považovány za kvalifikované doporučení (nikoliv příkazy) a jejich používání je nezávazné, jen dobrovolné. V určitých případech ale může vzniknout povinnost postupovat v souladu s ČSN, především na základě ustanovení právního předpisu, který stanoví, že ve vztazích upravených tímto právním předpisem je nutno dodržovat české technické normy.“ [3]
Dalším takový příkladem může být smluvní vztah mezi investorem a dodavatelem nebo také pojistným ústavem. Odkazy na technické normy jsou v některých případech obsaženy také v montážních návodech a návodech k používání zařízení.

Ignorování nejen českých technických norem, ale i neochota se během svého profesního života jakkoliv vzdělávat pak v praxi dopadá například takto: „Obviněný byl uznán vinným, že jako živnostník v oboru vodoinstalatérství, při provádění rekonstrukce topného systému, udělal závažnou instalační chybu, neboť v rozporu s českou technickou normou ČSN 06 0830 každou ze samostatně uzavíratelných akumulačních nádob s elektrickými patronami neosadil pojistným ventilem, v důsledku čehož došlo v kotelně domu k výbuchu akumulační nádoby.“ [4] Škoda na majetku v tomto případě přesáhla 5 mil. korun. O smutných případech, které si vyžádaly cenu nejvyšší, se raději zmiňovat nebudu.

A jak je to s poplatky za přístup k českým technickým normám? S účinností od 1. 1. 2021 uložil zákon č. 526/2020 Sb., který tehdy novelizoval zákon o technických požadavcích na výrobky, povinnost umožnit tzv. „sponzorovaný přístup“ k českým technickým normám a jiným technickým dokumentům. Sponzorovaným přístupem se rozumí bezplatné poskytnutí přístupu k ČSN nebo jinému technickému dokumentu, na které je ve zvláštním právním předpisu uveden výlučný odkaz, čímž se takové dokumenty stávají závaznými s povinností podle nich postupovat. K ostatním technických normám se zájemce dostane od 1 500 Kč/rok, což osobně nepovažuji za tak nepřekonatelnou částku.

Výše uvedený text tedy není zdaleka jen pouhou odpovědí na otázku našeho tazatele. Svým obsahem jde spíše o důrazné varování pro majitele nemovitostí, kteří plánují instalaci technických zařízení budov bez projektu autorizované osoby.Pokud si zájemci o rekonstrukci staré kotelny vystačí s improvizovaným schématem načrtnutým na pivním tácku, nepochybně se dočkají některé z popsaných závad nebo v horším případě i soudního sporu.

Literatura

[1] ZMÁTLÍK, J.: Teplovodní otopné soustavy s přirozeným oběhem vody (online). Střední odborné učiliště Slaný. 15. 11. 2012 (cit. 14. 6. 2024). Dostupné z: https://www.iss-slany.cz/bezkridy/pdf/ZMAJA_VYTAPENI_18.pdf>.
[2] ČSN 06 0830. Tepelné soustavy v budovách – Zabezpečovací zařízení. 2014–8 (změna Z1: 2014–11). ÚNMZ. Praha.
[3] HAVLÍČEK, K.: Stalo se před lety. Odsouzeno nedávno. Následky fatální. Topenářství instalace, 2022, roč. 56, č. 4–5, s. 32–35. ISSN 1244–0906. Dostupné z: https://www.topin.cz/clanky/stalo-se-
-pred-lety-odsouzeno-nedavno-nasledky-fatalni-detail-13169>.
[4] HAVLÍČEK, K.: Co způsobil jeden výbuch. Topenářství instalace, 2022, roč. 56, č. 6, s. 34–37. ISSN 1244–0906. Dostupné z https://www.topin.cz/clanky/co-zpusobil-jeden-vybuch-detail-13346>.
[5] Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů – znění od 1. 1. 2024. In: Zákony pro lidi.cz (online). © AION CS 2010–2024 (cit. 14. 6. 2024). Dostupné z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/1997–22/zneni-20240101#f1735942>.