Kde problémy s vytápěním začínají – 1. část: předávací stanice tepla

otopné soustavy

Článek se zabývá problémy, které vznikají, pokud se v tlakové závislé předávací stanici, napojené na CZT, použije za její základní prvek trojcestná směšovací armatura (dále jen TSA). Je nutné ocenit autora příspěvku, že se zevrubným rozborem potíží, které v otopné soustavě díky TSA nastávají, podrobně věnuje a navrhuje možná řešení.

Recenzent: Vladimír Jirout

Již několik let se na stránkách našeho časopisu vede polemika, zda třícestná směšovací armatura je armaturou vhodnou do tlakově závislých směšovacích stanic, které jsou zásobovány teplem ze systémů centrálního zásobování teplem (CZT). Podle mých zkušeností 100% funkční může být jen směšovací stanice s přímým regulačním ventilem a směšovacím zkratem. S plně funkční směšovací stanicí s trojcestným ventilem jsem se za 45 let praxe nesetkal. Nyní bych chtěl čtenářům přiblížit práci znalce při hledání příčin nerovnoměrného a nedostatečného vytápění hlučné otopné soustavy.

Obr. 1 •

Fotografie na obr. 1 není, jak by se mohlo zdát, pohledem na základní desku počítače se čtercovými integrovanými obvody, ale snímek malé části velkého sídliště. Každý čtverec domů je členěn na 4 části, kde každá část má vlastní tlakově závislou směšovací stanici (obr. 2). Celkem je na obrázku v devíti čtvercích domů umístěno 36 stanic, s celkovým výkonem cca 60 MW, napojených na plynový zdroj tepla. Každý byt má vlastní měřič spotřeby tepla.

Obr. 2 • Částečný pohled na předávací stanici a její schéma

Ze schématu stanice je vidět, že jsou zde, stejně jako v širokém okolí, použity směšovací ventily třícestné. Co je největším nepřítelem funkce těchto ventilů? Pokud se domníváte, že diferenční tlak mezi rozdělovačem a sběračem, pak se domníváte správně. V optimálním případě, který umožní funkci třícestným ventilům, je tlaková diference nulová. Jaký je rozdíl tlaků ve skutečnosti? Podívejme se na diferenční manometr na obrázku 3.

Obr. 3 •

Diferenční tlak je 320 kPa. Projektant, který zpracoval původní projekt, si byl možná vědom negativního vlivu diferenčního tlaku před ventilem, který při určitém zdvihu nebo poloze otevření ventilu otáčí průtok v potrubním propojení zpátečky s ventilem. Proto se rozhodl vložit do tohoto potrubí zpětnou armaturu. Tím vyřešil problém nežádoucího otočení průtoku, ale druhý, závažnější problém, vytvořil. Nadbytečný průtok, který by bez zpětné armatury prošel zkratem přes trojcestný ventil do zpátečky, se nyní snaží projít přes otopnou soustavu. A že se mu to daří, zjistili uživatelé bytů z hluku, který tento proces doprovází.

Na obrázku 2 je možné si částečně všimnout, že tloušťka tepelné izolace je 9 mm na teplé vodě s cirkulací, 13 mm na vodorovných rozvodech otopné vody a 9 mm na stoupačkách DN 50.

Než opustíme předávací stanici tepla na cestě ke stoupačkám a otopným tělesům v bytech, všimneme si, jak vlastně funguje regulace této stanice, i všech ostatních v regionu. Co se dříve jen tušilo, si dnes může každý projektant ověřit pomocí zdarma dostupného programu firmy LDM.

Parametry okruhu otopné soustavy, které se do programu zadají, jsou vidět na schématu zapojení. Výkon 590 kW, 90/70 °C, v době měření venkovní teploty +7 °C, teplota v přívodu 46,7 °C, ve zpátečce 38,1 °C. Směšovací armatura DN 80, kvs 160. Jmenovitý průtok 25 m³/h, diferenční tlak mezi rozdělovačem a sběračem 320 kPa, tlak čerpadla 55 kPa, tlaková ztráta okruhu 45 kPa, tlaková ztráta zkratu 1 kPa.

V tabulce 1 jsou čtyři sloupce. V prvním je zdvih regulační armatury od 1 do 100 %. Ve druhém průtok na vstupu do ventilu, ve třetím je průtok zkratem, v posledním čtvrtém průtok do otopné soustavy.

Z tabulky 1 je vidět, že směšovač plní svou funkci jen do cca 8 % zdvihu ventilu nebo pootevření třícestné klapky. Při dalším otevírání regulační armatury je teplota otopné vody na vstupu do otopné soustavy stejná, jako je na vstupu do stanice. Armatura přestala plnit svou funkci, pro kterou byla do stanice navržena, průtok se otáčí (záporné znaménko). Pokud by byla tato armatura z regulovaného okruhu vyjmuta i s oběhovým čerpadlem, uživatelé bytů by nic nepoznali.

Kromě toho se průtok otopnou soustavou zvyšuje až na 2,8násobek jmenovitého průtoku, tj. z počátečních 25 na 70 m³/h.

V případě, že je ve směšovacím zkratu osazena zpětná armatura, pak průtok označený v tabulce jako Q₂ je nulový a jenom zvětšuje, již tak extrémní, průtok do otopné soustavy.

Pokusíme se zjistit, jak se situace změní se změnou tlakových poměrů na vstupu do stanice. Instalujeme do zpětného potrubí regulátor diferenčního tlaku s rozsahem 5 až 30 kPa s přednastavením nejnižší možné tlakové diference 5,0 kPa podle schématu na obr. 4.

Tab. 1 • Výpočet

Nyní zadáme do výpočtu stejné hodnoty, jen namísto diferenčního tlaku 320 kPa zadáme 5,0 kPa. Výsledky jsou v tabulce 2.

Tab. 2 • Výpočet

Z tabulky 2 vidíme, že regulační armatura bude funkční až do 77 % svého zdvihu, což by bylo možné považovat, při opravě stanice, za vyhovující stav. Oproti předchozímu případu se nezvyšuje průtok do otopné soustavy (nebo jen minimálně).

Aby bylo možné zajistit regulační funkci třícestné armatury v celém rozsahu zdvihu, bylo by potřeba zmenšit Kv hodnotu ventilu podle návrhu výpočetního softwaru LDM z 160 na 100vm³/h. Výsledky tohoto stavu jsou v tabulce 3.

Tab. 3 • Výpočet

Teprve takový návrh směšovací stanice s třícestným ventilem je možné považovat za gramotný. Regulační směšovací okruh s třícestným ventilem, byť správně navržený, je ale energeticky nevýhodný. Maří vysokou vstupní energii v regulátoru tlaku, která by jinak, ze své větší části, mohla být využita v přímém regulačním ventilu. Navíc je potřeba zvýšit výkon objektového oběhového čerpadla o tlakovou ztrátu třícestné armatury. To v dnešní době energeticky úsporných opatření nemusí být optimální řešení.

Where the problems with heating ­systems begins – Part 1: Heat transfer station

The article deals with technically problematic solution in the heat transfer stations-three-way valve. Problems associated with bad design are explained. Proper design of the three-way valve is showed.

Keywords: heat transfer station, three-way valves, district heating system

DOKONČENÍ PŘÍŠTĚ