Méně tradiční řešení cirkulace teplé vody

Některá z méně tradičních řešení rozvodu cirkulace teplé vody vycházejí z historické reality, kdy ještě nebyly dnešní vyvažovací armatury, ať už ruční nebo termostatické. Na první pohled by se mohlo zdát, že s rozvodem TV+C je možné budovou procházet libovolně, a ono to nakonec bude „nějak“ fungovat. Při bližším pohledu se zjistí, že každý typ rozvodu dodržuje určité zásady, které jsou pro bezproblémovou funkci cirkulace potřebné dodržet. Jde zejména o tu mnohdy zanedbávanou zásadu, aby místo odbočení cirkulačního potrubí od potrubí teplé vody bylo odvzdušnitelné přes výškově výše instalované odběrné místo.

Recenzent: Miloš Bajgar

1 Úvod

Rozvod teplé vody musí zajistit požadavek ČSN EN 806-2, aby do 30 s po úplném otevření výtokové arma­tury teplé vody z této výtokové ­armatury vytékala teplá voda o teplotě 60 °C nebo jiné teplotě, uvedené v národních předpisech.

V České republice je tato teplota stanovena:

• podle ČSN 06 0320 v rozmezí 50 až 55 °C (výjimečně 45 až 60 °C);
• podle vyhlášky č. 194/2007 Sb. v rozmezí 45 až 60 °C s výjimkou možnosti krátkodobého poklesu v době odběrových špiček.

Přibližným přepočtem doby odpouštění vychladlé vody uvedené v ČSN EN 806-2 (doba 30 s) byl stanoven objem vody v trase potrubí od ohřívače k nejvzdálenější výtokové armatuře nejvíce 3 l uvedený v ČSN 75 5409 (obr. 1). Tento největší objem souvisí také s ochranou před bakteriemi rodu Legionella (viz TNI CEN/TR 16355). Uvedený objem vody v potrubí je možné dodržet pouze u místní přípravy teplé vody, u které jsou od ohřívače k výtokovým armaturám vedena potrubí o malé délce. U ústřední přípravy teplé vody nelze, vzhledem k velkým délkám potrubí objem 3 l dodržet, a proto se rozsáhlé rozvody teplé vody řeší nejčastěji s cirkulací. Možné je také přihřívání přívodního potrubí elektrickým topným kabelem. V rozvodech teplé vody s cirkulací nebo přihříváním nesmí být objem vody 3 l překročen u potrubí, jež nejsou cirkulací nebo přihříváním opatřena. Nejčastěji se jedná o podlažní rozvodná a připojovací potrubí vedená k výtokovým armaturám (obr. 2).

2 Rozvod teplé vody s cirkulací

Rozvod teplé vody s cirkulací musí zajistit, aby voda cirkulovala ve všech okruzích a u odboček k potrubím bez cirkulace byla projektem stanovená teplota teplé vody. Aby byla tato podmínka splněna, musejí být tlakové ztráty ve všech okruzích přibližně stejné, což se při větším počtu okruhů zajišťuje termostatickými regulačními armaturami nebo regulačními armaturami s ručním nastavením. Při návrhu rozvodu s cirkulací je vhodné volit trasu potrubí tak, aby počet okruhů byl co nejmenší. Vzhledem k nutnosti tepelné izolace potrubí teplé vody se dnes navrhuje pouze cirkulace s nuceným oběhem zajišťovaným cirkulačním čerpadlem. Gravitační (samotížná) cirkulace teplé vody (bez čerpadla) se dnes nenavrhuje. Rozvod teplé vody s cirkulací může být řešen více způsoby, z nichž některé jsou méně tradiční, ale mají své ­výhody.

2.1 Spodní rozvod s cirkulací

Tradičním, a nejvíce používaným, řešením rozvodu teplé vody s cirkulací je tzv. spodní rozvod, kdy je přívodní i cirkulační ležaté potrubí vedeno pod stropem nejnižšího podlaží a každé přívodní stoupací potrubí je opatřeno cirkulačním potrubím (obr. 3). Výhodou tohoto řešení je přehlednost a umístění potrubí do prostor, které jsou pro ně určeny, zejména instalačních šachet pro stoupací potrubí, a případně také instalačních kanálů pro potrubí ležatá. V bytových domech je to často jediné možné řešení rozvodu teplé vody. Ležatá potrubí vedou obvykle pod stropem nejnižšího podlaží a stoupací potrubí v instalačních šachtách. Nevýhodou cirkulace se spodním rozvodem je, zejména ve větších budovách, velké množství cirkulačních okruhů (velký počet stoupacích potrubí teplé vody) a nutnost použití regulačních armatur, bez nichž by ve stoupacích potrubích vzdálených od ohřívače voda necirkulovala. Méně tradičním řešením spodního rozvodu teplé vody s cirkulací je tzv. inliner cirkulace, u které je ležaté potrubí řešeno stejně jako na obr. 3, ale stoupací potrubí jsou tvořena přívodním potrubím teplé vody, do něhož je vloženo tenké cirkulační potrubí (obr. 4) [5], [6]. Cirkulační stoupací potrubí se tedy nachází uvnitř přívodních stoupacích potrubí (trubka v trubce). Výhodou tohoto řešení jsou menší tepelné ztráty potrubí, protože povrchová plocha stoupacích potrubí je omezena pouze na povrchovou plochu přívodních potrubí (cirkulační potrubí vedené uvnitř přívodního potrubí není třeba tepelně izolovat) a menší nároky na prostor v instalačních šachtách. Nevýhodou je nutnost použití potrubních systémů, které jsou pro „inliner cirkulaci“ vhodné a nemožnost použití běžných tabulek tlakových ztrát při dimenzování, protože průtočné průřezy (mezikruží) a tlakové ztráty stoupacích potrubí s vloženou cirkulační trubkou jsou jiné, než u běžných stoupacích potrubí.

Spodní rozvod podle obr. 3 projektanti často rutinně navrhují i v budovách, kde by mohlo být navrženo jiné, vhodnější řešení cirkulace teplé vody.

2.2 Horní rozvod s cirkulací

U nás téměř nepoužívaným řešením rozvodu teplé vody je horní rozvod (obr. 5), u kterého je teplá voda vedena hlavním stoupacím potrubím do horního ležatého potrubí v horním podlaží [5]. Z horního ležatého potrubí jsou napojena stoupací potrubí, jimiž se teplá voda vrací dolů do cirkulačního potrubí, které je vedeno pod stropem nejnižšího podlaží. Výhodou horního rozvodu je pouze jedno potrubí teplé vody v instalačních šachtách (úspora místa). Nevýhodou je umístění ležatých potrubí ve dvou podlažích (horním i nejnižším). Umístění přívodního ležatého potrubí v horním podlaží často není možné, a proto se horní rozvod teplé vody používá velmi zřídka. Další nevýhodou může být větší rozdíl v tlakových ztrátách v přívodním potrubí teplé a studené vody, pokud budou stoupací potrubí studené vody napojena z ležatého potrubí studené vody vedeného v nejnižším podlaží.

Zvláštním případem cirkulace s horním rozvodem je tzv. rámový rozvod teplé vody (obr. 6), který byl před druhou světovou válkou používán v bytových domech se dvěma byty na každém podlaží (dvě stoupačky v domě). Stoupací potrubí teplé vody vedlo drážkou nebo instalační šachtou v bytech nacházejících se na jedné stoupačce nahoru a v bytech na druhé stoupačce dolů. Od poslední nejnižší odbočky pokračovalo cirkulační potrubí do ohřívače. Výhody a nevýhody tzv. rámového rozvodu teplé vody jsou stejné jako u cirkulace s horním rozvodem. Horní ležaté potrubí se dříve vedlo buď půdou, kde hrozilo nebezpečí zamrznutí vody a nebylo možné odvzdušnění přes výtokové armatury, nebo podlahou bytů v nejvyšším podlaží, kde bylo nesnadno přístupné pro případné opravy nebo výměnu. Výhodou rámového rozvodu teplé vody je pouze jediný cirkulační okruh, u něhož nejsou nutné regulační armatury. V dnešní době by se tzv. rámový rozvod teplé vody mohl využít v domech, kde se dvě instalační šachty nacházejí blízko sebe a jsou odděleny např. nosnou zdí, a to i v případech, kdy jsou v domě více než dvě instalační šachty. Toto řešení by oproti tradičnímu spodnímu rozvodu (obr. 3) omezilo počet cirkulačních okruhů teplé vody na polovinu. Nevýhodou rámového rozvodu je nemožnost uzavírání jednotlivých stoupacích potrubí teplé vody samostatně jedním uzávěrem. Při opravách je třeba uzavřít buď dvě stoupací potrubí dohromady, nebo uzavřít jedno stoupací potrubí dvěma uzávěry, čímž se v obou stoupacích potrubích přeruší cirkulace a odstaví se přívod teplé vody do stoupacího potrubí, na které navazuje cirkulační potrubí (průtok v cirkulačním potrubí může v tomto případě změnit směr). Pokud je rámový rozvod tvořen pouze jedním okruhem, je před uzavřením přívodu do cirkulačního okruhu nutné vypnout cirkulační čerpadlo. Není také snadné zajistit přístupnost uzávěru nacházejícího se v místě propojení dvou stoupacích potrubí rámového rozvodu ve vyšším podlaží.

2.3 Cirkulace u podlažních rozvodných potrubí

V domech, obvykle jiných než bytových, kde je velké množství výtokových armatur teplé vody, např. ve zdravotnických stavbách, bývá někdy vhodné zřídit pouze jedno stoupací potrubí teplé vody s cirkulací a v každém podlaží delší podlažní rozvodná potrubí teplé vody s cirkulací vedená např. pod stropem a zakrytá podhledem (obr. 7). Výhodou tohoto řešení je menší množství cirkulačních okruhů než u tradiční cirkulace se spodním rozvodem, kdy by byl nutný větší počet stoupacích potrubí. Výhodou je také nepotřebnost více stoupacích potrubí, pro které by musely být zřízeny instalační šachty a větší využití prostorů nad podhledy v chodbách. Na jednotlivých cirkulačních potrubích (obvykle kromě nejdelšího okruhu) je u podlažního rozvodného potrubí nutné osadit regulační armatury.

2.4 Cirkulace s jedním cirkulačním okruhem

Obvykle v jiných než bytových domech bývá někdy možné a vhodné zřídit rozvod teplé vody s cirkulací tvořený jedním okruhem. U takového rozvodu je správná funkce cirkulace zaručena bez regulačních armatur. Cirkulace s jedním cirkulačním okruhem může být zřízena v budovách o dvou podlažích, u nichž je možné vedení ležatého potrubí teplé vody a cirkulace v nejnižším podlaží (obr. 8), např. pod stropem velkoprostorové prodejny, nad kterou se nacházejí prostory stejného vlastníka. Rozvod teplé vody s jedním cirkulačním okruhem je vhodné zřídit také v budovách majících nejvíce čtyři podlaží, kde je možné vedení ležatého potrubí ve dvou podlažích pod stropem (obr. 9), např. v chodbách v prostoru nad podhledem. Toto řešení je výhodné v budovách, kde je velký počet výtokových armatur teplé vody a tradiční cirkulace se spodním rozvodem by znamenala velké množství stoupacích potrubí nebo cirkulačních okruhů, např. ve zdravotnických stavbách nebo hotelech. Rozvod teplé vody s jedním cirkulačním okruhem vyžaduje osazení uzávěrů na každém podlažním rozvodném nebo připojovacím potrubí, které z něho odbočuje, aby při provádění oprav nebylo nutné uzavírat přívod vody do celého rozvodu. Před uzavřením přívodu vody do cirkulačního okruhu je nutné vypnout cirkulační čerpadlo.

2.5 Spirální rozvod vnitřního vodovodu

Spirální rozvod vnitřního vodovodu podle užitného vzoru č. 25082 autorů doc. Zdeňka Pospíchala a Ing. Zdeňka Žabičky má rovněž jeden cirkulační okruh teplé vody. Tento rozvod se však vyznačuje také jednookruhovým páteřním rozvodem studené vody, kdy je hlavní přívodní potrubí studené vody od vstupu do budovy vedeno všemi podlažími a vrací se dolů k ohřívači vody, který napájí (obr. 10). V jednotlivých podlažích z tohoto potrubí odbočují podlažní rozvodná a připojovací potrubí studené vody k odběrným místům. Hlavní přívodní potrubí teplé vody je vedeno z ohřívače vody souběžně s hlavním přívodním potrubím studené vody všemi vyššími podlažími a jako cirkulační potrubí se vrací zpět do ohřívače. V jednotlivých podlažích z tohoto přívodního potrubí odbočují podlažní rozvodná a připojovací potrubí teplé vody k odběrným místům shodně jako u vody studené. Podlažní rozvodná a připojovací potrubí teplé vody nesmějí být tedy příliš dlouhá, protože jsou bez cirkulace.

Spirální rozvod vnitřního vodovodu zamezuje stagnaci studené pitné vody v hlavním přívodním potrubí, pokud se studená nebo teplá voda odebírá alespoň u některých odběrných míst, a je tedy vhodný zejména v budovách s malým odběrem vody, ve kterých se např. některá odběrná místa po delší dobu nepoužívají. S výhodou ho lze navrhnout v budovách s velkým počtem málo používaných zařizovacích předmětů. Proto byl tento rozvod navržen při výměně páteřního rozvodu vody v kampusu Masarykovy univerzity v Brně, kde byly při předchozím tradičním řešení rozvodu problémy se stagnací vody. Nevýhodou spirálního rozvodu je dlouhá trasa potrubí k některým odběrným místům teplé vody způsobující větší tlakové ztráty, které je nutné omezovat navrhováním větších průměrů potrubí páteřního rozvodu. Větší tlakové ztráty mohou způsobit větší rozdíl přetlaků studené a teplé vody na vstupu do směšovacích baterií. V budovách s malým odběrem vody (malou současností používání zařizovacích předmětů) se však tato nevýhoda neprojevuje.

2.6 Využití Venturiho děličů průtoku

Venturiho děliče průtoku fungující na principu Venturiho trubice (zúženého průřezu) jsou speciálními armaturami (obr. 11), které byly vyvinuty z důvodu zabránění stagnace vody v potrubí [7]. Tyto děliče umožňují u rozvodů teplé vody rozdělení průtoku do hlavního a odbočujícího potrubí (okruhu) bez dalších regulačních armatur. Pokud je Venturiho dělič ve Venturiho trubici opatřen dynamickým prvkem, je možné dělení i malých průtoků při pouhé cirkulaci teplé vody. Použitím Venturiho děličů je možné snadné zajištění cirkulace vody ve všech potrubích. Výhodné je jejich použití pro napojení připojovacích potrubí ke zřídka používaným odběrným místům z cirkulačního okruhu. Použití Venturiho děličů umožňuje cirkulaci ve více okruzích při zachování výhody cirkulačního rozvodu s jedním páteřním cirkulačním okruhem bez regulačních armatur (obr. 12). V současné době se vyrábějí také Venturiho děliče průtoku pro rozvody teplé vody s „inliner cirkulací“ (viz 2.1).

Je třeba připomenout, že princip Venturiho trubice byl u nás použit už v roce 1956 na sídlišti Březové Hory v Příbrami [9], [10]. Venturiho trubice zde byly vyrobeny spojením běžně vyráběných fitinků (dvou odboček TE a vsuvky mezi nimi) a osazeny v místě napojení přívodních a cirkulačních stoupacích potrubí na jednotrubkový ležatý cirkulační rozvod teplé vody (obr. 13). Toto řešení umožnilo zajistit cirkulaci teplé vody ve všech stoupacích potrubích bez použití regulačních armatur a uspořit ležaté cirkulační potrubí, které by bylo vedeno souběžně s potrubím přívodním. Návrh jednotrubkového cirkulačního rozvodu umožnilo uspořádání bytových domů v uzavřeném bloku se společným rozvodem vody. Nevýhodou řešení však bylo proudění ochlazené vody ze stoupacích potrubí do ležatého rozvodu, což způsobovalo, že vzdálenější odběrná místa byla zásobována chladnější vodou. Ochlazení vody u vzdálených odběrných míst bylo omezeno zvětšením cirkulačního průtoku.

3 Závěr

Pokud se nenavrhuje přihřívání potrubí elektrickým topným kabelem, je u dlouhých rozvodů teplé vody cirkulace nezbytná. Rozvod teplé vody s velkým množstvím cirkulačních okruhů vyžaduje použití regulačních armatur a jejich správné nastavení. Proto je vhodné navrhovat co nejmenší počet cirkulačních okruhů (v ideálních případech jen jeden). Co nejjednodušší rozvod teplé vody s cirkulací navrženou podle podmínek v konkrétní budově zajistí její dlouholetý bezporuchový provoz. V některých budovách bývá vhodnější jiné řešení, než tradiční spodní rozvod s více stoupacími potrubími, proto je vždy vhodné zvážit různé varianty a vybrat z nich variantu pro danou budovu nejvhodnější.

Literatura

1. ČSN EN 806-2 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování.
2. ČSN 06 0320 Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování.
3. TNI CEN/TR 16355 Doporučení pro prevenci zvyšování koncentrace bakterií rodu Legionella ve vnitřních vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě.
4. Vyhláška MPO ČR č. 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům.
5. MATHYS, W. – RICKMANN, B.: Trinkwasserhygiene. Zirkulationssysteme in der Trinkwasserinstallation. Geberit, Kemper, Olpe 2005.
6. Aplikační technika 2008. Skupina I: Kovové instalační systémy. Viega, ­Attendorn 2008.
7. Hygienický systém KHS. Kemper, Olpe.
8. VRÁNA, J.: Posouzení spirálního rozvodu pro vnitřní vodovod. VUT v Brně, FAST, Ústav TZB, Brno 2015.
9. VALÁŠEK, J. – TOMAŠOVIČ, P.: Zdravotnotechnické inštalácie. Alfa Bratislava 1990. ISBN: 80-05-00098-7.
10. STŘÍHAVKA, V.: Zásobování teplou užitkovou vodou. KPÚ Praha 1965.
11. ŽABIČKA, Z. – VRÁNA. J.: Zdravotně technické instalace. ERA group, Brno 2009. ISBN: 978-80-7366-139-7.

Poznámka recenzenta

Také tradiční rozvod cirkulace může při výpočtu činit problémy, zejména je-li rozvod větven, nebo pokud se použijí dnes doporučené, tedy větší tloušťky tepelné izolace. U silnějších izolací nebude často možné dodržet doporučený teplotní spád 3 až 5 K mezi teplotou teplé vody na výstupu ze zdroje tepla a teplotou cirkulace.

Cirkulační průtok, vypočtený z tepelných ztrát a teplotního spádu, musí mít reálnou hodnotu nejenom pro návrh cirkulačního čerpadla, ale zejména pro návrh vyvažovacích armatur. Tím nám může poklesnout doporučovaný teplotní spád až o jeden řád.

Jaký může být problém u větvených rozvodů? Tepelný výpočet je snadno zvládnutelný. Tepelné ztráty v potrubí teplé vody se dají spočítat jak u nejdelšího okruhu, tak i u okruhů paralelních s tím, že u těch paralelních vycházíme z nižší počáteční teploty TV.

Některým projektantům zdravotní techniky, kteří zvládají výpočet tlakových ztrát jednoduchého rozvodu, mohou činit problémy paralelní okruhy. Zásada, ze které se vychází, je aby všechny okruhy měly pro vypočtený průtok stejnou tlakovou ztrátu. Pokud například tlaková ztráta nejdelšího okruhu je 16 kPa a paralelního okruhu například 3 kPa je nutné, zvýšit tlakovou ztrátu paralelního okruhu o hodnotu (16 – 3 =) 13 kPa.

To je možné realizovat dvěma způsoby. Jednou z možností je, do odbočky okruhu s nižší tlakovou ztrátou vložit další vyvažovací armaturu s tlakovou ztrátou 13 kPa. Druhou možností je počítat vyvažovací armatury na stoupačkách paralelního okruhu s tlakovou ztrátou podle původního výpočtu zvětšenou o 13 kPa. Výhodou je úspora vyvažovací armatury paralelního okruhu.

---

Unusual solutions of hot water circulation

Before the advent of modern valves are used more different solutions for hot water circulation. The author describes these solutions and indicates that in some cases it is possible to use today. Each type of hot water distribution requires compliance with certain principles that are required smooth functioning circulation.