Otázky 2012/1

potrubí a armatury

otopné soustavy

Vedoucí a recenzent rubriky Vladimír Jirout

Otázka:

Je možné použít termostatické ventily i v malých samotížných soustavách (při vytápění rodinných domků a bytovém vytápění), nevadí jejich odpor?

Odpověď:

Hned na počátku odpovědi je třeba říci, že každý výrobek je konstruován pro určité použití. Tedy má stanovené nějaké provozní meze, které by se neměly překročit, aby výrobek splnil očekávanou funkci.

S termostatickými ventily (dále jen TRV) je to stejné. Renomovaní výrobci vyvinuli a vyrábějí TRV nejen pro po­užití v otopných soustavách, které pro dopravu tepla do těles využívají čerpadla, ale i TRV pro samotížné otopné soustavy, ve kterých cirkulaci otopné vody zajišťuje gravitační síla působící na otopnou vodu. Podmínkou funkce samotížné otopné soustavy je ochlazení vody. To se děje přirozenou cestou, když v tělese a v potrubí chladne voda.

Samotížné (gravitační) vytápění dělíme na dva typy podle vzájemné polohy tělesa a kotle:

1. kotel je položen níže než je střed otopného tělesa,
2. střed kotle je ve stejné výšce jako je střed tělesa (etážová otopná soustava).

Ad1)
V tomto případě se kotel zpravidla umísťuje do sklepa či suterénu a mezi středem tělesa a kotle je výška dána konstrukční výškou podlaží. U rodinných domků třeba přízemí a podkroví. Pro zjednodušení můžeme uvažovat výšku od kotle do přízemí například 2,5 m a do podkroví 5 m. Jestli se nám ochladí voda v tělese v podkroví ze 75 °C na 59,5 °C, působí na otopnou vodu tlak o velikosti 100 Pa na 1 metr výšky. V podkroví to bude 500 Pa a v přízemí 250 Pa.

Z grafu, zachycujícího vlastnosti ventilů Heimeier, můžeme číst, že TRV o velikosti DN10 a DN15 (3/8“ a 1/2“) má při výkonu tělesa 800 W odpor 20 Pa. To platí za předpokladu, že je nainstalován zvolený typ TRV a na něm je nasazena termostatická hlavice (TH) s nastavením na značku (zpravidla „3“), což znamená, že při 22 °C uzavře průtok a při 20 °C otevře. Odpor platí v otevřeném stavu.

Pokud bychom měli rozdíl výšky kotle a tělesa 1 m, měli bychom k dispozici na dopravu tepla tlakový rozdíl (100 – 20) = 80 Pa (viz graf). Pro výšku 5 m máme k dispozici (500 – 20) = 480 Pa a pro výšku 2,5 m je to (250 – 20) = 230 Pa. Z toho vyplývá, jak velký tlakový rozdíl nám zbývá na všechny ostatní komponenty. Tlak se využije na překonání jejich hydraulických odporů (trubky, tvarovky a armatury). Také můžeme konstatovat, že čím je těleso výše od kotle, tím je k dispozici větší tlakový rozdíl a naopak.

Protože tlakový rozdíl zbývající na všechny ostatní komponenty je malý, musíme dobře vypočítat dimenze všech komponentů tak, abychom byli schopni do tělesa dopravit potřebný výkon.

Z grafu poznáme, že když použijeme větší dimenzi TRV, která má menší odpor, pak nám zůstane více tlaku na proudění vody potrubím, tvarovkami a armaturami, včetně kotle a tělesa.

Ad2)
V tomto typu – etážová soustava s přirozeným oběhem vody – je silně omezeno použití termostatických ventilů. Jelikož se jedná o prakticky stejnou výšku mezi tělesem a kotlem, nejdříve musíme zajistit ochlazení vody ještě před jeho vstupem do tělesa. Toho lze docílit umístěním přívodní trubky většího rozměru pod strop, třeba 2 m nad střed kotle a tělesa. Na počátku je teplota trubky vyšší a na konci, kde klesá trubka k tělesu, je teplota nižší. Již tento malý teplotní rozdíl způsobí, že voda začne cirkulovat. Čím více se ochladí, tím je samotížná síla větší. Pak také platí, že čím je těleso více vzdáleno, tím se samotížná síla zvětšuje, ale také narůstají hydraulické odpory. Aby došlo k většímu ochlazení, volí se také poměrně velká dimenze trubky pod stropem.

V etážové soustavě jsme hodně omezeni malou výškou, a čím menší ochlazení vody v trubce pod stropem dosáhneme, tím budeme mít k dispozici menší sílu k cirkulaci vody.

Z grafu vidíme, že větší dimenze TRV nad DN15 mají poměrně malé odpory, i pod 10 Pa, a jsou schopny přenést výkon i přes 1000 W na těleso.

V tomto typu otopné soustavy musíme ještě přesněji provést návrh všech komponentů, aby byla zajištěna cirkulace a tedy požadovaný příkon tepla.

Závěrem lze konstatovat, že:

• Existují TRV s TH, které jsou určeny pro použití i v malých a etážových samotížných soustavách. TRV, které nejsou určeny pro samotížné otopné soustavy, nejsou vhodné pro gravitační vytápění pro jejich vysoký odpor.
• Před pořízením TRV, určených pro gravitační soustavy, je třeba provést odborný výpočet celé soustavy, aby byl zajištěn potřebný výkon všech těles.
• Průtok otopné vody se u samotížné soustavy zhoršuje snižováním teploty vody na výstupu z kotle a zmenšením teplotního rozdílu (ochlazení v tělesech a trubkách), což se může na chodu soustavy vybavené termostatickými ventily negativně projevovat zejména v přechodových obdobích roku (jaro, podzim).
• Pro samotížné soustavy se hodí spíše klasické kotle na pevná paliva pracující s vyššími teplotami. Rozhodně to nemohou být kotle, které mají vysoký měrný tepelný výkon přenášený ze spalovacího prostoru do otopné vody (většina typů současných plynových kotlů apod.). Tedy kotle, které mají předepsaný minimální průtok otopné vody kotlem, při jehož nedodržení může dojít k jejich poškození. Zatímco čerpadlo dokáže „rozhýbat“ otopnou vodu v malé soustavě velmi rychle, gravitačním silám to trvá déle vzhledem k nutnosti vytvoření rozdílu teplot, který závisí na rychlosti chladnutí vody v potrubí a tělese.
• U kotlů na pevná paliva musíme také dbát na to, aby byla zajištěna teplota v kotli nad rosným bodem spalin, aby nedocházelo ke kondenzaci spalin v kotli a jeho dehtování (zpravidla nad 60 °C).
• Kromě toho se nesmí zapomenout na zabezpečení kotle proti přetlaku vlivem přehřátí. Toto kromě technických opatření vyžaduje od obsluhy opatrný přístup k zatápění a uvedení otopné soustavy do provozu.

Odpovídal: Ing. Vladimír Galád, samostatný projektant, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace