Příprava TV a „nedotápění“ objektu

Autor článku přibližuje problematiku přednostní přípravy TV z provozních hledisek. V úvodu jsou velice přesně popsány úskalí provozu zdroje tepla s přednostní přípravou TV a současným pokrytím tepla pro vytápění objektu. Autor popisuje jednotlivé provozní situace, které mohou v takovém systému nastat. Z pohledu projektanta, servisního technika, montážní firmy atd. je tento článek velice poučný hlavně proto, že ukazuje, jakým způsobem se většina zainteresovaných osob v oboru věnuje zejména údržbě u systémů vytápění, větrání, chlazení atd., ale na základní fyzikální podstatu přenosu tepla se velmi často zapomíná.
Jako recenzent děkuji i autoru otázky, která vedla k napsání tohoto příspěvku. Ukazuje se totiž, že nejvíce poučné bývají právě takové otázky, které vyplynou až z provozních problémů.

Recenzent: Roman Vavřička

Původní záměr odpovědět čtenáři časopisu na položenou otázku stručnou odpovědí zařazenou do rubriky Otázky se ukázal jako nesplnitelný. Bylo nutné provést analýzu stavů otopné soustavy, způsobů regulace přípravy TV a teprve následně bylo možné dojít k určitým závěrům. Ponecháváme proto článek v podobě otázky a odpovědi, aby si čtenáři mohli udělat přesnou představu o problematice a mohli si analýzu porovnat se svými případnými problémy.

Redakce

Otázka:

Vážená redakce, obracím se na Vás s prosbou o radu. Bytový dům s 12 bytovými jednotkami má jako zdroj tepla plynovou kotelnu s dvojicí plynových závěsných kotlů umístěnou v přízemí objektu. Otopná soustava je dvoutrubková větvená z měděného potrubí, otopná tělesa převážně ocelová desková, v koupelnách trubková otopná tělesa. Všechna otopná tělesa jsou osazena ventily s termostatickými hlavicemi. Příprava TV je ve stacionárním nepřímo ohřívaném zásobníku o objemu 800 l. Kotelna je v provozu od otopné sezony 2004/2005 a do nedávné doby naprosto spolehlivě zajišťovala vytápění objektu a přípravu TV. Poslední dvě otopné sezony však poměrně často dochází k „nedotápění“ celého objektu. Kotelna je pravidelně, a domnívám se, že i svědomitě, kontrolována včetně provádění pravidelného servisu.

Výše uvedené „nedotápění“ se stále zhoršuje. Nevíte, co by popsaný stav mohlo způsobovat a jak celý problém případně řešit či odstranit?

Odpověď:

Úvodem bych chtěl podotknout, že na přesnou identifikaci Vámi uváděného problému je k dispozici výrazně méně informací, než by bylo potřeba. Přesto se domnívám, že naše odpověď přispěje k případné identifikaci příčiny „nedotápění“ vašeho bytového objektu. Vzhledem k tomu, že problém s „nedotápěním“ se objevil až v posledních dvou sezonách a postupně se zhoršuje, šlo by usuzovat na vadné oběhové čerpadlo, zanesené filtry apod. Protože však uvádíte, že je kotelna pravidelně a svědomitě servisována, lze s největší pravděpodobností tyto základní, a poměrně časté, závady zřejmě vyloučit, jelikož jejich případné odstranění či průběžné odstraňování jsou předmětem činností souvisejících s běžnou údržbou.

Základní tepelná bilance převzatá z obdobných objektů je přibližně následující:

• Výkon pro vytápění:
• Vytápění objektu ÚT 54,0 kW
• Příprava TV 55,0 kW
• Celkem 109,0 kW
• Přípojná hodnota zdroje tepla 92,8 kW

Vaše plynové odběrné zařízení (kotelna) by mělo mít zhruba tento výkon a osazení. Pro požadovaný výkon pro vytápění při částečném upřednostnění přípravy TV je nutné pokrýt potřebu tepla plynovým odběrným zařízením (kotelnou) osazenou dvěma závěsnými kondenzačními kotli na spalování zemního plynu s výkonem jednoho kotle min. 47,0 kW, tj. celkový výkon kotelny pak bude 94 kW. Pokud tedy výkon vašeho zdroje tepla je výrazně nižší, pak by případný problém mohl být již od začátku ve špatném návrhu základního výkonu zdroje tepla. Vzhledem k tomu, že se však „nedotápění“ projevuje až v posledních letech, tak tuto zásadní chybu ve vašem případě nepředpokládám.

Pro zdroj tepla výše uvedeného výkonu předpokládám standardní řešení systému MaR kotelny, tj.:

Řízení plynového odběrního zařízení je provedeno nadřazeným systémem MaR, který pomoci chodu a kaskádového řazení kotlů zabezpečuje ekvitermě regulovanou teplotu otopné vody dle venkovní teploty pro otopnou soustavu, dále přípravu TV a základní poruchové stavy.

Jak se již zmiňuji v úvodu, na přesnou identifikaci vámi uváděného problému je méně informací, než by bylo potřeba. Kotelny, resp. plynová odběrná zařízení (celkový součtový výkon pod 100 kW a výkon jednoho spotřebiče pod 50 kW) jsou zapojeny buď podle obr. 1, nebo dnes častěji podle obr. 2. Pokusím se nejprve vysvětlit rozdíly obou zapojení, a pak se následně dopracovat k případné závadě, která by mohla způsobovat vámi popsané problémy s „nedotápěním“ bytového objektu v posledních otopných sezonách.

Z hlediska přípravy TV je nutné vysvětlit ještě následující pojmy, se kterými je pro případné určení problému nutno pracovat.

Podle výkonových dispozic a návrhu zdroje tepla lze v čase přípravy TV omezit předávaný výkon do otopného okruhu. V tomto případě mluvíme o přednosti přípravy TV před vytápěním. Standardní regulace vesměs nabízí podle nastavení volbu ze třech různých druhů předností a to:

• Absolutní přednost
• Klouzavá přednost
• Žádná přednost (paralelní provoz)

Přednost (absolutní a klouzavá) působí v rámci systému řízení kotelny (MaR) na otopný okruh prostřednictvím tvorby nekritického blokovacího integrálu. Ten je generován v čase přípravy TV a reálně tedy způsobuje omezení dodávky tepla pro otopný(é) okruh(y), uzavíráním třícestného ventilu.

Absolutní přednost

Otopný okruh je v čase přípravy TV zablokován, to znamená, že otopný okruh není zásobován žádným teplem. V čase přípravy TV se generuje interní nekritický blokovací signál 100 % (fixní hodnota) a posílá se na otopný(é) okruh(y), který je na daném regulátoru. Dodatečně k výše popsanému chování (samostatný regulátor) zasílá regulátor předregulátoru příp. zdroji tepla informaci, že se momentálně provádí příprava TV s absolutní předností.

Klouzavá přednost

V čase přípravy TV je dodávka tepla do otopného okruhu omezena, pokud není pro přípravu TV dostatečný výkon. Při nedostatku výkonu v čase přípravy TV se generuje interní nekritický blokovací signál v rozsahu 0 až 100 % a posílá se na otopný okruh, který je na daném regulátoru. Dodatečně k výše popsanému chování (samostatný regulátor) zasílá regulátor předregulátoru případně zdroji tepla informaci, že se momentálně provádí příprava TV s klouzavou předností. Pokud zdroj tepla není schopen udržet žádanou výstupní teplotu otopné vody, začne se tvořit na základě diference žádané a skutečné teploty teplotní integrál, ze kterého se vytváří blokovací signál v rozsahu 0 až 100 %.

Žádná přednost

Žádná přednost znamená paralelní provoz otopných okruhů a přípravy TV. Příprava TV tudíž nemá žádný vliv na otopný(é) okruh(y). Otopné okruhy nejsou během přípravy TV omezeny. Během přípravy TV může být čerpadlový topný okruh (nemá směšovací ventil) ­zásobován příliš teplou vodou. Na tuto skutečnost je nutno dát pozor zejména u podlahového vytápění. Směšovaný otopný okruh (má směšovací ventil) je schopen redukovat teplotu náběhu přiškrcením směšovacího ventilu. Žádaná teplota otopné vody ze zdroje tepla je stanovena podle požadavku na přípravu TV, příp. podle nejvyššího požadavku jednotlivých topných větví.

A nyní k popisu rozdílného řízení a chování zdroje tepla podle obr. 1 a obr. 2.

Obr. 1

Na základě výše popsaného způsobu řízení přípravy TV je zřejmé, že v zapojení zdroje tepla podle obr. 1 je možná příprava TV pouze bez přednosti, čili v režimu „žádná přednost“. Takto zapojený zdroj tepla je navržen tak, že ekvitermní příprava otopné vody pro otopnou soustavu je řešena spojitým řízením a kas­kádovým řazením výkonu kotlů. V době přípravy TV je otopný okruh odstaven a opačně. Zdá se, že takové zapojení nedává žádný smysl, ale je to naprostá analogie se zapojením standardního závěsného plynového kotle s nepřímo ohřívaným zásobníkem TV. Zde je na výstupu kotle buď třícestný rozdělovací ventil, nebo dvojice oběhových čerpadel a zapojení pak umožňuje provoz buď otopného okruhu, nebo okruhu přípravy TV. Zapojení podle obr. 1 je tedy naprosto analogické, pouze místo samostatného kotle jsou kotle dva.

Obr. 2

Na rozdíl od zapojení zdroje tepla podle obr. 1 je zřejmé, že v zapojení zdroje tepla podle obr. 2 je možná příprava TV všemi výše popsanými způsoby, tj. absolutní, klouzavá a zároveň i bez přednosti. Takto zapojený zdroj tepla je navržen tak, že ekvitermní příprava otopné vody pro otopnou soustavu je řešena pomoci směšovacího uzlu s třícestným směšovacím ventilem a vlastním oběhovým čerpadlem. Okruh přípravy TV je bez směšování a opět s vlastním oběhovým čerpadlem. Toto zapojení umožňuje provoz jak otopného okruhu, tak i větve přípravy TV.

Při řízení zdroje tepla s klouzavou předností přípravy TV, což je v zapojení dle obr. 2 zřejmě standardní nastavení regulace, je pak provoz zdroje tepla tento. Pokud součet potřebného okamžitého výkonu pro vytápění a přípravu TV není větší jak maximální výkon zdroje tepla, pak dochází k plnohodnotnému provozu jak vytápění, tak i přípravy TV. Pokud je však součet požadovaných výkonů větší jak okamžitý výkon zdroje tepla, pak je výkon otopného okruhu částečně utlumen (reálně dojde ke snížení teploty otopné vody na takovou hodnotu, aby byl zdroj tepla schopen tento stav výkonově pokrýt).

A nyní se vraťme k vašemu problému s „nedotápěním“ objektu. Na základě výše popsaného by šlo uvažovat o následující možné příčině. Pokud zapojení Vašeho zdroje tepla v principu odpovídá schématu dle obr. 1, tj., že ekvitermní regulace otopné vody je řešena spojitým řízením výkonu zdroje tepla, nelze pak provozovat společně přípravu TV a vytápění objektu. V tomto případě by pak mohlo nastat následující. Pokud je zásobník TV již v provozu delší dobu, je velice pravděpodobné, že přenos tepla mezi teplosměnnou plochou výměníku tepla v zásobníku TV a ohřívanou vodou (TV) je z důvodu inkrust, nedostatečného odkalení a tím zanešení spodní části bojleru apod. výrazně horší, než při zprovoznění zdroje tepla. Důsledkem tohoto zhoršeného přestupu tepla z výměníku tepla do TV se neustále prodlužuje doba ohřevu. Při zapojení dle obr. 1 je v této době přípravy TV vytápění objektu přerušeno. Pokud příprava TV probíhá v důsledku výše popsaného delší a neustále se prodlužující dobu, je celkem reálná možnost, že se toto v důsledku projeví poklesem vnitřní teploty vytápěných prostor. Stávající otopná soustava pak již není schopna déle trvající výpadky v dodávce tepla pokrýt tak, aby nedošlo ke znatelnému poklesu teploty ve vytápěných prostorech.

Pokud zapojení vašeho zdroje tepla v principu však odpovídá schématu dle obr. 2, tj., že ekvitermní regulace otopné vody je řešena pomoci směšovacího uzlu, lze pak již provozovat společně přípravu TV a vytápění objektu. Pokud je však zásobník TV částečně ve spodní části zanesen, což v důsledku zhoršuje přenos tepla a tím prodlužuje dobu ohřevu TV, záleží právě na nastavení způsobu přednosti přípravy TV.

Při „žádné přednosti“ (paralelní provoz otopné soustavy a přípravy TV) by k nedostatečnému vytápění objektu nemělo docházet, jelikož provoz otopné soustavy v podstatě nemá žádnou vazbu na prodlužující se dobu přípravy TV.

Při „klouzavé přednosti“ přípravy TV by rovněž k nedostatečnému vytápění objektu nemělo docházet, jelikož regulace nebude dávat pokyn k omezení výkonu pro vytápění uzavíráním třícestného směšovacího ventilu z důvodu nedostatečného výkonu zdroje tepla. Zanesený výměník tepla v zásobníku TV není schopen předávat požadovaný výkon, tudíž zdroj tepla pak je schopen zajistit na výstupu z kotlů žádanou teplotu. Otopná soustava by pak nebyla nijak omezována ani teplotně, ani časově.

Při „absolutní přednosti“ přípravy TV by k nedostatečnému vytápění objektu naopak dojít mělo, jelikož je v provozu buď otopný okruh nebo okruh přípravy TV. Při takto nastavené regulaci přednosti přípravy TV se pak systém chová analogicky se zapojením dle obr. 1 se všemi důsledky plynoucími z dlouhodobé přípravy TV. Přerušení dodávky tepla do objektu může být časově již tak dlouhé, že se projeví na reálném poklesu vnitřní teploty vytápěných prostor.

---

Preparation of domestic hot water and inadequate heating of the house

The author talks about the context of hot water and heating and analyze the cause of the fault, which reduced the supply of heat to the house.