Proč ani u nových domů nefunguje cirkulace teplé vody – 2. část

V druhé, závěrečné části svého článku upozorňuje autor na nutnost zohlednění rozdílných dimenzí rozvodného a cirkulačního potrubí teplé vody při návrhu pevných i kluzných uložení plastového potrubí.
Připojení akumulačního zásobníku teplé vody do soustavy je stále se opakujícím problémem. Autor proto uvádí schéma správného a spolehlivého řešení zařízení pro přípravu teplé vody.
Část článku je věnována vhodnému umístění výměníkové stanice v objektu a projektové dokumentaci.

Recenzent: Jiří Matějček

Montážní předpis

Každý výrobce plastového potrubí udává technické parametry po­trubí, jako jsou jeho rozměry, tlaková odolnost, teplotní roztažnost a vzdálenost kluzných uložení potrubí. Rozdíl teplot při montáži a při provozu způsobuje délkové změny potrubí. Pokud nejsou délkové změny potrubí vhodným způsobem kompenzovány, koncentrují se ve stěnách trubek přídavná napětí (tahová, tlaková, ohyb a krut). Přídavná napětí na jedné straně zkracují životnost potrubí, na straně druhé působí zvlnění cirkulačního potrubí s místy, která se nedají odvzdušnit.

Kompenzace délkových změn potrubí se navrhuje pomocí kompenzačních útvarů L a Z. Každý takový útvar má dva pevné body, které jsou od sebe vzdáleny o výpočtovou délku. Na jejím základě se vypočte tzv. volná kompenzační délka, která, kromě jiného, závisí na vnějším průměru potrubí. A právě volná kompenzační délka a kluzná uložení zajistí, aby nebylo potru­bí namáháno přídavným napětím ohybem a krutem, nebo nepřiměřeně velkým napětím tahovým či tlakovým.

Výpočet kompenzačních útvarů komplikuje vnější průměr cirkulačního potrubí, který je o dvě, v horších případech i o pět dimenzí menší, než je dimenze potrubí teplé vody (TV). Tím, že budeme kompenzační útvary počítat například pro potrubí d 32 a potrubí TV bude d 75, bude počet pevných bodů i kluzných uložení cirkulačního potrubí vyšší, v praxi obvykle dvoj­násobný.

Mnoho projektantů zdravotní techniky považuje za dostatečné, když se v dokumentaci pro provedení stavby jen odvolá na montážní předpis a kompenzačními útvary se nezabývá. Nenavrhne žádné pevné body, nebo jen některé a nenavrhne ani vzdálenosti kluzných uložení potrubí.

V montážní praxi to v lepším případě dopadne tak, že jsou osazena kluzná uložení jen ve vzdálenostech pro větší dimenzi potrubí TV (například d 75). Cirkulační potrubí menší dimenze se může montérovi při montáži, tedy za stavu, kdy není zatíženo teplou vodou a tepelnou izolací, jevit jako dostatečně podepřené i s podpěrami ve dvojnásobných vzdálenostech, než by odpovídalo montážnímu předpisu.

Jak funguje cirkulace TV po montáži

Po zakrytí ležatého rozvodu TV-C podhledem a uvedení do provozu se až příliš často zjistí, že cirkulace TV nefunguje tak, jak by měla. A začnou se hledat příčiny. Pravdou však je, že příliš hledat netřeba. Stačí se podívat do projektu, odstranit sádrokartonový podhled, aby se zjistilo, že všechny – přesněji řečeno téměř všechny – příčiny se skrývají pod podhledem.

Pokleslé stoupačky, díky chybějícím pevným bodům u jejich pat, změnily spád přípojek a vytvořily místa se vzduchovými bublinami, které nepůjdou odvzdušnit. Vyvažovací ventily mají jen tovární nastavení na 58 °C, všechny přípojky stoupaček jsou na ležaté potrubí napojeny ze spodní strany namísto ze strany horní, ve všech úsecích ležatého rozvodu chybí podpěry cirkulačního potrubí podle obr. 3.

Kluzná uložení instalovaná ve vzdálenostech pro větší potrubí d 75 způsobí průhyb cirkulačního potrubí, které je o několik dimenzí menší. Po ohřátí se z vody vyloučí vzduch ve formě bublinek. Ten se soustředí u všech kluzných uložení, které pro cirkulační potrubí představují nejvyšší body. Z těchto míst není možné vzduch odstranit z několika důvodů. Rychlost proudění v cirkulačním potrubí je cca 4x menší, než může být rychlost proudění v potrubí TV. Je tak vyloučeno, aby byl vzduch přemístěn ke stoupačkám a tam u nejvyššího odběrného zařízení vypuštěn.

Druhou nepříznivou okolností je, že nám vzduch snižuje průtočný průřez až o jednu polovinu. Původně předpokládaná (ve výjimečných případech i spočtená) tlaková ztráta v cirkulačním potrubí se zvýší čtyřikrát!

Montáž potrubí

Montážní předpis systému Ekoplastik obsahuje kapitolu o výpočtu kompenzačních útvarů s příslušnými výpočty. Není to tak, jak by si mnohý projektant rád myslel, že je určen jen instalatérům. Instalatér nemůže mít přehled o konfiguraci celého rozvodu, nemůže s kalkulačkou v ruce počítat teplotní dilatace, rozmísťovat pevné body, kluzná uložení, kompenzační útvary, sledovat potřebný spád potrubí a předvídat, zda se spád nemůže změnit po naplnění potrubí vodou a po ohřátí vody na provozní teplotu (55 až 60 °C).

To je práce a povinnost projektanta. Právě projektant připravuje pro instalatéra podklad, podle kterého se má rozvod TV-C instalovat. Pokud se toto zanedbá, pak mohou být následky montáže devastující. Stejně jako projektant vytápění by i u složitých schémat zapojení měl vždy vědět, kterým směrem bude otopná voda v každé trubce protékat, tak i projektant zdravotní techniky (ZT) by měl vědět, kterým směrem mu bude potrubí mezi pevnými body dilatovat. Pokud na rozvodu vůbec nějaké jsou.

Podrobné údaje o výpočtech kompenzátorů z plastových trubek jsou uvedeny v montážním předpisu WAWIN Ekoplastik na straně 23.

Chyby ve zdroji přípravy TV

Cirkulaci TV negativně ovlivňují také chyby ve schématech zapojení kotelen nebo předávacích stanic tepla. Podívejme se na jedno z možných schémat zapojení výměníkové stanice, která je v provozu a díky chybnému schématu TV-C nemůže fungovat.

Chybějící kontrolní kohout mezi cirkulačním čerpadlem a zpětnou klapkou

Nejčastější příčinou nefunkční cirkulace TV je vadná zpětná klapka (zpětný ventil) za cirkulačním čerpadlem. Zpětná armatura bývá většinou zaseklá v některé své mezi poloze, má vysokou tlakovou ztrátu a brání čerpadlu dosáhnout předpokládaný tlakový přínos a provozní bod. Je to obdobné, jako kdyby byla do potrubí namontována clona. Také napojení filtru a zpětné klapky přímo na šroubení čerpadla nedává čerpadlu možnost dosáhnout parametry udané výrobcem.

V případě chybné zpětné armatury se v místě propojení studené vody (SV) s cirkulací za cirkulačním čerpadlem přetlačuje mnohem vyšší přetlak SV přes vadnou zpětnou klapku (ZK) přes cirkulační potrubí k jednotlivým odběratelům. Zjištění závady ZK není snadné, pokud mezi čerpadlem a ZK chybí mezikus s kontrolním kohoutem.

Při kontrole je potřeba vypnout přívod elektrické energie k cirkulačnímu čerpadlu, uzavřít uzávěr před čerpadlem a otevřít kontrolní kohout. Pokud je ZK funkční, voda nepoteče. Pokud je ZK vadná, vytryskne proud vody o tlaku obvykle až 6 bar kontrolním kohoutem.

Akumulační nádoba jako rozšířené potrubí

Zapojení akumulační nádoby na schématu stanice je nejhorší možné zapojení přípravy TV pro spotřebitele. V době bez odběru TV voda v nádrži vychladne. Na počátku odběru TV není možné vodu v nádrži s potřebnou rychlostí ohřát na dostatečnou teplotu. Vlažná voda je tak distribuována k odběratelům, kterým způsobuje několik škod najednou.

Voda o nedostatečné teplotě protéká teplým bytovým vodoměrem a je uživateli bytu účtována jako voda teplá (55–60 °C). Odtáčením vlažné vody po dobu, než začne téct voda o použitelné teplotě, vzniká škoda na vodném, stočném a na teple, které voda o nepoužitelné teplotě obsahovala.

V době bez odběru TV se dohřívá voda vracející se z cirkulačního potrubí, aby se následně míchala s vychladlou vodou v nádrži, a distribuovala k odběratelům s nedostatečnou teplotou.

Provádění nočního útlumu na otopné soustavě

Pokud provozovatel výměníkové stanice provádí noční útlum na otopné soustavě, vytváří místo úspory několik škod najednou. Otopná soustava byla navržena na základě výpočtu tepelných ztrát ČSN 06 0210 – Výpočet tepelných ztrát pro ústřední vytápění. Norma platí pro nepřerušované vytápění. Přerušováním vytápění v noci se ochlazuje nejenom vzduch v místnostech, ale zejména stavební konstrukce. Při ranním zátopu pak nestačí výkon daný teplotní křivkou pro nepřerušované vytápění. Je potřeba výkon mnohem vyšší. Díky tomu chybí výkon pro rychlou přípravu TV.

Neobstojí námitka, že teplota TV může být podle vyhlášky č. 197/2007 Sb. ve znění vyhlášky č. 237/2014 Sb. v době špičkového odběru jen 45 °C. Nemůže. V té době ještě nebyly termostatické vyvažovací ventily. Termostatické vyvažovací ventily na patách stoupaček, nastavené na teplotu 50 °C se při teplotě 45 °C zcela otevřou. Tím se zruší hydraulická stabilita cirkulačního okruhu. Bližší polovina cirkulačního okruhu k výměníkové stanici ještě bude fungovat, ta druhá, vzdálenější již ne. Se všemi negativními energetickými dopady.

Pokud by někdo zamýšlel znemožnit funkci cirkulace TV v napojeném domě již ve zdroji tepla, jiné schéma zapojení, než výše uvedené, by vymýšlel jen obtížně.

Chybná regulace ve výměníkové stanici

Má-li cirkulační okruh mít vlastnosti obvyklé, česky řečeno má-li fungovat, je potřeba ve výměníkové stanici (VS) upřednostnit přípravu TV před vytápěním. Pokud se při zvýšeném odběru TV uzavře krátkodobě regulační ventil na vstupu do výměníku tepla pro vytápění, a celý výkon bude z dispozici pro přípravu TV, nic se nestane. Akumulace stavby sama zajistí, že se pocitová teplota ve vytápěném prostoru prakticky nezmění.

Jak má vypadat schéma výměníkové stanice

Na obr. 8 je zobrazeno schéma stanice, publikované před několika lety v časopisu Topin (č. 8/2018, str. 63), které dokáže plnit požadavky cirkulačního okruhu vybaveného termostatickými vyvažovacími ventily.

Hlavní změnou oproti předchozímu schématu je zařazení nabíjecího čerpadla do okruhu přípravy TV. Přesněji řečeno do obtoku akumulační nádrže. Nabíjecí čerpadlo umožňuje nabíjet zásobník TV i bez odběru TV, například při poklesu teploty v zásobníku v době minimálního odběru.

Při umístění zásobníku v obtoku nemůže tlaková ztráta výměníku ovlivnit tlakové ztráty rozvodu TV a cirkulace. Podmínky pro návrh výměníku jsou přesně definovány, protože nabíjení probíhá pomocí nabíjecího čerpadla s konstantním průtokem a vždy s plným výkonem (nemíchá se SV s cirkulací).

Nabíjecí čerpadlo se vypíná v době, kdy je celý zásobník nabit na požadovanou teplotu, například 60 °C, hlídanou čidlem teploty ve spodní části nádoby.

Výkon výměníku bývá regulován přímým nebo trojcestným ventilem. Kdy a které zapojení použít ­závisí na maximální teplotě na ­primární straně výměníku. Např. u deskových výměníků Alfa-Laval výrobce doporučuje nepřekračovat teplotu 80 °C, při vyšší tvrdosti vody pak teplotu 65 až 70 °C.

Jaký závěr se dá učinit o zdrojích tepla pro přípravu TV? Pokud bude teplota TV na výstupu ze zdroje tepla kolísat, nebude možné použít termostatické vyvažovací ventily, ale výhradně jen vyvažovací ventily ruční.

Ruční vyvažovací ventily, na rozdíl od ventilů termostatických, nejsou závislé na teplotě. Je to ovšem krok zpět ve vývoji a praktickém užití automaticky fungujících termostatických vyvažovacích ventilů. Proč jsou téměř všechny výměníkové stanice u valné většiny teplárenských společností navrhovány prakticky totožně podle obr. 6, ponechávám k úvaze čtenářům.

Umístění výměníkové stanice

U staveb přibližně čtvercového půdorysu se dá zdroj tepla situovat ve své podstatě v kterémkoliv místě půdorysu stavby. V případě obdélníkového půdorysu stavby závisí umístění zdroje tepla na poměru délky a šířky stavby. Pokud je délka stavby výrazně větší než její šířka, pak by měl být zdroj tepla umístěn v těžišti spotřeby energie.

Takové koncepční uvažování má své nesporné výhody. Rozvody tepla a vody, jak studené, tak i teplé s cirkulací, mohou mít poloviční průtočné průřezy a čtvrtinové tlakové ztráty. To není z energetického hlediska zanedbatelná položka.

Hlavní výhodou je mnohem snadnější hydraulické vyregulování jak otopné soustavy, tak zejména vyregulování rozvodu cirkulace TV.

Případná námitka, že umístění výměníkové stanice na okraji dlouhé stavby bylo dáno nejbližší odbočnou šachtou dodavatele tepla, neobstojí. Realizace s ocelovým nerezovým předizolovaným horkovodním potrubím s teplotou do 148 °C/25 bar jsou v provozu již 40 let. Přípojku max. DN 25 nebo DN 32 bylo možné bezkanálově přivést do kterého­koliv místa stavby.

 

Projektová příprava

Na cestě k realizaci zakázky jsou zapotřebí celkem tři projekty:

1) DZS – Dokumentace pro zadání stavby,
2) DPS – Dokumentace pro provádění stavby,
3) DSP – Dokumentace skutečného provedení.

DZS – Dokumentace pro zadání stavby

V praxi se lze setkat i s jinými názvy, jako například:

• ZDS – Zadávací dokumentace stavby,
• DVZ – Dokumentace pro výběr zhotovitele,
• nebo TD – Tendrová dokumentace.

Všechny tyto názvy mají jedno společné, tvoří základ pro dokumentaci, která by měla následovat DPS – Dokumentaci pro provádění stavby. Ta je zcela v kompetenci vybraného zhotovitele. Zhotovitel na závěr vypracuje DSP – Dokumentace skutečného provedení. V této dokumentaci zohlední všechny změny, které bylo nutné v průběhu výstavby provést a byly odsouhlaseny zpracovatelem DPS.

Účelem DZS – dokumentace pro zadání stavby je stanovit požadavky na následnou dokumentaci, dokumentaci DPS – dokumentaci pro provádění stavby. Ta by měla upřesnit všechny požadavky předchozího stupně podle zvyklostí konkrétního vybraného zhotovitele. Tyto požadavky v DZS nejsou a ani nemají být konkrétní z toho důvodu, že ještě nebyl vybrán dodavatel.

Jak dopadají závěry znaleckých posudků u obdobných případů?

Všechny popsané chyby v cirkulaci TV nejsou smyšlené, ale pocházejí ze závěrů znaleckých posudků, které jsem v rámci praxe soudního znalce zpracovával. Jeden příklad za všechny:

„Chybná funkce cirkulace teplé vody je zapříčiněna koncepčními chybami architekta, vadami ve výměníkové stanici a chybami v dokumentaci pro provedení stavby. Realizační firma neměla v rukou projekt, který by jí mohl zabezpečit optimální výsledek.

V projektu nebyl proveden výpočet teplotních dilatací potrubí TV a ze­jména cirkulace TV, umístění pevných bodů, kompenzačních útvarů typ L a U a vyznačen spád potrubí. Nebylo vyznačeno ani popsáno, ze které strany vodorovného rozvodu musí odbočovat potrubí ke stoupačkám. Nemohla tak být provedena ani optimální montáž, která by odpovídala montážnímu předpisu výrobce plastových trubek.

Díky tomu vzniklo chaotické uspořádání několika málo pevných bodů s nedostatečným počtem kompenzačních útvarů a kluzných uložení. Zejména zcela chyběla kluzná uložení pro menší dimenze cirkulačního potrubí. Na mnoha místech ležatého rozvodu se výškově zvlnilo cirkulační potrubí, se zavzdušněnými vrcholy potrubí, bez jakékoliv možnosti odvzdušnění. Odbočení potrubí TV-C bylo provedeno ze spodní části vodorovného rozvodu.“

Pokud se nepodaří udržovat teplotu TV na výstupu z výměníkové stanice trvale na hodnotě 55 nebo 60 °C, bude potřeba moderní termostatické vyvažovací ventily vyměnit za ventily ruční.

Toho by si měli být vědomi zejména projektanti ZT a bez písemného prohlášení provozovatele zdroje TV o zajištění konstantní teploty na výstupu z přípravy TV termostatické vyvažovací ventily do svých projektů nenavrhovat. Nebudou tím riskovat zdlouhavé soudní procesy s nejistým výsledkem.

Něco optimistického na závěr?

Světlo na konci tunelu vidím v nařízení některého z orgánu EU, aby do jistého data museli všichni dodavatelé tepla s přípravou TV s cirkulací upravit svá technologická schémata provozovaných zdrojů tepla do stavu, při kterém bude možné zajistit teplotu TV na výstupu ze zdroje na konstantní hodnotu. Takové stanice se například v Plzni v kompaktním provedení vyrábějí již mnoho let a jsou exportovány nejen v rámci EU, ale do celého světa.

S tím by souviselo i sjednocení ČSN EN 806-2 s platnými předpisy, u nás například s vyhláškou č. 194/2007 Sb.

Literatura (1. + 2. část)

[1] Vyhláška č. 193/2007 Sb. ze dne 17. července 2007, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu. In Sbírka zákonů České republiky. 31. července 2007, částka 62, s. 2398. Dostupné z <http://aplikace.mvcr.cz/ sbirka-zakonu/ViewFile.aspx?type= c&id=5153>.
[2] Vyhláška č. 194/2007 Sb., ze dne 17. července 2007, 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. In Sbírka zákonů České republiky. 31. července 2007, částka 62, s. 2407. Dostupné z <http://aplikace. mvcr.cz/sbirka-zakonu/ViewFile.aspx? type=c&id=5153>.
[3] ČSN 06 0320. Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování. 2006-9. ČNI. Praha.
[4] ČSN EN 806-1. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 1: Všeobecně. 2002-7. ČNI. Praha.
[5] ČSN EN 806-2. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování. 2005-10. ČNI. Praha.
[6] ČSN EN 806-3. Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě – Část 3: Dimenzování potrubí – Zjednodušená metoda. 2006-10. ČNI. Praha.
[7] ČSN EN 806-4. Vnitřní vodovod pro rozvod vody určené k lidské spotřebě – Část 4: Montáž. 2010-9. ÚNMZ. Praha.
[8] ČSN 73 6660. Vnitřní vodovody. 1984-1 (změny: Z1, 1994-11; Z2, 2006-4; Z3, 2010-9). ÚNM. Praha.
[9] ČSN 75 5455. Výpočet vnitřních vodovodů. 2007-7 až 2014-2. ČNI. Praha.
[10] DIN 1988-300. Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen – Teil 300: Ermittlung der Rohrdurchmesser; Technische Regel des DVGW. 2012-05. DIN. Berlin.
[11] Firemní materiály společností Frese, IMI-Hydronic, NRG flex, Wavin.

---

Why hot water circulation does not work even with new houses – Part II.

In the second continuation of his article, the author draws attention to the need to take into account the different dimensions of the hot water distribution and circulation pipeline when designing fixed and sliding bearings of plastic piping.

Hot water tank connection to the system is also a still recurring problem. The author therefore presents diagram of the correct and reliable connection of such a device.

Part of the article is devoted to the appropriate location of the heat exchanger station in building and to the project documentation.

Keywords: hot water circulation, circulation distribution design, circulation flow, hot / cold water distribution, pipe dimensions, plastic pipes, hot water storage tank, heat exchanger station, project documentation