Zjednodušený výpočet cirkulace teplé vody pro projektanty

Článek o dimenzování cirkulačního potrubí teplé vody a nastavení regulačních armatur na patách cirkulačních stoupacích potrubí v bytových domech popisuje metodu dimenzování cirkulace na základě cirkulačního průtoku, který se, ze zkušeností autora, stanovuje podle počtu odběrných míst teplé vody. Výpočet je zpracován v tabulkovém softwaru Microsoft Excel, což má usnadnit, urychlit a zjednodušit práci projektanta. Autor nabízí svou metodu jako alternativu k metodě uvedené v ČSN 75 5455, podle které se cirkulační průtoky stanovují na základě tepelných ztrát přívodního potrubí teplé vody. Při velkých tloušťkách tepelných izolací, které jsou dnes požadovány právním předpisem, však vycházejí cirkulační průtoky velmi malé, což znesnadňuje regulaci cirkulace regulačními armaturami a může být příčinou nefunkčnosti cirkulace teplé vody v části domu. Při výpočtu podle metody uvedené autorem článku vycházejí cirkulační průtoky větší, čímž je, po vyregulování pomocí regulačních armatur (vyvažovacích ventilů) umístěných na patách stoupacích potrubí, zaručena funkce cirkulace v celém domě.

Recenzent: Jakub Vrána

Úvod

Při výpočtu cirkulace teplé vody se vychází z výpočtu tepelných ztrát v rozvodu potrubí teplé vody. Omezení tepelných ztrát stále silnějšími izolacemi vede k čím dál menším průtokům, menším dimenzím cirkulačního potrubí. U rozvodů s nedostatečnými dimenzemi cirkulačního potrubí nemůže cirkulace fungovat. Tento stav také negativně ovlivňuje možnost dodatečně vyvážit rozvod TV+C.
Předem upozorňuji čtenáře, že výpočtová metoda prezentovaná v tomto článku nemá nic společného s výpočty podle normy ČSN 75 5455, ani se snahou dál minimalizovat cirkulační průtoky. Na druhé straně je výpočet ve známém tabulkovém softwaru Microsoft Excel velmi snadný, rychlý a spolehlivý.

Výpočtová tabulka 1

Nejdříve je potřeba vytvořit si jednoduché schéma rozvodu TV+C.

Nápověda:
J6 = 0,00000035*$I7/POWER(J7;2)
L6 = (36*$G6/3600/ODMOCNINA(L6))+0,1
M6 = KDYŽ($D6DAT(($M6);$N$26:$O$46;2))
Další hodnoty ve sloupci: CTRL „D“

Popis sloupců z tab. 1:

Sloupec A – Úsek nebo stoupačka
Začíná se nejdelším ležatým rozvodem z bodu 0 a pokračuje v ležatém rozvodu do bodu 1, ve kterém je napojena stoupačka 1. Na patě stoupačky 1 bude osazena vyvažovací armatura. Z bodu 1 pokračuje ležatý rozvod do bodu 2, ve kterém je napojena stoupačka 2. Na patě stoupačky 2 bude osazena rovněž vyvažovací armatura. Dál pokračuje ležatý rozvod až do bodu 10.
Z bodu 0 se rozvod dělí opačným směrem do bodu 1a a dál.

Sloupec B – Počet odběrných míst TV
Schéma rozvodu je jen jako vzor.
Může se členit libovolným způsobem se stoupačkami. Počet podlaží závisí na počtu odběrných míst teplé vody. Obvykle jsou v jednom bytě 3 odběrná místa teplé vody, koupelna (sprcha), umyvadlo a kuchyň. Platí jak pro byty 3+1, 1 G nebo 2 G. Často mohou být v některých bytech i odběry TV na WC jako sprška nebo bidet. V takových případech jsou v bytech 4 odběrná místa teplé vody.

Sloupec C – Průtok na 1 odběrné místo
Nejdůležitější sloupec tabulky. Minimální průtok na jedno odběrné místo je z praxe nastaveno na 10 l·h^–1. Může být i více. Při nastavení menšího průtoku nemusí být zaručena funkčnost cirkulace TV. To se zobrazí ve sloupci M tab. 6.

Sloupec D – Průměrný průtok na stoupačku
Průměrný průtok na stoupačku je v prvním přiblížení násobek sloupce B a C. Ve skutečnosti bude průtok rozložen tak, že první stoupačka bude mít po zaregulování nejnižší průtok, poslední nejvyšší.

Sloupec E – Rozložení průtoku
Z praxe bývá rozložení průtoku, tj. poměr mezi první a poslední stoupačkou,1: 6 až 1: 9. Do první buňky E6 vložíme číslo 1, do poslední E15 například číslo 1,7. Označíme celý sloupec „E“ a hledáme lineární rozložení průtoku postupem v pásu karet: domů → úpravy → vyplnit → řady.

Do zobrazené tabulky vyplníme konečnou hodnotu 1,7. Ve sloupci se nám doplní hodnoty z lineární extrapolace ve žluté barvě.

Sloupec F – součet průtoků
Součet rozložených průtoků je vyšší, než součet průtoků ve sloupci „D“. To bude upraveno v následném sloupci „G“.

Sloupec G – Průtoky stoupačkami
Průtok ze sloupce „F“ je redukován poměrem 2400/3240, aby se získal stejný součet průtoků jako je ve sloupci „D“.

Sloupec H – Průtok úseky
Zatímco průtoky ve sloupci „G“ jsou průtoky ve stoupačkách, průtoky ve sloupci „H“ jsou průtoky v ležatém rozvodu.

Sloupec I – vnitřní průměry trubek
Následuje tab. 2 pro nejpoužívanější plastové potrubí Ekoplastik PPR S 2,5 (PN 20):

Do tab. 1 se do sloupce „I“ vkládají vnitřní průměry potrubí v metrech. Pro lepší orientaci jsou v tab. 2 uvedeny i vnější jmenovité světlosti od dn16 do dn75.

Z tabulky Ekoplastik EVO PPR S 2,5 (PN 20) můžeme vkládat vnitřní dimenze trubek, postupně od nejmenší dimenze tak dlouho, až se ve sloupci „J“ objeví rychlost proudění v potrubí do 0,5 m·s^–1.
Sloupec J – Rychlost proudění
V sloupci „J“ kontrolujeme požadovanou rychlost proudění do 0,5 (max. 0,7) m·s^–1.

Sloupec K – Dispoziční přetlak k se škrcení
Dispoziční přetlak od cirkulačního čerpadla postačí v rozsahu cca 16 až 40 kPa u rozsáhlejších rozvodů. Chybně nastavený rozvod nevyvážíme tím, že instalujeme cirkulační čerpadlo s vyšším tlakovým přínosem. Nejvíc omezujeme průtok u první stoupačky (zde 16 kPa), aby byl průtok 178 l·h^–1. Nejméně omezujeme průtok u poslední stoupačky – jen 3 kPa. Tím dosáhneme průtok u poslední stoupačky 302 l·h^–1. Hodnotu 3 kPa vkládáme u poslední stoupačky z důvodu, aby při případném měření průtoku byla jeho hodnota reálná, ne v „červených“ číslech. Na ostatních částech rozvodu bude tato hodnota v kPa vyšší.

Rozložení přetlaku mezi 16 a 3 KPa dosáhneme ve sloupci „K“ lineární interpolací následujícím postupem v pásu karet: domů → úpravy → vy-plnit → řady → konečná hodnota. Počáteční hodnotu ve sloupci „K“ 16 kPa vyplníme do buňky K6, konečnou hodnotu 3 kPa do buňky K15 ručně. Postupem jako u sloupce „E“ označíme celý sloupec „K“ a hledáme lineární rozložení průtoku postupem: domů → úpravy → vyplnit → řady:

Sloupec L – Výpočet Kv hodnot
Výpočet Kv hodnot pro nastavení vyvažovacích ventilů získáme z průtoku a dispozičního tlaku k seškrcení pro jednotlivé stoupačky. K vypočtené hodnotě je přidána hodnota 0,1, aby vyhledávaná hodnota v tabulce vybrala nejblíže vyšší hodnotu. Rovnice pro výpočet jsou pro sloupce „L“ a „M“ uvedeny v nápovědi k tab. 1.

Sloupec M – nastavení vyvažovacích ventilů
Typ vyvažovacích ventilů si může zvolit projektant. U ventilů STAD je možné nastavení v rozsahu od 0,5 otáček od uzavření. Otáčky od 0,5 do cca 2,0 se nedoporučují, protože mají značnou nepřesnost oproti nastavení od 2,0 do 4,0. V rozmezí 0 až 4,0 se dají nastavovat otáčky po 0,1 otáčky.

Výběr typu vyvažovacích ventilů

Ve sloupci „M“ je vypočteno nastavení ventilů STAD DN 15/14. Je vhodný pro Kv hodnoty v rozsahu 0,7 až 3,9. Rozsah možných nastavení otáček je v 19 polohách, od 2,2 do 4,0. Z nich je ve výpočtu použito 10 poloh, z nichž se žádné otáčky neopakují.

U jedné akce se doporučuje navrhovat jej jeden typ vyvažovacího ventilu, aby při montáži nedošlo k jejich záměně. Porovnejme počet možných nastavení vyvažovacích ventilů od stejného výrobce v tab. 3 až 5.

Pro rozsah možných Kv hodnot v rozmezí 0,7 až 2,46 jsou v tab. 3 jen 3 možnosti nastavení otáček. V tab. 4 je jich už 14, v tab. 5 je jich 19. Vyvažovací ventil STAD DN 15/11 je pro potrubí di 63 výhodnější než menší dimenze ventilu STAD 10/0,6.

Z tabulek vyvažovacích ventilů je patrné, že na jedné straně je možné vybírat typ od různých výrobců, na druhé straně je potřeba věnovat pozornost tomu, aby počet nastavitelných otáček byl větší, než je počet lišících se Kv hodnot. Většina projektantů si v praxi vybere jeden typ vyvažovacích ventilů a setrvá u nich. Dle mého názoru lze jen takto dosáhnout dostatečné přesnosti v průtocích a tím bezchybného provozu cirkulace TV.

Co se stane, pokud v tab. 1 snížíme průtok?

Když v tab. 1 snížíte z jakéhokoliv důvodu průtok na jedno odběrné místo, tabulka se změní (pro názorný příklad zde jako tab. 6). Přepočtou se Kv hodnoty a tabulka s Vámi přestane „komunikovat“ –
ve sloupci „M“ se objeví hodnoty „X“. Nyní musíte buďto zvýšit průtok nebo si vybrat jiný vyvažovací ventil.7

Výzkum armatur schopných vyvažovat minimalizované průtoky ponechme vědeckým pracovníkům nebo výzkumníkům z hodinářského průmyslu.

Chyby v projektech projektantů zdravotní techniky

– Potrubí o dvě dimenze menší, než je dimenze v okruhu teplé vody.
– Vyvažovací ventily u stoupaček v dimenzi cirkulačního potrubí.
– Vyvažovací ventily v menší dimen-zi, než je cirkulační potrubí bez výpočtu Kv hodnot a nastavení otáček. Projektant často předpokládá, že se ventily samy nastaví během provozu.
– Nedostatečný průtok na jedno odběrné zařízení teplé vody. Někdy je příčinou software, někdy příliš silná tepelná izolace vedoucí k minimalizaci cirkulačních průtoků.
– Neochota projektantů cokoliv počítat podle SW, když to v praxi často nemusí fungovat.

Závěr

Jednou sestavená tabulka může být upravována v počtech úseků a stoupaček i počtu odběrných míst teplé vody. Výhoda předkládaného SW spočívá v rychlosti výpočtu a garance funkce v praktickém provozu. Není potřeba počítat tepelné ztráty v rozvodu TV, znát délky potrubí TV, tloušťky tepelných izolací, jejich délky i fyzikální parametry. Výsledné nízké hodnoty průtoku na 1 odběrné místo způsobí, že se nenajde potřebná dimenze vyvažovací armatury, nebo jen s nastavením od 0 do 2,0 – tedy v oblasti nepřesných průtoků.

Dnes ještě klasický výpočet degraduje kvalitní a silná tepelná izolace potrubí. Ušetřené náklady na nižších tepelných ztrátách v rozvodu teplé vody se negativně projeví ve spotřebované energii na nefunkční nebo nepřesně fungující cirkulaci teplé vody.

Při konkrétních výpočtech může zpracovatel zjistit, že dimenze cirkulačního potrubí může být často stejná nebo i větší, než je dimenze potrubí teplé vody. Je to z důvodu, že rychlost proudění TV v plastovém potrubí v domovních rozvodech může být až 3,0 m·s^–1. Oproti rychlosti v cirkulačním potrubí 0,5 m·s^–1 může být až 6× vyšší.

Na tomto příkladu vidíte, že i s pomocí běžné součásti komplexního balíku kancelářských programů, jakým je klasický tabulkový procesor Microsoft Excel, dokážete z jednoduchého zadání vygenerovat a nastavit vyvážení ventilů na patách všech stoupaček a zajistit stoprocentní funkci cirkulace teplé vody.

Pro vytvoření funkční výpočtové tabulky jsou v nápovědě uvedeny i rovnice, se kterými by mohl mít projektant problém. Výpočtová tabulka navíc projektanta upozorní na nedostatečný průtok, který zabrání navrženému vyvažovacímu ventilu nastavit optimální otáčky.

Literatura

[1] ČSN 75 5455. Výpočet vnitřních vodovodů. 2014–2 (změna Z1: 2018–12). ÚNMZ. Praha.
[2] Zákon č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů – znění od 1. 1. 2024. In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010–2024 [cit. 14. 6. 2024]. Dostupné z: https://bit.ly/3WUuiXm>.
[3] Vyhláška č. 131/2024 Sb., o dokumentaci staveb – znění od 1. 7. 2024. In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010–2024 [cit. 27. 6. 2024]. Dostupné z: https://bit.ly/46R6b0m>.
[4] ČSN EN 806–2. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování. 2005–10. ČNI. Praha.
[5] ČSN 75 5409. Vnitřní vodovody. 2013–2. ÚNMZ. Praha.

---

Simplified calculation of hot water circulation for designers

The article on the dimensioning of hot water circulation pipes and the setting of control fittings at the entrance of circulation riser pipes in apartment buildings describes the method of circulation dimensioning based on the circulation flow.
Based on the author's experience, this is determined by the number of hot water collection points.
The calculation is processed in the spreadsheet software Microsoft Excel, which is supposed to facilitate, speed up and simplify the designer's work.
The author offers his method as an alternative to the method given in ČSN 75 5455, according to which circulation flows are determined on the basis of heat losses of the hot water supply pipe.
However, with significant thicknesses of thermal insulation, which are required by current legislation, the circulation flows are very low, which makes it difficult to regulate the circulation with the regulat
ing fittings and may be the cause of the malfunctioning of the hot water circulation in part of the house. When calculating according to the method given by the author of the article, the circulation flow rates are higher. This guarantees the function of circulation in the entire house after regulation by means of regulating fittings (balancing valves) located at the inlet of the riser pipes.

Keywords: hot water, hot water circulation, calculation, dimensioning, regulation, balancing valves.