Regulace

Regulace

Regulace_uvod

Regulace topného systému má nejpodstatnější vliv na ekonomický provoz vytápění. Základním předpokladem je instalace správného druhu regulace pro daný objekt a neméně důležité je umět regulaci ovládat a využívat všech možností, které nabízí. Pro každý zdroj vytápění (plyn, elektřina, tepelné čerpadlo, kotel na tuhá paliva) je zapotřebí pečlivě uvážit způsob jeho využití. Je zapotřebí určit, zda v domě bydlíme sami nebo je dům rozdělen pro více domácností, které mají rozdílnou potřebu tepla a denní režim. Zvláštním případem pak bývají objekty s několika byty nebo komerční objekty většího rozsahu s různým využitím. Nejjednodušším způsobem je při plánování vytápění oslovit projektanta, který Vám vhodný způsob regulace navrhne v projektové dokumentaci. Ale zpravidla se většina lidí snaží právě na projektu ušetřit. Faktem je, že dobře zpravovaná projektová dokumentace bývá velmi drahá. Do budoucna Vám však může ušetřit nemalé peníze.

Pokusím se vysvětlit základní pravidla.

Nejlépe regulovatelnými zdroji tepla jsou tepelná čerpadla, plynové a elektrické kotle, automatické kotle na biomasu atd. Moderní kotle umožňují pracovat v širokém rozsahu výkonu a teplot. Výkon a teplotu kotle určujeme dle aktuálního požadavku vytápění pomocí regulace, která si sama kotel zapne a řídí. A právě regulace výkonu a teploty kotle je rozhodující. V první řadě je zapotřebí správná volba výkonu kotle. Základní řady jsou cca od 12KW do 25 KW. Vyšší výkony jsou vhodné pro větší komerční budovy nebo bytové domy. Moderní kotel dokáže výkon plynule měnit. Podstatné je také zvážit, zda chceme úsporně a komfortně ohřívat i teplou užitkovou vodu. Pokud ano, volíme vždy kotle s větším výkonem, abychom mohli teplou vodu vždy ohřát rychle a efektivně. I kotel s výkonem 25 KW můžeme využívat na maximum jen pro ohřívání teplé vody a při vytápění domu využít třeba jen 1/5 výkonu. To znamená že i kotel o max. výkonu 25 KW může trvale topit v rozsahu např. 3 – 10 KW záleží na seřízení a nastavení regulace.   To je vhodné zejména u nízkoenergetických a pasivních domů, které využívají například podlahové topení. Regulace tedy optimalizuje výkon a teplotu topení dle požadavku teploty. Ten si určujeme zpravidla pomocí pokojového termostatu. Nejjednodušší pokojový termostat hlídá teplotu vzduchu v referenčnímístnosti a pokud teplota klesne, zapne zdroj vytápění, který ohřeje vzduch na požadovanou teplotu a při její dosažení opět vypne. Referenční místnost by měla být správně zvolena. Bývá to zpravidla nejstudenější obytná místnost orientovaná na sever. Není vždy jednoduché referenční místnost určit. Chybou bývá umístit termostat třeba na chodbu nebo do kuchyně.  Termostat vždy umístíme tak, aby nebyl ovlivňován nežádoucím zdrojem tepla a nebo chladu. Zásadně neumisťujeme v blízkosti okna, radiátoru, na obvodovou zeď,  v blízkosti ledničky, televize atd… Důležité je termostat neumístit příliš nízko nebo příliš vysoko! Ideální je umístění zhruba ve výši  prsou. Správně zvolenáreferenční místnost by se měla logicky ohřát jako poslední ze všech, protože je nejstudenější. Volbu referenční místnosti Vám velmi ulehčí bezdrátová verze termostatu, který můžete v domě libovolně přenášet a vyzkoušet nejvhodnější místo.V ostatních místnostech je vhodné nainstalovat na radiátory termostatickou hlavici (neboli termohlavici) , která sama uzavře (přivře) radiátor při dosažení nastavené teploty. Neosazovat ale do referenční místnosti!Každá termohlavice má na sobě stupnici, většinou v rozsahu 1 – 5. Tato stupnice určuje rozsah nastavení teploty v místnosti. Pokud nastavíte na hlavici stupeň 3, měla by teplota v místnosi dosáhnout teploty kolem 20  ̊C (+- tolerance zhruba 2  ̊C.) Pokud se teplota vzduchu blíží nastavené, termohlavice sama plynule radiátor přivře nebo uzavře. Funguje stejně jako pokojový termostat. Je-li teplo vypne, je-li zima zapne. Hlavice ale vypíná konkrétní radiátor, kdežto pokojový termostat vypne přímo kotel. Vytápění tedy začíná požadavkem od termostatu, který zapne kotel. Kotel ohřívá topnou vodu, která je pomocí oběhového čerpadla rozháněna do všech radiátorů. Teplota v domě tedy pomalu stoupá až dosáhne nastavených teplot na termohlavicích ve všech místnostech mimo referenční. Radiátory jsou tedy postupně uzavřeny a teplá voda nakonec proudí jen do radiátorů v referenční místnosti. Pokud se ohřeje i referenční místnost, prostorový termostat vypne kotel a vytápění je ukončeno. Poklesem teploty v referenční místnostse vytápěcí cyklus opakuje. To je ideální stav. Je tedy důležité nastavit správně všechny hlavice a pokojový termostat. Místnosti jako třeba ložnice nebo pokoje pro hosty či málo využívané místnosti můžeme temperovat třeba trvale na 18  ̊C (nastaveno mezi 2 – 3) . Pracovnu a dětský pokoj třeba na 21  ̊C (nastaveno lehce přes 3)Pokud máte hlavice nastaveny na stupeň 5 pak nemá její funkce žádný smysl a zbytečně jste utratili peníze za její pořízení. Radiátor je vždy otevřen. Rdiátor by se při takovém nastavení uzavřel až při cca 28 – 30   ̊C Toto bývá nejčastější chybou. Lidé si často myslí, že na „pětku“ topení zesílí. Je velmi důležité princip funkce a ovládání pochopit a ovládát dle potřeby.

Stupnice na termohlavici:

termohlavice

Nejčastější rozsah stupnice na mechanické termohlavici.

1=12  ̊C  2=16  ̊C  3=20  ̊C  4=24  ̊C  5=28  ̊C  (orientační údaj)

Jak termostatická hlavice funguje?

Základem pro funkčnost a využití termostatické hlavice je její nasazení na termostatický ventil radiátoru. Teplota, kterou si uživatel nastaví, je korigována vlivem na průtok otopného média skrze zmiňovaný ventil. Termostatická hlavice pak spoléhá na princip tepelné roztažnosti (dilatace) kapaliny, plynu či pevné látky – materiálu, který je schopen na změny teploty reagovat právě dilatačními změnami. Ten je obsažen ve speciálním snímači zabudovaném v hlavici. Roztahováním a stahováním dané látky je pak ovlivňováno otevírání či zavírání průtoku otopné vody radiátorem.

termoventil

Termoventil na přívodní potrubí radiátoru

termoventilvkTermoventil vestavěný do radiátoru typu VK

Elektronická hlavice radiátoru

digitalni_hlaviceElektronická hlavice umožňuje přesnou regulaci teploty v místnosti a načasovat vytápění pomocí týdenního programu. Moderní systémy umožňují centrální řízení každé místnosti. Nejmodernější  systém lze ovládat na dálku pomocí internetu. Doporučuji například systém od firmy Honeywell – EVOHOME

http://getconnected.honeywell.com/cz/evohome_wi_fi.html

Co je potřebné dodržet u nového topného systému radiátorů.

Aby vše co jsem zatím popsal fungovalo správně, musí být také správně navržena velikost radiátorů vzhledem k velikosti místností. Topný systém musí být také „tzv. vyvážen“, aby se všechny radiátory ohřívaly přibližně stejně rychle = (aby do každého radiátoru proudilo stejné množství topné vody) To je nutné seřídit při uvedení nového topení do provozu a lze postupem času doladit. Pokud máte zpracován kvalitní projekt, vhodnévelikosti radiátorů a hodnoty průtoku jsou v něm uvedeny. Podstatné je také nově nainstalovaný topný systém řádně vypláchnout od konzervačních antikorozních povlaků a montážních nečistot. Poté systém napustit vhodnou teplonosnou kapalinou nejčastěji vodou, která ale musí mít vhodné parametry PH, tvrdosti a vodivosti. O této problematice se více dozvíte v kapitole „VODA V TOPENÍ“

Ekvitermní regulace

Ekvitermní regulace teploty v místnosti spočívá v nastavení teploty topné vody (neboli v regulaci zdroje tepla) v závislosti na venkovní teplotě. Při nižší venkovní teplotě je požadována vyšší teplota dodávané topné vody, aby došlo k rovnováze mezi dodaným teplem a tepelnými ztrátami místnosti a teplota místnosti tak zůstala konstantní.

graf_ekviterm

Příklad ekvitermních křivek pro určitou místnost. Z grafu je například patrné, že při požadované teplotě místnosti 20 °C a při venkovní teplotě 0 °C je nutné dodávat topnou vodu o teplotě větší než 60 °C.

Pro danou místnost lze stanovit soustavu tzv. ekvitermních křivek (také „topné křivky“), které popisují vzájemnou závislost teploty topné vody, místnosti a venkovní teploty. Na základě požadované teploty místnosti lze zvolit určitou křivku a podle venkovní teploty regulovat teplotu topné vody.

Jsou dva hlavní důvody pro aplikaci ekvitermní regulace:

  • Větší tepelná pohoda z důvodu potlačení dynamiky (kolísání) teplot v místnosti.
  • Úspora energie, kdy není třeba zdroj tepla ohřívat na maximum a vydávat z něj největší výkon ale pouze vydat takový výkon, který stačí k ohřátí místnosti na požadovanou teplotu v závislosti na venkovní teplotě

Pokud máte v objektu podlahové topení a radiátory je nutné oba systémy řídit na jinou teplotu. Podlahové topení je navrhováno pro teplotní rozsah cca od 20 do 45   ̊C . Radiátory se navrhují zhruba od 35 do 80   ̊C. Záleží na konkrétní instalaci a zdroji tepla. Pokud provozujete tyto systémy současně, je nutné mít nejen kvalitní kotel ale také správné hydraulické zapojení a vhodnou regulaci s ekvitermním řízením. Drtivá většina takových systémů je právě na vhodném hydraulickém připojení a regulaci ošizena.  Především kvůli ceně při realizaci. Instalace vhodných řešení je většinou nákladné a firmy hledají optimalizaci ceny na úkor funkčnosti. Uživatel pak v budoucnu zjišťuje, že nemůže vytápět dle vlastních potřeb a náklady na vytápění jsou vysoké.

Jak by měla dobře navržená regulace fungovat – shrnuto do několika bodů.

  1. Teplota vody do radiátorů nebo podlahového topení by měla být řízena ekvitermně.
  2. Každý radiátor nebo alespoň většina osazena termostatickou hlavicí.
  3. Podlahové topení řídit z každé místnosti termostatem a servopohonem v rozdělovači.
  4. Pokud je v jednom domě více bytů, musí být možnost regulovat každý byt nezávisle na jiném. Účtování spotřebované energie lze v takových případech řešit pomocí průtokových měřidel spotřebovaného tepla. (Např.: děda s babičkou bydlí v přízemí a jejich děti s vnoučaty v podkroví – obě domácnosti mají vlastní termostat a mohou topit nezávisle na sobě společným kotlem)
  5. Ohřev teplé užitkové vody v zásobníku časovat dle potřeby uživatele
  6. Pokud je nainstalována cirkulační smyčka teplé vody, je nutné řídit její chod vhodným způsobem. Nikdy nenechávejte cirkulační čerpadlo v chodu trvale nebo v dlouhých časových cyklech.Vzniká tím velká energetická ztráta. Tomuto tématu věnujeme zvláštní kapitolu.
  7. Pochopit, ovládat regulaci a všechny její možnosti !!!!

Příklad vhodného zapojení systému s více okruhy (podlahovka, radiátory, teplá užitková voda)

Zapojeni

Použitím směšovacích ventilů ve spojení s ekvitermní regulací lze okruh podlahového topení ve stejný okamžik řídit na jinou teplotu než okruh radiátorů a nezávisle na jejich teplotě zároveň kdykoli spustit ohřev zásobníku TUV, který probíhá na teplotě topné vody  kolem 80 ̊C.  Při tomto zapojení lze každý okruh zvlášť časovat a řídit podle vlastní prostorové regulace. Samostatně a nezávisle lze také řešit časování ohřevu TUV.

Podlahové topení a jeho regulace

Teplovodní podlahové vytápění má řadu výhod, mezi něž patří zejména tepelná pohoda díky nízkému tepelnému spádu topného systému. Tato výhoda je ještě zvýšena při použití kondenzačního kotle jako zdroje tepla. Tradiční radiátory ohřívají prostor z jednoho místa, a to relativně vysoko nad podlahou, takže rozložení teplot je velmi nerovnoměrné. Rozdíl teplot na podlaze a u stropu někdy dosahuje až 8 °C. U vytápění podlahového však teplo postupuje plynule od podlahy směrem ke stropu a rozdíl teplot v místnosti mezi podlahou a stropem je zanedbatelný, nejčastěji kolem 2÷3 °C. Rovněž pocit tepla se u člověka dostavuje při reálně nižší teplotě vzduchu než u radiátorů, neboť teplota je nejvyšší u podlahy a v oblasti hlavy máme v místnosti požadovanou teplotu, obvykle okolo 22 °C. Vzhledem k menším teplotním rozdílům také nedochází k velké cirkulaci vzduchu, což značně omezuje víření nečistot a snižuje prašnost v místnosti.

Průběh teploty v místnosti od podlahy ke stropu dle provedeného systému vytápění

prubeh_teplot

Realizace běžných systémů

podlaha1

Realizace běžných systémů

podlaha2

Zalévání finální anhydritovou samonivelační vrstvou

Nejpoužívanějším systémem realizace je mokrý způsob. Trubky jsou uloženy v izolační polystyrenové systémové desce s povrchem zpevněným plastovou fólií a jednotlivými výstupky pro uchycení potrubí s roztečí 50mm, potrubí je následně zalito betonovým potěrem přímo nad tepelně-akustickou izolací. Betonová mazanina u podlahového vytápění se shoduje s běžně používanými betonovými mazaninami. Přidáním plastifikátoru P se usnadňuje zpracování směsi i lepší obtékání trubek. Systémové desky z tvrzeného polystyrenu s označením EPS 150÷200, některé typy jsou rovněž z části provedeny s kročejovou izolací (tj. zvuková izolace).

Krycí fólie z PVC by měla být o tloušťce 0,1 ÷ 0,6 mm, která zabraňuje proniknutí vlhkosti z betonové mazaniny pod tepelně-akustickou izolaci. Obvodový zámek (pero – drážka nebo nasazení přesazujících nopů na sebe) zajišťuje rychlé a kvalitní spojení, což zabraňuje vzniku zvukových a tepelných mostů. Vzdálenost jednotlivých nopů od sebe je 50 mm, čímž je možné vytvářet okruhy s násobkem 50 mm vzdáleností instalovaného potrubí. Nejčastěji používaná vzdálenost potrubí u jednotlivých topných okruhů je 150 mm. Menší rozteče se používají například v koupelnách nebo místnostech, kde je zapotřebí dosáhnut vyšších teplot s menší plochou podlahy.

Na následujícím obrázku je zakreslen princip regulace podlahového topení ve více místnostech. V každé místnosti je nainstalován prostorový termostat na vhodné místo, který je spojen se servomechanismem nainstalovaným na ventil(y) pro konkrétní místnost, který  mechanicky uzavře přívod tepla .

Příklad instalace rozdělovače s nainstalovanými servopohony
rozdelovac

Princip regulace podlahových okruhů ve více místnostech

schema_regulace

prutokomerVelmi důležité je u podlahového vytápění seřídit průtoky jednotlivými smyčkami. Vzhledem k tomu, že zpravidla má každá smyčka jinou délku vzhledem k velikosti místností, bez seřízení by krátké smyčky s menším hydraulickým odporem pohltily většinu tlaku a na delší smyčky by pak žádný nezbyl. Proto se na rozdělovače instalují tzv. regulační průtokoměry. Jde o jednoduchý mechanismus, který pomocí unašeče a pružiny ukazuje aktuální průtok danou smyčkou. Jeho otočením lze průtok přivřít nebo povolit. Zpravidla se nastavuje průtok 1,5 – 2 l/min. Pokud máte vše správně nainstalováno a seřízeno, je zaručen efektivní a úsporný provoz celého systému. Nezapomeňte také na vhodnou úpravu topné vody, doplněné o vhodný konzervační a biocidní přípravek. Více se tomuto tématu věnujeme v článku „VODA V TOPENÍ“

Cirkulační smyčka teplé užitkové vody

Pokud je zásobník (bojler) TUV nainstalován ve vzdálenější části domu od koupelny nebo kuchyně, používá se tzv. cirkulační smyčka TUV. Spočívá v instalaci samostatného potrubí s čerpadlem, které je přivedeno k nejvzdálenější odběrné baterii a zapojeno do okruhu. Pomocí cirkulačního čerpadla proudí tímto okruhem mezi zásobníkem a baterií teplá voda. Pokud baterii otevřeme, nemusíme čekat, než odteče studená voda z potrubí. Potrubí PPR 20, které je nejčastěji používáno, má objem 0,2l/m. Takže máme-li koupelnu vzdálenu 10m od zásobníku, musíme odtočit zhruba 2l studené vody než se dočkáme teplé. Pokud si chceme třeba jen umýt ruce, jsou 2l vody zbytečné plýtvání pitnou vodou a čekání také není příjemné. Proto je cirkulační smyčka velmi komfortní doplněk moderních domácností, kde je třeba více koupelen. Každý komfort ale stojí peníze.

V první řadě je nutná investice do realizace potrubí pro cirkulaci. Nejlépe dle projektové dokumentace. Další podstatnou investicí je pořízení kvalitního cirkulačního čerpada. Ceny těchto čerpadel začínají kolem 3000,- Kč. Jejich životnost závisí zejména na kvalitě vody a způsobu používání. To ale není v ceně celého systému zásadní částka. K velkým investicím dochází zpravidla následně do spotřebované energie. V praxi se setkáváme s cirkulačními čerpadly napojenými trvale do elektriky. Díky tomu dochází k neustálému rychlému vychlazování zásobníku a jeho následnému dohřívání kotlem. Toto dohřívání je zcela zbytečné a v průběhu roku spotřebuje nezanedbatelné množství energie.

Příklad jednoduché kalkulace energetických ztrát nepřetržitého chodu cirkulace.

Plynový kondenzační kotel díky neustálé cirkulaci zapíná zbytečně dohřev zásobníku  6x za den vždy na 8 minut Kotel Junkers ZSBR 28-3 A. Tento kotel mé hodinovou spotřebu 2,8 m3/hod. Budeme-li uvažovat modulaci výkonu při ohřevu, můžeme předpokládat průměrnou spotřebu kolem 1 m3/hod. Cena zemního plynu se pohybuje kolem 16 Kč/m3.

6x8min = 48min/den x 365dní = 292hod/rok x 16Kč/m3 = 4672,-Kč/rok

Dále je nutné kalkulovat s cenou elektrické energie. Moderní úsporná čerpadla mají příkon kolem 10W i méně podle typu a výkonu. Při 10W je roční spotřeba energie kolem 500Kč při tarifu D01d který se pohybuje kolem 5Kč/KWh. Pokud bychom počítali i elektrickou energii na provoz kotle, dostali bychom  číslo ještě vyšší. Dá se tedy odhadnout ztráty kolem 5000,- Kč/ročně. Tento výpočet berte prosím pouze jako orientační. Skutečné hodnoty mohou být zcela jiné v závislosti na konkrétní instalaci.

Jak lze tedy tyto ztráty omezit, aniž bychom ztratili komfort, který cirkulační smyčka poskytuje?

Způsobů je několik. Záleží na projektantovi a typu regulace. Každá moderní regulace umožňuje časování chodu cirkulačního čerpadla. Dají se nastavit časové úseky přímo v samostatném týdenním programu pro ohřev TUV a ty mohou být rozděleny na další kratší úseky. Některá cirkulační čerpadla mají přímo na sobě spínací hodinky, kde se dá časování nařídit. Bývá také vybaveno teplotním čidlem, které vypne čerpadlo pokud se cirkulační smyčka ohřeje. Pokud vychladne, znovu se čerpadlo aktivuje. Další často používanou metodou je spojení cirkulace s osvětlením v koupelně. Všechna tato řešení jsou ale pevně daná, nastavená a fungují stále stejně. Pokud třeba zůstanete déle v práci, nebo odjedete na pár dní pryč a zapomenete ohřev teplé vody vypnout, cirkulace se spouští dle nastavení a vznikají zbytečné ztráty.

Orientační schéma zapojení jednoduché cirkulační smyčky.

cirkulace_TUV

Nejúspornějším řešením je možnost spustit cirkulaci jen pokud teplou vodu zrovna potřebujeme. A to v každém vzdálenějším místě od zásobníku, kde máme baterii s teplou vodou. V každé kuchyni i koupelně je zpravidla v blízkosti umyvadla nebo dřezu  instalována zásuvka nebo vypínač na osvětlení. Nejjednodušší je rozšířit v tomto místě instalaci o tlačítko, kterým budeme cirkulaci ovládat (viz následující foto). Funkce je v podstatě stejná, jako schodišťové automatické osvětlení v bytových domech, které je možné zapnout jen na určitou dobu. Po stlačení tlačítka poběží čerpadlo cirkulace například 15s  = doba, která stačí na průběhteplé vody okruhem cirkulace. (Čas je potřeba nastavit dle konkrétní instalace). Poté se čerpadlo vypne. Spustí se až při dalším stlačení kteréhokoli tlačítka. Tento systém se bez problému doma naučí používat i malé děti. Výhoda je maximální omezení ztrát, protože čerpadlo neběží nikdy zbytečně a nikdy nebudete zbytečně plýtvat vodou ani čekat ve sprše na teplou. K realizaci Vám stačí pouze propojit všechna tlačítka s časovým relé a k němu připojit cirkulační čerpadlo

Příklad realizace tlačítek

tlacitko_cirkulace

Schéma zapojení ovládání čerpadla  časovým relé.

schema_zapojeni