Úspory tepla v objektech po zateplení

Příspěvek autora popisuje ucelený komplex hlavních příčin, které nedovolují uživatelům otopných soustav dosahovat očekávaných úspor tepla ani po zateplení. Poněkud alarmující je skutečnost, že i v odborné veřejnosti, která projektuje, montuje, seřizuje a provozuje otopné soustavy, není záruka, že budou popisované problémy odstraněny. Bohužel se s tím setkávám v praxi dosti často. Rozhodně k odstraňování nedostatků nevede ani stávající legislativa. Například je mnoho poradenských společenství, která umějí vypracovat audity s návrhy na úsporná opatření a poradit jak získat dotace na to, či ono, ale je jen mizivé procento těch, kteří umějí beze zbytku vyřešit popisované problémy v konkrétní otopné soustavě.

Recenzent: Vladimír Galád

Článek popisuje zásahy do reálné otopné soustavy zatepleného objektu, u kterého trvalo několik let, než byl uveden do stavu, který umožnil snížit spotřebu tepla pro vytápění v očekávaných hodnotách. Celá řada doslova amatérských zásahů, poškozujících otopnou soustavu, byla způsobena mimo jiné i nevyhovující legislativou, která zásadní zásahy do tepelného hospodářství umožňuje. Je s podivem, že Česká republika, která se zavázala ke snižování produkce emisí a CO₂ zejména, tak laxně přistupuje k problematice, která produkci emisí ovlivňuje ve vysoké míře. Věřím, že řada čtenářů Topenářství instalace má bohužel podobné zkušenosti.

Existuje mnoho bytových domů, které se po zateplení potýkají s hlukem nebo tepelnou nepohodou. Po nějaké době provozu od zateplení se často zjistí, že spotřeba tepla klesla jen minimálně a zdaleka neodpovídá poměru snížení tepelných ztrát vůči původním, který byl deklarován energetickým auditem, projektem pro realizaci zateplení nebo firmou, která zateplení realizovala. Příčina tkví v tom, že mezi snížením tepelných ztrát objektu v důsledku zateplení a snížením spotřeby tepla pro vytápění není přímá úměra. Zateplení objektu je pro snížení spotřeby tepla podmínkou nutnou, ale zdaleka ne postačující.

Obnova technologického zařízení otopné soustavy není stavbou, na kterou by se vztahovalo stavební povolení vyžadující dokumentaci zpracovanou autorizovanou osobou, tedy osobou s potřebnou kvalifikací. Kvalifikační požadavky pro vypracování dokumentace nižšího legislativního stupně, tedy pro realizaci stavby, nejsou žádným právním předpisem stanoveny. Tato situace je zneužívána v tom smyslu, že mnohé zásahy do otopných soustav jsou prováděny realizační firmou bez projektu, bez ověření, co realizované opatření způsobí, bez záruky na funkci. Pokud vůbec nějaká dokumentace existuje, tak je označena jako dokumentace skutečného provedení, kterou však může následně vypracovat kdokoliv. Taková dokumentace nemůže sloužit jako důkazní materiál chybné funkce otopné soustavy u soudu, protože se v ní o funkci soustavy vůbec nepíše. Je dobrá pro kontrolu, kolik armatur bylo vyhozeno, které jsou nové atp., tedy jako příloha k faktuře.

U popisovaného objektu je otopná soustava teplovodní, s parametry otopné vody 90/70 °C. Nucený oběh otopné vody je zabezpečen čerpadlem v cen­trálním zdroji tepla.

V původním energetickém auditu objektu se dočteme, že pro snížení spotřeby tepla je vedle zateplení objektu navíc nutné vyměnit radiátorové dvojregulační kohouty za termostatické ventily (TRV) a hydraulicky vyregulovat domovní rozvod tepla. Jak se říká, cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly…

Výměna armatur otopných těles za termostatické ventily

Zástupci „Společenství vlastníků jednotek“ (SVJ) si na základě energetického auditu objednali topenáře, který ventily nakoupil a vyměnil. Ventilové spodky TRV byly zakoupeny s pevnou Kv hodnotou – byly levnější a nemusí se nastavovat. O hydraulické stabilitě otopné soustavy má instalatér-topenář, pracující bez projektu, jen matnou představu. Hluk od termostatických ventilů dal uživatelům bytů hned vědět, že se začalo šetřit. Posléze se stížnosti dostaly do takového stádia, kdy bylo nutné pozvat jiného topenáře-topenáře projektanta.

Bez projektu to nejde

Projektant, známý známého jednoho člena SVJ, vypracoval jakýsi projekt, bez identifikačních znaků zpracovatele. Zřejmě si nebyl příliš jist svou prací: „Co kdyby to nefungovalo?“ Využít namontované termostatické ventily bez předregulace si pan projektant nedo­vedl představit. Proto po roce provozu navrhl nahradit původní termostatické ventily a osadit ventily s předreguací.

Při kontrole projektu bylo zjištěno, že při vpisování hodnot přednastavení ventilových spodků Heimeier V-Exakt do svislého schématu bylo v mnoha případech otopným tělesům s vyšším výkonem přisouzeno nižší číslo předregulace a naopak. A jak už to bývá, po ­realizaci energeticky úsporného opatření, někdo měl v bytě teplo, někdo zimu, někdo hluk a někdo obojí.

Pro hydraulické vyvážení vodorovného rozvodu zvolil projektant typ vyvažovacích ventilů, které nemají odběr tlaku, na kterých by se dal změřit tlakový rozdíl a průtok.

Z úsporných důvodů nebyly vyvažovací ventily osazeny na všechny přípojky stoupaček, ale jen u některých. Pro otopná tělesa v suterénu a přízemí, seřizovací ventily chybí. Zázrak významné úspory tepla se očekává od zateplení objektu.

Zateplení objektu

Šetření energií vstupuje do další, nikoliv ale závěrečné fáze: Zateplení objektu. Úspora tepla prý až 40 %! Že si uživatelé bytů a zástupci společenství vlastníků pletou pojem snížení tepelných ztrát se sníženou spotřebou tepla není až tak překvapivé, ale je smutnou skutečností, že si tyto pojmy pletla i realizační firma. Aby bylo možné mezi oba pojmy položit rovnítko, musí se splnit ještě mnoho dalších předpokladů.

Málokoho z realizační firmy, společenství vlastníků nebo projektanta napadlo, že po zateplení objektu bude potřeba snížit teplotu otopné vody na nižší hodnotu, než dodává centrální zdroj do ještě nezateplených objektů. Termostatický ventil to nedokáže, není konstruován na odbourávání tepelných zisků pocházejících od vlastní otopné soustavy. Pokud se mu to do jisté míry daří, přestane plnit svou hlavní funkci, pro kterou byl do otopné soustavy navržen – eliminovat vnější i vnitřní tepelné zisky a tím dosahovat úspory ve spotřebě tepla.

Po zateplení objektu, s příchodem zimy, došlo ke „globálnímu“ oteplení nejenom venkovního prostředí, ale i vnitřního prostředí panelového domu. Pro první pomoc je přivolán instalatér-topenář. Snaha vyřešit problém různým stupněm nastavení kulového kohoutu na vstupu do otopné soustavy objektu je často používaným zásahem. Dosáhne se tím ale výrazného snížení teploty ve vytápěném prostoru? Někdy ano, ale jen v koncových úsecích, kde otopná soustava přestala fungovat. Manipulace kulovým kohoutem nebyla úspěšná. Opět se čeká na zázrak. Cože by to mělo být?

Směšovací stanice

Kompaktní směšovací stanice byla navržena projektantem dodavatele stanice. Na rozdíl od mnoha jiných stanic byla navržena správně, s přímým regulačním ventilem a obtokem před čerpadly směšovaných okruhů. Topná křivka regulátoru ovládajícího směšovaní byla nastavena na hodnotu, která přibližně odpovídala poměru tepelných ztrát objektu po a před zateplením. Bohužel projektant stanice neměl za úkol se podrobně zaobírat i chováním napojené otopné soustavy. SVJ zase šetřilo na nepravém místě.

Že by tím nastal konec trápení s otopnou soustavou? Jak pozorný čtenář předvídá – nikoliv. Topné okruhy v koncových částech otopné soustavy nedotápějí. Situace je podobná jako při manipulaci s kulovým kohoutem, jen s jinou a dražší technikou.

Zásahy provozovatele stanice

• Co se dá z hlediska provozovatele udělat, když koncové úseky otopné soustavy nedotápějí?
• Přestaví se topná křivka na maximum
• Otevře se regulační ventil směšovací stanice ručně na plný zdvih
• Obě regulovatelná čerpadla se nastaví na nejvyšší stupeň výkonu

Výsledek zásahu provozovatele

Diferenční tlak na vstupu do stanice není spotřebován na otevřeném regulačním ventilu. Tím se tlak přenáší na oběhová čerpadla, která začnou hlučet. Teplota otopné vody je podstatně vyšší, než by odpovídalo venkovní teplotě. V kombinaci s chybným přednastavením ventilových spodků termostatických ventilů, důvěru nebudícím nastavením nemnoha vyvažovacích stoupačkových ventilů nebo chybějících vyvažovacích ventilů na přípojkách stoupaček je vytvořen stav, kdy stoupačky bližší oběhovým čerpadlům opět výrazně přetápějí, na úkor stoupaček vzdálenějších. Obtěžující hluk nejenom od termostatických ventilů, ale i od oběhových čerpadel se stává tím méně významným problémem.

Co dál?

Z popisu problémů otopné soustavy je vidět, že je tady jeden problém zásadní a několik problémů podružných, které měly být vyřešeny ještě před zateplením objektu.

Dobře navržená směšovací stanice je nutným předpokladem pro dosažení očekávané úspory tepla po zateplení objektu.

Chybným řešením při návrhu směšovací stanice byl návrh celé stanice na výkon po zateplení beze změny pracovních teplot. To by bylo možné udělat v případě, že by se po zateplení snížila velikost otopné plochy v poměru nových a původních tepelných ztrát objektu. Ve většině případů je snižování velikosti otopné plochy nejenom ne­reálné, ale i zbytečné.

U stávající velikosti otopné plochy je nutné zachovat původní průtok do otopných těles. Sekundární strana směšovací stanice, včetně oběhových čerpadel, se pak navrhuje na tento původní průtok.

Pokud má otopná soustava více topných okruhů, a tyto okruhy nejsou vybaveny měřiči tepla, na kterých lze odečítat okamžitý průtok, lze doporučit osazení vyvažovacích ventilů, pomocí měřicího přístroje změřit průtok a nastavit ho na jmenovitou hodnotu změnou otáček čerpadla.

Podmínky pro dosažení úspor

Pokud se po zateplení objektu očekává úspora tepla vyšší jak cca 6 %, nebo úspora tepla srovnatelná poměru tepelných ztrát před a po zateplení, bude nutné mít vyřešeny tyto skutečnosti:

• u ventilů s přednastavením zajistit nastavení ventilových spodků termostatických ventilů podle výpočtu,
• u ventilových spodků termostatických ventilů bez přednastavení mít nastaveno regulační šroubení otopných těles podle výpočtu,
• přípojky stoupaček mít osazeny vyvažovacími ventily, nastavenými na jmenovitý průtok stoupačky.

Pokud nemá objekt vlastní zdroj tepla, je nezbytné osadit na vstup do otopné soustavy směšovací stanici, která umožní snížit centrálně regulovatelnou teplotu otopné vody. Centrálně regulovaná teplota otopné vody je nastavena tak, aby odpovídala potřebám dosud nezateplených objektů.

Návrh směšovací stanice musí vycházet jak z původních tepelných ztrát (výkonu otopné plochy), tak i z tepelných ztrát po zateplení objektu. Obě hodnoty by měly být v energetickém auditu nebo dokumentaci pro realizaci zateplení.

Z obou hodnot tepelných ztrát se vychází při výpočtu nové teplotní křivky, která se nastavuje na regulátoru směšovací stanice.

Návrh směšovací stanice

Původní teplotní parametry otopné soustavy před zateplením budiž 90/70 °C. Nové parametry otopné soustavy po zateplení byly spočteny na 65/45 °C.

Sekundární část směšovací stanice

Sekundární část směšovací stanice, na kterou je napojena původní otopná soustava, bude pracovat s původním průtokem, který se stanovil z původního výkonu otopné soustavy a teplotního spádu 90/70 °C. Splněním tohoto požadavku se zachová hydraulická stabilita objektu.

Pokud by se chybně vyšlo z nových tepelných ztrát, které mohou být až o 40 % nižší, byl by i průtok do otopné soustavy o 40 % nižší. Protože nastavení statických stoupačkových armatur zůstává stejné, přestávají tyto armatury plnit svou funkci. Snížená hydraulická stabilita vede následně k nedotápění otopných těles napojených na stoupačky, které jsou ve větší vzdálenosti od směšovací stanice.

Na původní (vyšší) průtok otopné soustavy se navrhuje i oběhové čerpadlo, vyvažovací ventil a u čerpadla bez regulace otáček i regulátor diferenčního tlaku.

Vše, co bylo do této chvíle v příkladu řečeno, platí pro stromečkové rozvody tepla. U souproudých rozvodů tepla (Tichelman) se při snížení průtoku hydraulická stabilita nemění, nebo jen zanedbatelně.

Primární část směšovací stanice

Primární část stanice má výpočtovou teplotu na vstupu do objektu 90 °C. Teplota zpátečky, která vychází z otopné soustavy je 45 °C, nikoliv, jak se často chybuje, 70 °C! Teplotní spád otopné vody na primární straně směšovací stanice je tedy (90–45) = 45 K, nikoliv 20 K. V poměru těchto teplotních spádů je nižší i primární průtok.

Na nižší primární průtok se navrhuje dimenze a Kv hodnota regulačního ventilu. Pokud není znám diferenční tlak na vstupu do objektu (při změřeném průtoku), je potřeba navrhnout i regulátor diferenčního tlaku. Ten bude udržovat konstantní tlakovou diferenci na regulačním ventilu při různých stupních jeho otevření. Současně tím zajistíme i 100 % autoritu regulačního ventilu v celém rozsahu jeho zdvihu.

Nastavení průtoku na sekundární straně směšovací stanice

Nastavování jmenovitých průtoků je nutné provádět při zcela otevřených hlavicích termostatických ventilů a při nižší teplotě otopné vody vstupující do otopné soustavy. Snížení teplotní křivky několik hodin před měřením se doporučuje v rozmezí 5 až 10 K, než by ­odpovídalo venkovní teplotě v době měření.

Nastavování průtoků začínáme na sekundární straně stanice. Přívod otopné vody na primární straně stanice uzavřeme, aby sekundární průtok při jeho nastavování nebyl ovlivňován zatím neseřízeným průtokem na primární straně stanice. Znovu ho otevřeme až po nastavení průtoku do otopné soustavy a nastavování primární části stanice.

Průtok do otopné soustavy na sekundární straně stanice se nastaví podle zvolené koncepce:

• změnou otáček čerpadla s regulací otáček při měření průtoku na vyvažovacím ventilu,
• změnou nastavení regulátoru diferenčního tlaku při měření průtoku na vyvažovacím ventilu.

Nastavení průtoku na primární straně směšovací stanice

Regulátor diferenčního tlaku na primární straně směšovací stanice se nastaví na tlakovou ztrátu regulačního ventilu při jeho plném otevření, tlakovou ztrátu měřiče tepla, potrubí a armatur ve vstupní části stanice. Čerpadlo sekundární strany stanice je přitom zapnuto. Průtok kontrolujeme na průtokoměru měřiče tepla nebo na vyvažovacím ventilu.

Po nastavení a aretaci průtoku nastavíme na regulátoru směšovací stanice v projektu nově vypočtenou topnou křivku. Tuto můžeme mírně upravit podle dosahované teploty ve vytápěném prostoru během zkušebního provozu. Doporučuje se, aby součástí předání a uvedení směšovací stanice do provozu byl i měřicí protokol.

Po splnění výše uvedených předpokladů, může objekt po zateplení dosahovat úspor spotřeby tepla v očekávaných hodnotách.

---

Energy savings in buildings after thermal insulation installation

Author deals with question of building energy savings after thermal insulation installation. Energy savings are achieved only when both made the correct adjustment of heating system. The example shows how difficult it can be.

Keywords: energy saving achievement, heating system regulation