Chytré řízení cirkulace teplé vody se schopností adaptace na chování uživatele objektu

Článek popisuje řešení cirkulace teplé vody v případech, kdy platná legislativa vyžaduje její využití, nejedná se však o objekty vyžadující nepřetržitou cirkulaci teplé vody. Tato problematika do značné míry souvisí s činností zdrojů tepla, které jsou často zapojeny tak, že nedokážou vytápět a současně připravovat teplou vodu. Chytré řízení cirkulačního čerpadla zajistí uživatelský komfort obyvatel objektu, a zároveň snižuje počet startů zdroje tepla. Vhodné časování chodu cirkulačního čerpadla TV také snižuje náklady na její přípravu. Jedná se tedy o technické řešení, které najde své místo např. u rodinných domů, vil, ucelených částí bytových domů anebo komerčních objektů se specifickým využitím.

Recenzent: Roman Vavřička

Úvod

Snaha obyvatel vytápět svá obydlí sahá až k samotnému objevu ohně. Od té doby se však člověk fyziologicky významně proměnil a stal se více závislým na kvalitě prostředí. Vytápění se tak stalo neoddělitelnou částí každého domu, a i když v průběhu času zdroje tepla a způsob jeho přenosu prošly výraznou evolucí, postupně se na tyto problematiky začaly vázat i další potřeby obyvatel –hygienické či stavební vyhlášky anebo zvyklosti ve stavebnictví. Teplá voda se stala naprostým standardem každého domu, a jelikož stavebnictví je obor živý a neustále se vyvíjející, snaha zefektivnit vytápění a přípravu teplé vody je jasným směrem výrobců a konstruktérů už po mnoho desetiletí. Za tu dobu došlo k výraznému vývoji stavebních hmot, k důkladné izolaci nově stavěných objektů a také k řadě legislativních změn, které posuzují, jaké zdroje jsou považovány za vhodné.

Aktuálně platným dokumentem v tomto směru je vyhláška č. 222/2024 Sb., která novelizuje vyhlášku č. 264/2020 Sb. o energetické náročnosti budov. Jedná se o legislativní prvky reagující na aktuální technický vývoj ve stavebnictví, který udává společný směr nově stavěným objektům. Legislativa u nových rodinných domů do značné míry upřednostňuje tepelná čerpadla, která jsou vše-
obecně považována za ekologický a efektivní zdroj tepla pro vytápění a teplou vodu. Mají však svá specifika, mezi která patří nutnost výrazně preciznějšího návrhu, než tomu bylo například u dříve preferovaných plynových kondenzačních kotlů, nebo také výrazně větší snaha o snížení počtu cyklů jejich kompresoru. Cirkulace teplé vody je tedy prvek, který je stavebník povinen ve stanovených případech zajistit – pro provoz tepelných čerpadel se však jedná o něco, co si rozhodně zaslouží technické ošetření.

Teorie

Cirkulace teplé vody

Cirkulace teplé vody (dále TV) je opatření sloužící k zajištění hygienického požadavku na teplotu TV dle vyhlášky č. 371/2023 Sb., která nahrazuje původní vyhlášku č. 252/2004 Sb. Technicky se jedná o zajištění průtoku TV vody tak, aby byla garantována rychlá distribuce TV i u odběrných míst, která nebyla delší dobu využita. K tomu slouží cirkulační potrubí s čerpadlem s možností řízení vícero způsoby. Cirkulace není nutná u všech nově stavěných rodinných domů – záleží zejména na hydraulické vzdálenosti zásobníku TV a nejvzdálenějšího odběrného místa TV. Norma ČSN EN 806–2 definuje, že je třeba zajistit, aby při plném otevření výtokové armatury vytékala nejpozději po uplynutí 30 sekund voda o teplotě 50 až 55 °C, výjimečně 60 °C, přičemž v odběrové špičce může teplota krátkodobě klesnout až k hranici 45 °C.

V případě, že tento požadavek není splněn při standartním zapojení TV, je nutno zajistit ochranná opatření. Tím může být přihřívání TV v potrubí anebo cirkulační větev, která zajistí průtok TV až co možná nejblíže každému z odběrných míst a zpět do zásobníku k dohřátí. Cirkulace TV při sepnutí cirkulačního čerpadla pak způsobí určitě ochlazení TV vlivem průtoku ve vodovodním potrubí. Proto je tak velmi důležitá důkladná tepelná izolace potrubí TV i cirkulace, a navíc je nutné připomenout, že návrh tepelné izolace rozvodů vodovodu přímo souvisí s předpokládaným ochlazením TV při návrhu cirkulační sítě.

Zanedbání tepelné izolace na potrubí rozvodů TV a její cirkulace způsobuje výrazné vychlazování oblasti vrchlíku zásobníku TV, což pro zdroj tepla znamená opakující se požadavek na její přípravu (tj. dohřev TV). V zimních měsících dojde k přeorientování přepínání trojcestné armatury z vytápění do TV – v případě instalace akumulačního (vyrovnávacího) zásobníku pak bude tento zásobník vybíjen ve prospěch otopné soustavy, po přeorientování bude zapotřebí jeho opětovné nabití.

Markantnější je tento problém právě u tolik oblíbených tepelných čerpadel. V letních měsících výše popsaná situace bude znamenat opětovné spínání kompresoru tepelného čerpadla do chodu (tzv. „cyklování“), což patří mezi rizikové faktory provozu z pohledu počtu rozběhů kompresoru, který je během rozběhů minimálně mazán. Počet cyklů kompresoru tedy do značné míry vypovídá o opotřebování stroje. Nezanedbatelnou položkou důsledku vyšší míry vychlazování TV v cirkulaci jsou samozřejmě zvýšené náklady na přípravu TV.

Řízení cirkulace teplé vody

Jednou z možností omezení negativ cirkulace TV je její řízení. To může být provedeno vícero způsoby. První variantou je řízení manuální, kdy je cirkulační čerpadlo spínáno uživatelem, a to v návaznosti na jeho potřebu. Nesepnutí cirkulace neznamená nedostupnost TV, jen si na ni musí zpravidla uživatel chvíli počkat. Manuální spuštění cirkulace tedy není rizikové ve smyslu nedostatku TV. Tento způsob řešení je využíván zejména v rekreačních nebo občasně využívaných objektech.

Častější variantou je řešení pomocí připojení cirkulačního čerpadla přes zásuvku s časovaným provozem. Toto řešení umožní přímé určení časového rozmezí chodu čerpadla, což znamená prioritizaci provozu dle zvyklostí uživatele, které si uživatel sám zvolí. Dochází k úspoře na provozu zejména v nočním období, při využití tzv. chytrých zásuvek je však možno nastavit i větší počet časových úseků sepnutí čerpadla za jeden den. Chytrá zásuvka také umožní manuální sepnutí čerpadla v případě odlišností v denním režimu uživatele, a to v některých případech i na dálku pomocí mobilního telefonu.

Funkce řízení cirkulačního čerpadla je také velmi často součástí zdroje tepla, ke kterému je cirkulační čerpadlo připojeno. Pořád se však jedná o řízení dle nastavené charakteristiky nebo podle manuálního sepnutí uživatelem. Toto řešení je v České republice velmi časté a setkávám se s ním i v případě kombinace s domácími plynovými kondenzačními kotli.

O stupeň dále jsou potom systémy řízení čerpadla s prediktivní a adaptivní regulací, které mohou být buďto přímou součástí cirkulačního čerpadla, anebo v externím provedení. Tyto prvky jsou konstruovány tak, aby byly schopny učit se denní režim uživatelů objektu a na jejím základě v krátkých intervalech spouštět cirkulaci TV. Jedná se o efektivní způsob, který zajistí komfort odběru TV, a zároveň snižuje náklady na její přípravu. Krátké cykly také znamenají výrazně menší vychlazování zásobníku TV, druhotně tak dochází i ke snížení počtu startů zdroje tepla.

Zařízení CIRCON pro chytré řízení cirkulace teplé vody

Jednou z možných variant řízení cirkulačního čerpadla je výrobek CIRCON od německé společnosti Clauss. Společnost zabývající se zejména kosmickým a forenzním průmyslem tento výrobek vyvinula na základě nespokojenosti s již dostupnými výrobky, k čemuž částečně využila umělou inteligenci. Systém je dostupný ve dvou provedeních:
1) jakožto zásuvkový adaptér podobný časovacím zásuvkám – čerpadlo s koncovkou do 230V zásuvky je tedy zapojeno přímo do Circonu, čehož je schopen sám uživatel;
2) nebo v provedení na DIN lištu, což je velmi vhodné pro integraci do rozvaděče nově instalovaného zdroje tepla.

Pro některá zapojení je však vhodné instalovat do technické místnosti kompletní box osazený relé a možností manuální volby trvalého běhu čerpadla nebo automatického provozu.

Zapojení cirkulace s připojením Circonu

Hydraulické zapojení je vhodné vytvořit tak, aby byla cirkulační smyčka co možná hydraulicky nejblíže každému z odběrných míst. Tím dojde k výraznému zpřesnění regulace.

Circon totiž analyzuje i hydraulickou vzdálenost konkrétních odběrů TV, a tak zejména v případě méně častých odběrů nahřívá smyčku pouze ke konkrétním odběrným místům.

Výstupní potrubí ze zásobníku a zpátečka cirkulace musí být osazena teplotními čidly dodanými společně s řídicí jednotkou. Jedná se o čidla plně kontaktní bez přídavného pouzdra, jejich odezva je tak výrazně kratší než v případě použití konvenčních příložných čidel.

Funkce prediktivní a adaptivní regulace

V rámci uvedení do provozu i kdykoli později má uživatel možnost upravit požadavek na míru komfortu a ekonomiky provozu. Hned od prvního dne se regulátor učí rozpoznávat denní režim obyvatel objektu, a to i včetně víkendových změn.

K výpočtům dochází na základě rozdílů teplot měřených čidly na výstupu ze zásobníku TV a zpátečce cirkulace. Celý cyklus učení trvá 14 dnů, a i v průběhu provozu se průběžně opakuje za účelem dalšího upřesnění. Grafy na obr. 7 znázorňují intuitivní zdokonalování regulace. Na obr. 8 je pak vidět časová shoda obou křivek měřených teplot (na výstupu ze zásobníku a vratném potrubí cirkulace).

Další doplňkové funkce

Výpočet spouštění cirkulace TV je závislý na měření aktuálních teplot na teplotních čidlech a pamětí se schopností učit se. Systém si je vědom možných odlišností v chování osob, proto disponuje také funkcí rychlého protočení vody v cirkulační smyčce i po krátkém odběru TV. Jedná se o prvek, který zajistí komfort i v případě časnějšího vstávání uživatele nebo nečekaných okolností vyžadující noční aktivitu člověka. Stejně tak si je vědom odlišností denního režimu například o víkendech, prázdninách nebo státních svátcích, a tak se dokáže autonomně přizpůsobit.

Co se týče hygieny vody, platná legislativa myslí i na ochranu před baterií Legionella pneumophila. Aby byla ochrana účinná, je zpravidla cyklicky navyšována teplota TV běžně i na 65 °C, kdy dochází k likvidaci této bakterie v řádu jednotek minut. Toto navýšení teploty v zásobníku je obvykle řízené zdrojem tepla, již po krátkém odběru TV je však zaznamenáno i čidlem cirkulace. Toto opakující se chování je aplikováno pravidelně, jednotka Circon ji tedy dokáže snadno rozpoznat a přizpůsobit jí tak svůj provoz.

Další zajímavou funkcí je automatické rozpoznání disfunkce zpětné klapky a detekce samotížného vychládání zásobníku TV, na které je uživatel upozorněn světelnou signalizací.

Grafické znázornění průběhu teplot obou čidel (obr. 9) dává možnost pochopit princip fungování chytré regulace Circon. Snaha regulátoru o maximální možnou efektivitu je dána jak chováním uživatelů objektu, tak i jejich preferencemi, které je možno nastavit přímo na přístroji. Jedná se tak o velmi jednoduché technické řešení se značným přínosem k energetické efektivitě objektu.

Závěr

Příprava TV je významné téma nejen z pohledu zdroje tepla. Výrazné zlepšení v oblasti stavebních hmot způsobilo snížení potřeby tepla pro vytápění objektů, tím pádem narůstá relativní podíl potřeby tepla pro přípravu TV. Její cirkulace je vyžadována u většiny nově stavěných objektů. V některých případech – zejména u bytových domů – je nutné, aby cirkulační čerpadlo TV pracovalo neustále, v případě větších rodinných domů, vil nebo komerčních objektů se specifickým provozem však můžeme provoz tohoto čerpadla omezit.
Zařízení Circon je jednotka inteligentního řízení cirkulačního čerpadla TV. Respektuje požadavky uživatelů domácnosti v návaznosti na zvolený provozní režim, a také se v průběhu chodu sám učí pro co možná nejvyšší stupeň predikce odběru TV.

Jeho zapojení není složité a provoz zajišťuje úsporu za energii potřebnou pro činnost cirkulačního čerpadla v časových rozmezích, kdy tento provoz není vyžadován, navíc má pozitivní vliv na provoz zdroje tepla.

Literatura

[1] Vyhláška č. 222/2024 Sb., kterou se mění vyhláška č. 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov – znění od 1. 9. 2024. In: Zákony pro lidi.cz. Online. © AION CS 2010–2025 [cit. 25.4. 2025] Dostupné z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/2024-222#f7919402
[2] Vyhláška č. 371/2023 Sb., kterou se mění vyhláška č. 252/20204 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody, ve znění pozdějších předpisů – znění od 4. 1. 2024. In: Zákony pro lidi.cz. Online. © AION CS 2010–2024 [cit. 22. 4. 2024]. Dostupné z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/2023-371#f7823090
[3] ČSN EN 806–2. Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování. 2005–10. ČNI. Praha.
[4] VAVŘIČKA, Roman a kolektiv. Příprava teplé vody. Sešit projektanta č. 3. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2017. ISBN 978-80-02-02713-3.
[5] Brilon. CIRCON Classic. Online. Dostupné z: https://www.brilon.cz/produkt/circon/ [citováno 2025-3-23].
[6] Brilon. CIRCON Pro. Online. Dostupné z: https://www.brilon.cz/produkt/circon-pro/ [citováno 2025-3-23].
[7] Brilon. CIRCON Pro Full kompletní sada v montážní krabici. Online. Dostupné z: https://www.brilon.cz/produkt/kompletni-sada-circon-pro/ [citováno 2025-3-23].

Recenzent: Ing. Roman Vavřička, Ph.D., Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Smart Hot Water Circulation Control with the Ability to Adapt to the Building User's Behaviour

The article describes solution for hot water circulation in cases where applicable legislation requires its functionality, but at the same time it is not a type of building that realistically requires continuous hot water circulation.

This problem is largely related to the operation of heat sources, which are often connected in such a way that they cannot provide heat and prepare hot water at the same time. Smart control of the circulation pump ensures user comfort for the building's residents, and at the same time reduces the number of heat source starts. Appropriate timing of the DHW circulation pump operation also reduces the cost of hot water preparation.

It’s therefore a technical solution that will find its use, for example, in family houses, villas, integrated parts of apartment buildings or commercial buildings with a specific use.

Keywords: hot water, hot water circulation, hot water preparation, heat sources, smart control, management, operation, regulation.