Provozování otopných soustav – 3. část

Autor se zabývá zásadním rozporem mezi statickým projektováním otopných soustav a jejich dynamickou realitou v provozu. Ukazuje, že standardní automatizace často selhává, protože se nesnaží reagovat na skutečné fyzikální vlivy, jako jsou tepelné zisky, větrání nebo lidský faktor. Autor představuje nový, praktický pohled na hodnocení efektivity systému prostřednictvím kritérií souhrnného tepelného toku a průtočnosti. Kritizuje z jeho pohledu zastaralé metody „stabilizace tlaků“ a volá po implementaci chytrých algoritmů, které dokážou autonomně reagovat na proměnné okrajové podmínky budovy. Článek je vysoce relevantní odbornou výzvou k přechodu od jednoduché ekvitermní regulace k inteligentnímu, adaptivnímu řízení. Autor nezmiňuje, jak toto adaptivní řízení zajistit, ale lze očekávat a připravit se, že s tím v budoucnu pomůže umělá inteligence.

Recenzent: Petr Vacek

V třetím pokračování našeho seriálu se tentokrát zaměříme na automatizační techniku a zpracování provozních dat, která reflektují skutečné fyzikální chování otopných soustav a vlivy okrajových podmínek vč. lidských faktorů.
Opět musím připomenout, že provozování otopných soustav je zcela odlišnou disciplínou oproti jejich projektování.

Ukazuje se, že čím hůře je otopná soustava navržena, tím větší jsou problémy s jejím provozováním a nehospodárností. Z provozních dat lze také odvodit, že ani sebedokonalejší vybavení automatizační technikou nezaručuje vysoké využití soustavy a maximální efektivitu hospodaření s teplem. Tím se často znehodnocují prostředky investované do automatizační techniky.

Automatizační technika není jen sběr dat či výsledné tabulky a grafy. Pokud nejsou data fyzikálně správně využita, nelze očekávat dosažení optimálního stavu. Jednoduše řečeno, výsledný efekt nebude 100 %, ale třeba jen 60 %.
Data musí být využita k analýze a následné úpravě řídicích algoritmů celé soustavy na základě úrovně poznání v dané době. Jinak jsou data bezcenná a automatizační technika zbytečná = „formálně splněné požadavky různých nařízení či vyhlášek, ovšem za cenu vysokých nákladů a bez praktického efektu“.
Nové progresivní poznatky musí být do řízení otopných soustav a zdrojů tepla implementovány bezprostředně.

G/ Idealistická představa versus skutečnost

Začnu nejdříve skutečnými provozními daty získanými automatizační technikou. Konkrétní objekt z důvodu zachování diskrétnosti nebudu uvádět.

Již na konferenci v Třeboni v roce 2025 jsem zmínil dílčí poznatky. Zkoumáním provozních parametrů se podařilo získat ucelenější soubor relevantních dat i výsledky jejich originálního zpracování. Hledal jsem relativně jednoduchá a vypovídající kritéria, která by dostatečně charakterizovala okamžité provozní hodnoty. Otopná soustava totiž pro hospodárný provoz vyžaduje nejprve správné seřízení = nastavení seřizovacích hodnot vycházejících z projektu otopné soustavy. To však značně ovlivňují již dříve popsané okrajové podmínky.

V 2. části seriálu [4] byly uvedeny vlivy, které si vynucují dynamické (okamžité = proměnlivé) provozní výkony otopného tělesa, aby byla zachována požadovaná teplota vzduchu ve vytápěné místnosti. Tu zajišťuje termostat na tělese, který otevírá či uzavírá přítok otopné vody do tělesa. Otopná tělesa se prostě nepodřizují pouze teplotě venkovního vzduchu podle prosté ekvitermní regulace, ale rovněž teplotě vzduchu v místnosti a vůli uživatele.

Důvody dynamického chování otopné soustavy spočívají zejména v tepelných ziscích, intenzitě větrání a požadavcích uživatelů, kteří obsluhují otopná tělesa podle svých potřeb. Prakticky trvalým tepelným ziskem během celého roku (tedy i v létě) jsou tepelné ztráty v rozvodech teplé vody, a to jak z přívodního, tak z cirkulačního potrubí. Podle velikosti soustavy pro ohřev vody může tento tepelný zisk dosahovat od jednotek až po několik desítek kilowattů. Platí také, že například na chladnější straně budovy jsou místnosti, které potřebují teplotu otopné vody podle teploty venkovního vzduchu, za-tímco na osluněné straně tomu tak být nemusí.

Z těchto poznatků je, doufám, naprosto srozumitelné, že v praxi nedochází k přítoku otopné vody do všech těles podle výpočtů v projektu otopné soustavy. Projekt naopak předpokládá, že pro všechna tělesa platí stejné výpočtové podmínky. V reálném provozu tomu tak není. Přesněji řečeno tomu tak je pouze tehdy, když fyzikální okrajové podmínky odpovídají předpokladům projektu.

Dalším vlivem je také chladnutí otopné vody cestou ke vzdálenějším tělesům, což jednoznačně znamená, že k dosažení požadovaného výkonu tělesa při nižší vstupní teplotě musí dojít ke zvýšení průtoku. Jinak nebude dosažen projektovaný výkon = komplikace, které vedou ke stížnostem uživatelů na nedostatečné vytápění.
I tento stav je značně proměnlivý a ani výpočet chladnutí během otopné sezony nemůže odpovídat výpočtovému stavu podle projektu, jelikož chladnutí závisí také na přenosové kapacitě potrubí, například stoupačky.

Ztráty potrubí jsou dány jeho povrchovou teplotou vůči teplotě okolí, ve kterém se nachází (byty, sklepy, šachty …). V projektu jsou teploty otopné vody voleny podle ověřených statistických údajů, ale v praxi často neodpovídají skutečnosti.

Je tedy na projektantech, jak dokážou aplikovat nabyté teoretické znalosti v praxi. Žádný předpis nedokáže jednoznačně stanovit technické podmínky otopné soustavy tak, aby splňovala okamžité potřeby objektu i požadavky uživatelů při obsluze otopných těles. Proto má závaznost legislativy v těchto případech často jen velmi omezený význam; lze ji využít snad jen jako rámcové vodítko nebo obecné omezení (například proti plýtvání teplem přetápěním, které je však u každé budovy velmi individuální, i když jsou si stavebně značně podobné).

Zajisté víme, že ekvitermní křivka určuje teplotu otopné vody v potrubí s klesající tendencí od výpočtového stavu až po vypnutí vytápění (mimo otopnou sezonu). Na počátku a na konci otopné sezony je pokles teploty otopné vody nejvýraznější.

Dalším proměnlivým prvkem je samotížný stav otopné soustavy, který se významně mění. Ve výpočtovém stavu je teplotní spád například ∆T = 25 K či 20 K nebo méně, podle ekvitermní křivky se však postupně snižuje. Z toho vyplývá významná změna samotížné hnací síly, která ovlivňuje hydraulické seřízení otopné soustavy. U otopné soustavy vyšší budovy, například o výšce 30 m, může při ∆T = 25 K (90/70 °C) dosahovat samotížná hnací síla až 123 Pa/m, tedy přibližně 3,7 kPa. Při ∆T = 10 K (65/55 °C) činí pouze 50 Pa/m, celkem přibližně 1,5 kPa. Vliv samotíže se navíc mění i s výškou budovy, a to i při stejném teplotním spádu.

Tímto popisem jsem chtěl poukázat na mnohačetné vlivy ovlivňující okamžitý stav parametrů otopné soustavy. Ty se následně promítají do způsobu regulace vstupních parametrů již na vstupu do otopné soustavy objektu.

Z toho jednoznačně vyplývá, že jakákoliv stabilizace tlaků a průtoků bývá velmi často kontraproduktivní a jen zhoršuje chování otopné soustavy = působí proti fyzikálně správným parametrům. Stabilizací tlaků nutíme vodu proudit i do těles, která jsou ještě otevřená, přestože z hlediska požadovaného výkonu již vyšší průtok nepotřebují = vznikají nežádoucí vysoké rychlosti proudění ve ventilech.

Zcela jiná situace nastává tehdy, když je třeba eliminovat nadbytečné průtoky a tlaky. Ty nejsou pro správnou funkci soustavy potřebné, a proto je nutné je regulovat již na jejím vstupu. V takovém případě nejde o stabilizaci, ale o omezení = použijeme omezovače, nikoliv stabilizátory.

Nyní se podívejme na statisticky vyhodnocená data získaná sofistikovanou automatizační technikou.
Data se ukládají do datového úložiště přímo na místě, kde zůstávají po celou dobu životnosti automatu. Soubory obsahují hodnoty různých veličin a denně je zaznamenáno přibližně 1400 hodnot. Vzhledem k setrvačnosti otopných soustav není nutné sbírat data například v řádu sekund. Postačuje jejich sběr v minutových intervalech, například po 12 nebo 15 minutách. Zaznamenávají se nejen parametry vytápění, ale také veličiny umožňující porovnání požadovaných hodnot systému s hodnotami skutečně dosaženými, například porovnání požadovaných teplot s naměřenými.

Jde tedy nejen o provozní parametry, ale i o automatickou kontrolu funkce sofistikované automatizační techniky, jejíž řídicí systém využívá naprogramované algoritmy pro nepřetržité řízení v režimu 24/7/365. Řízení sice vychází z ekvitermní regulace, je však doplněno algoritmy, které dokáží v dostatečné míře reagovat i na výše popsané vlivy při vytápění, kdy okrajové podmínky způsobují dynamické změny oproti výpočtovým hodnotám a ekvitermní křivce.

Po 15 letech provozování přibližně padesáti otopných soustav a průběžného sběru dat se ukazuje, že pro sledování a vyhodnocování provozu jsou vhodné dvě hlavní veličiny a jedna doprovodná.

V příloze jsou uvedeny grafy ze statistického vyhodnocení dat automatizační techniky, které dokumentují dynamické chování sledované otopné soustavy. Použité hodnoty byly odečítány v náhodně zvolených intervalech během února, března a května roku 2026. Každá sada odečtů zachycovala aktuální stav systému. Účelem nebylo průběžné vyhodnocování, které zahrnuje velké množství dat. Naopak byla vybrána data z nočních a ranních hodin, tedy bez vlivu oslunění, a z denních hodin, kdy se již vliv oslunění projevil. Cílem bylo zachytit různé klimatické podmínky v průběhu otopné sezony. V únoru převládalo období se zataženou oblohou, přesto se objevily i slunné dny. V březnu se celkově zvýšila teplota venkovního vzduchu a prodloužila se doba denního svitu. V květnu obsahuje graf již pouze 20 hodnot, protože před koncem měsíce bylo vytápění odstaveno. Z jakých hodnot tvorba grafů vychází, je patrné přímo z grafů i z níže uvedeného popisu.

Prvním kritériem je souhrnný tepelný tok v čase (okamžitá hodnota) H_pvx dodávaného tepla v jednotkách kW·K^–1 (výkon/teplotní rozdíl mezi referenční teplotou ve vytápěném prostoru a teplotou venkovního vzduchu ve stínu – pro část ekvitermní regulace).
Tepelný tok Hpvx zahrnuje všechny vlivy okrajových podmínek. Zahrnuje jak větrání, tak vliv obsluhy uživateli, tepelné zisky apod. Toto kritérium slouží k porovnání s hodnotou podle PENB. Nesmíme zapomenout, že v PENB jsou uváděny pouze hodnoty prostupu tepla konstrukcemi Hpx, nikoliv větrací tepelný tok Hvx, jehož hodnota je proměnlivá podle intenzity větrání v budově.

Souhrnný tepelný tok Hpvx se porovnává s tokem podle PENB nebo projektu; jde o výpočtový limitní tepelný tok H_p + H_v = H_pv [2]. Porovnáním skutečně naměřených tepelných toků s výpočty podle PENB či projektu lze ověřit případné rozdíly, které následně vedou k hledání jejich příčin. Doporučuji označení toku větráním doplnit o index intenzity větrání, například H_v03, což znamená intenzitu větrání i = 0,3 h^–1. Výsledný tepelný tok by pak byl označen jako H_pv03 ≈ prostup + větrání při i = 0,3 h^–1.

Druhým kritériem je průtočnost otopnou soustavou, vyjádřená hodnotou Kvx otopné soustavy, vypočítanou z tlakových parametrů otopné soustavy a průtoku soustavou. Toto kritérium vystihuje způsob obsluhy ventilů otopných těles uživateli (např. jejich uzavírání), změny hydraulické stability soustavy i souvislosti s průtokem otopné vody. Umožňuje rovněž posuzovat vhodnost otopné křivky, a to jak její průběh, tak strmost, jelikož pro dosažení požadovaného výkonu je nutné dodržovat stanovené teplotní parametry. Podle projektů vytápění by měla být hodnota K_v kvazikonstantní, v praxi tomu však vlivem již uvedených faktorů tak není. Podstatné je také sledovat funkčnost soustavy z hlediska dostatečného vytápění místností.

Uvedená kritéria umožňují hodnotit úroveň a kvalitu nastavení prvků soustavy a korigovat je úpravou řídicích veličin v sofistikovaném systému řízení, zpravidla úpravou konstant a funkcí směšování nebo regulací deskových výměníků. To závisí na způsobu připojení otopné soustavy k různým typům zdrojů tepla.

Dalším vhodným kritériem je podíl „p %“ výkonu řízené soustavy vůči parametrům dodávaným ze zdrojů. Jde o procentní vyjádření dosažitelných úspor tepla při sofistikované regulaci ve srovnání s parametry dodávanými ze zdrojů. Hodnota je pouze informativní, jelikož nelze prokázat, že by uživatel nekorigoval zpravidla vyšší parametry otopné vody dodávané ze zdrojů, které usnadňují plýtvání teplem a hrubě narušují termohydraulickou stabilitu seřízené soustavy (dokonce se tím často vyřadí z provozu armatury určené například k seřízení pat stoupaček, a tím se stanou zbytečnými).

Porovnání lze snadno provést výpočtem výkonu otopných těles při sofistikovaně řízených parametrech otopné vody a jeho následným porovnáním s výkonem při dodávkových parametrech otopné vody před vstupem do regulace (transformací parametrů).

Vychází se z obecného vzorce pro změny výkonů těles
φ = (∆T_x/∆T_n)ⁿ (1)

Kde je
∆T_x – střední teplotní rozdíl při skutečných teplotách otopné vody a teploty v okolí těles (nutné vypočítat pro řízené a dodávané parametry)
∆T_n – střední teplotní rozdíl při laboratorních teplotách od výrobce
N – teplotní exponent těles (např. 1,33)

Výpočtové nástroje pro přepočet těles za různých podmínek lze najít v publikaci prof. Bašty – Otopné plochy [3].

H/ Jaké jsou základní poznatky z provozu

V každém měsíci byl vytvořen jeden graf, který zobrazuje vypočítaný tepelný tok při referenční vnitřní teplotě 22 °C a dané venkovní teplotě. Druhý graf zobrazuje průběh průtoků otopné vody v otopné soustavě. Otopná voda je připravována směšováním oběhové vody v soustavě a otopné vody dodávané z vnější sítě.
Pro lepší porovnatelnost nejsou uváděny konkrétní průtoky v m³·h^–1, ale jejich procentuální podíl z maximálního naměřeného průtoku zaznamenaného v únoru. Ten představuje referenční hodnotu pro porovnání průtoků i v březnu a květnu, aby bylo patrné, jak se průtoky relativně mění.

Grafy 1, 3 a 5 zobrazují vypočítaný tepelný tok. Grafy 2, 4 a 6 zobrazují průběh průtoků otopné vody.

Řízení vychází z otopné křivky založené na ekvitermní regulaci, ale zohledňuje také vliv tepelných zisků a obsluhy ventilů otopných těles, například jejich uzavírání. Podle původního projektu byl vypočítán průtok Mv = 29,4 m³·h^–1. Absolutně nejvyšší průtok při zprovoznění soustavy dosáhl hodnoty 23,1 m³·h^–1 (≈ 79 % Mv). Maximální průtok již doladěnou otopnou soustavou v únoru činil M = 11,8 m³·h^–1 (≈ 40 % Mv). V grafech se porovnávají podíly naměřených průtoků vzhledem k hodnotě M a jsou vyjádřeny v %. Pro větší přehlednost grafů jsou výsledné hodnoty v % děleny deseti. Například hodnota 6,0 odpovídá 60 %.

V grafu 1 (únor 2026) je kromě sledovaných hodnot uvedena horní přímka, která vyjadřuje vypočítaný maximální tepelný tok podle PENB, tj. prostupem tepla a větráním při i = 0,3 h^–1. Jiná hodnota intenzity větrání mění maximum tepelného toku. Nižší přímka zobrazuje tepelný tok pouze prostupem tepla ve výpočtovém stavu. Tímto způsobem lze porovnat, jaký podíl na celkovém tepelném toku má větrání. Přímka na úrovni teploty 0 °C slouží k lepšímu optickému znázornění proporcí mezi křivkami.

Graf 2 (únor 2026) porovnává proměnlivost průtoků vody dodávané ze zdroje s průtokem otopnou soustavou. Jak je patrné, křivky nejsou vzájemně posunuty o konstantní hodnotu. Důvodem je, že teploty dodávané vody (otopná křivka) neodpovídají teplotám potřebným pro danou budovu. Někdy se dokonce křivky protínají. Čím vyšší je teplota dodávané otopné vody, tím níže je položena křivka podílu dodávané vody, protože při vyšší teplotě dodávky postačuje její menší množství.

Při pohledu na hodnoty z února, března a května je jednoznačně patrné, že tepelné toky a průtoky ke konci otopné sezony postupně klesají až na hodnoty 10–30 %. Tento stav je ovlivněn tepelnými zisky ze slunečního záření a délkou denního svitu. Zejména na osluněných stranách budovy je již třeba některá otopná tělesa uzavírat = dochází ke snížení průtoku.

Významný vliv má také akumulace tepla v budovách, které během noci vychladnou jen mírně, a proto potřebují méně tepla k opětovnému ohřátí. Tím se snižují tepelné ztráty i tepelný tok dodávaný otopnými tělesy. Lze si také všimnout, že při poklesu venkovní teploty dochází ke zvýšení tepelného toku i průtoku otopné vody.

Význam tepelných zisků je nejlépe patrný z únorového grafu 1, jehož počátek zachycuje období, kdy tepelné zisky prakticky neexistovaly a venkovní počasí bylo chladné. Dokládají to hodnoty tepelného toku na úrovni prostupu tepla Hp (dle projektu 6,55 kW·K^–1). To, že se naměřený tepelný tok Hx (měření č. 1 až 14) pohyboval kolem hodnoty Hp, svědčí o tom, že intenzita větrání i tepelné zisky byly téměř nulové. Naměřené hodnoty jsou pod výpočtovou úrovní celkového tepelného toku prostupem tepla a větráním (cca Hpv03 = 11,5 kW·K^–1).

Nižší než projektovaný průtok svědčí o tom, že v protokolu o seřízení nelze splnit toleranci měření ± 15 % podle § 7 odst. 6 vyhlášky č. 193/2007 Sb [1].

Další měření ukazují nárůst denních teplot, z čehož vyplývá i pokles tepelného toku. V březnu již přibývá teplých dnů s osluněním, takže tepelný tok vlivem tepelných zisků klesá pod úroveň prostého prostupu tepla konstrukcemi (Hp = 6,55 kW·K^–1). Měření v květnu ukazují pokračující růst tepelných zisků a akumulace tepla, což vede k dalšímu snižování tepelného toku = úsporám tepla.

• Z TĚCHTO VÝSLEDKŮ NELZE ODVODIT NIC JINÉHO NEŽ TO, ŽE TEPELNÉ ZISKY VÝZNAMNĚ SNIŽUJÍ TEPELNÉ ZTRÁTY = ÚSPORY TEPLA Z OTOPNÉ SOUSTAVY. V TÉTO SOUVISLOSTI JE JEDNOZNAČNĚ PROKÁZÁNO, ŽE JSOU OTOPNÉ SOUSTAVY VELMI DYNAMICKÉ.
• STATICKÉ SEŘIZOVÁNÍ JE POTŘEBNÉ, ALE SAMO O SOBĚ ABSOLUTNĚ NESTAČÍ. OTOPNÉ SOUSTAVY JSOU PAK NEEFEKTIVNÍ A ČASTO HLUČNÉ.
• PROTO JE VELMI DŮLEŽITÉ, ABY BYLY OTOPNÉ SOUSTAVY OSAZENY ÚČINNOU A SOFISTIKOVANOU OPTIMALIZACÍ ZAMĚŘENOU NA VYUŽITÍ TEPELNÝCH ZISKŮ S ALGORITMY VYŠŠÍ ÚROVNĚ NEŽ U KLASICKÉ EKVITERMNÍ REGULACE.
• AUTOMATIZAČNÍ TECHNIKA NEMŮŽE BÝT ŘÍZENA KONTRAPRODUKTIVNÍMI PRAVIDLY, JAKO JE TZV. PROTOKOL O SEŘÍZENÍ.
• CHYTRÁ REGULACE „SAMA POZNÁ“, KDY A JAKÉ PLNĚ AUTOMATICKÉ KOREKCE JSOU PŘI PROVOZU OTOPNÝCH SOUSTAV POTŘEBNÉ.

AUTOMATIZAČNÍ TECHNIKA BEZ CHYTRÝCH ALGORITMŮ NENÍ PLNĚ EFEKTIVNÍ.

Literatura

[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. 2007. ISSN 1211–1244. Dostupné z: https://www.zakonyprolidi.cz/cs/2007–193 [cit. 7. 7. 2026].
[2] ČSN EN 12831–1. Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3–3. 2018–09. Praha: Česká agentura pro standardizaci.
[3] BAŠTA, Jiří. Otopné plochy – otopná tělesa. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2016. ISBN 978-80-01-05943-2.
[4] GALÁD, Vladimír. Provozování otopných soustav – 2. část. Topenářství instalace. 2026, roč. 60, č. 3, s. 42–48. ISSN 1211–0906. Dostupné z: https://www.topin.cz/clanky/provozovani-otopnych-soustav-2-cast-detail-17389 [cit. 7. 7. 2026].

Recenzent: Ing. Petr Vacek, samostatný projektant, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace

---

Operation of Heating Systems – Part 3

The author addresses the fundamental discrepancy between the static design of hydronic heating systems and their dynamic behaviour during real operation. He demonstrates that conventional automation often fails because it does not adequately respond to actual physical influences such as internal and solar heat gains, ventilation, and occupant behaviour. The paper introduces a new practical approach to evaluating system efficiency based on the criteria of overall heat transfer coefficient and hydraulic flow capacity. From the author's perspective, traditional pressure stabilization methods are obsolete and should be replaced by intelligent control algorithms capable of autonomously responding to continuously changing boundary conditions of the building. The paper presents a highly relevant professional contribution advocating the transition from conventional weather-compensated control to intelligent adaptive control. Although the author does not discuss how such adaptive control should be implemented, it can be expected that artificial intelligence will play a significant role in this field in the future.

Keywords: hydronic heating systems, heating control, building automation, weather-compensated control, adaptive control, heat gains, hydraulic balancing, intelligent algorithms, artificial intelligence.

POKRAČOVÁNÍ PŘÍŠTĚ