Hydraulické vyregulovanie a obnova bytového domu

Obnova zahŕňa odstránenie systémových porúch, ako aj zlepšenie bytového domu z energetického hľadiska. To má vplyv nielen na stavebné konštrukcie, ale aj na vykurovaciu sústavu v bytovom dome. Vykurovaciu sústavu je potrebné po obnove hydraulicky vyregulovať.

Pri obnove stavebných konštrukcií bytového domu sa vykonáva zásah do obalových konštrukcií budovy. Ide o zatepľovanie budovy a o výmenu transparentných výplní. Výsledkom tejto časti obnovy je snaha dosiahnuť čo najnižšie tepelné straty budovy počas vykurovacieho obdobia, a tým znížiť energetickú náročnosť budovy. Teplo sa do budovy odovzdáva prostredníctvom vykurovacej sústavy a vykurovacích telies. Zníženej spotrebe tepla sa musí prispôsobiť aj výkon vykurovacieho telesa ako koncového prvku vykurovacej sústavy, ale aj rozvod vykurovacej sústavy ako prostriedok na prenos menšieho množstva tepla ku koncovému prvku.

Vykurovacie systémy v existujúcich bytových domoch

Vo väčšine bytových domov, kde sa pristupuje k obnove, je použitá dvojrúrková vykurovacia sústava so spodným rozvodom a s núteným obehom teplonosnej látky, s vetvovým systémom ležatého rozvodu – asi 78 % bytov. V necelých 3,5 % bytov je použitá dvojrúrková vykurovacia sústava súprudová, tzv. Tichelmannov rozvod, a necelé 2 % bytov sú napojené na dvojrúrkový systém s centrálnym stúpacím rozvodom a jednorúrkovými bytovými okruhmi. Vykurovacie telesá sú väčšinou doskové, pripojené na systém potrubného rozvodu zboku.

Vykurovacie sústavy musia vyhovovať požiadavkám určeným legislatívou, ktorá kladie dôraz na povinnosť hospodárnej prevádzky vykurovacej sústavy a na prispôsobenie parametrov vykurovacej sústavy klimatickým podmienkam, ako aj požiadavkám na teplotu vnútorného vzduchu vo vykurovaných miestnostiach. Prispôsobenie parametrov vykurovacej sústavy klimatickým podmienkam je možné centrálne na päte vykurovacej sústavy alebo pri napojení vykurovacej sústavy na zdroj tepla. Prispôsobenie parametrov vykurovacej sústavy požiadavkám na teplotu interiéru sa vykonáva termostatickou hlavicou osadenou na regulačnom ventile pred každým vykurovacím telesom.

Obnova obalových konštrukcií a jej vplyv na vykurovaciu sústavu

Sprísnené požiadavky na tepelnotechnické vlastnosti obalových konštrukcií vyžadujú od obyvateľov, aby pristúpili k zatepľovaniu obalových konštrukcií vrátane výmeny transparentných výplní. Po obnove obalových konštrukcií – obvodových stien, strechy, podlahy nad suterénom a okien – klesajú tepelné straty budovy, a teda aj požiadavky na potrebu tepla.
Znížená požiadavka na spotrebu tepla budovy sa prejaví aj na práci vykurovacej sústavy. Prispôsobenie vykurovacej sústavy zníženej spotrebe tepla sa môže vykonať dvomi spôsobmi:

• znížením teplotného spádu vykurovacej vody;
• znížením hmotnostného prietoku vykurovacej vody.

Ak je budova napojená na centrálny zdroj tepla, ktorý zásobuje viacero budov, musel by sa teplotný spád znížiť pre všetky budovy. Toto však nie je možné vykonať pre budovy, ktoré neboli zateplené, z dôvodu pre ne nepostačujúceho množstva dodaného tepla pri zníženom teplotnom spáde. Zníženie teplotného spádu pre zateplenú budovu je možné riešiť individuálne pre každú obnovenú budovu umiestnením trojcestného zmiešavacieho ventilu a nového obehového čerpadla na päte vykurovacej sústavy (obr. 1). Toto riešenie však predstavuje zvýšenie investičných nákladov na zriadenie trojcestného zmiešavacieho ventilu a čerpadla. Zároveň prichádza aj k zvýšeniu prevádzkových nákladov na prevádzku čerpadla, preto sa k nemu v praxi málokedy pristupuje.

Prispôsobenie prenášaného tepelného toku zníženým tepelným stratám budovy sa častejšie vykonáva zmenou – znížením – hmotnostného prietoku vykurovacej vody sústavou. Je to riešenie, ktoré dáva širokú škálu možností na obnovu vykurovacieho systému – od najjednoduchšej verzie prestavenia armatúr cez výmenu potrubí za potrubie s inou dimenziou až po zásah do typu vykurovacej sústavy. Nech sa už rozhodneme pre hociktorú z týchto možností, v každom prípade bude nový vykurovací systém vyžadovať vykonanie hydraulického prepočtu vykurovacej sústavy s následným vyvážením, nevylučujúc ani výmenu niektorých armatúr. 

Obr. 1 Umiestnenie trojcestného zmiešavacieho ventilu s čerpadlom na päte budovy

Možnosti zásahu do vykurovacej sústavy pri hydraulickom vyregulovaní

Vzhľadom na to, že jednotlivé vykurované miestnosti v bytovom dome majú rôzne rozmery a umiestnenie, pokles tepelných strát vplyvom obnovy obalových konštrukcií sa prejaví v rôznom pomere. Ak bola vykurovacia sústava pred obnovou hydraulicky vyregulovaná, tepelné toky, a teda aj hmotnostné prietoky do jednotlivých koncových prvkov boli usmernené v inom pomere ako po obnove budovy. Preto je potrebné po obnove obalových konštrukcií vykurovaciu sústavu znovu hydraulicky vyregulovať. Hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy po obnove obalových konštrukcií väčšinou zahŕňa zmenu nastavení armatúr, prípadne výmenu armatúr s novými nastaveniami na charakteristických miestach vykurovacej sústavy (obr. 2):

• pred alebo za vykurovacím telesom,
• na päte stúpacích potrubí,
• na päte vykurovacej sústavy.

Obr. 2 Miesta zásahu do vykurovacej sústavy pri hydraulickom vyregulovaní
TV – ventil s prednastavením (predreguláciou) s termostatickou hlavicou, VV – vyvažovací ventil, RTD – regulátor tlakovej diferencie

Hydraulické vyregulovanie stúpacích potrubí

Hydraulickým vyregulovaním stúpacích potrubí sa rozumie vyváženie hmotnostných prietokov vykurovacej vody medzi jednotlivými odbernými miestami na stúpacom potrubí.
Hlavným cieľom hydraulického vyregulovania stúpacích potrubí je dodanie takého množstva tepla prostredníctvom vykurovacích telies do vykurovanej miestnosti, aby sa dosiahla požadovaná teplota interiéru. To znamená, že do každého okruhu vykurovacieho telesa musíme navrhnúť taký hydraulický odpor a takú armatúru, ktorá v okruhu zabezpečí prúdenie požadovaného hmotnostného prietoku vykurovacej vody.

Hydraulické vyregulovanie odberných miest na stúpacom potrubí sa dosiahne:

• nastavením alebo prestavením predregulácie na ventile pred vykurovacím telesom,
• inštalovaním uzatvárateľnej radiátorovej spojky s možnosťou prednastavenia na spätné potrubie (obr. 3).

Základným cieľom hydraulického vyregulovania stúpacích potrubí je nielen dosiahnutie požadovanej vnútornej teploty interiéru, ale aj udržanie vnútornej teploty na konštantnej hodnote. Udržanie teploty interiéru na konštantnej hodnote zabezpečujú ventily s termostatickou hlavicou, ktoré sú osadené pred každým odberným miestom – vykurovacím telesom (obr. 3). Termostatické hlavice pracujú dynamicky – sústavne otvárajú alebo zatvárajú ventil pred vykurovacím telesom, čím ovplyvňujú aktuálny hmotnostný prietok vo vykurovacej sústave. Preto je pri rozľahlejších vykurovacích sústavách potrebné aj hydraulické vyregulovanie ležatých rozvodov.

Obr. 3 Armatúry na hydraulické vyregulovanie stúpacieho potrubia

Hydraulické vyregulovanie ležatých rozvodov

Hydraulické vyregulovanie ležatých rozvodov zabezpečuje prerozdelenie hmotnostného prietoku vykurovacej vody v deliacich uzloch pred stúpacím potrubím v požadovanom pomere. Požadovaný pomer prerozdelenia hmotnostného prietoku sa dosahuje prostredníctvom vyvažovacích ventilov, ktoré sa nachádzajú na pätách stúpacích potrubí. Na vyvažovacích ventiloch sa nastavuje stupeň zdvihu kužeľa (daný číslom), ktorý zodpovedá určitej tlakovej strate ventilu pri danom prietoku. Čím je číslo nastavenia vyvažovacieho ventilu menšie, tým je pri rovnakom prietoku väčší hydraulický odpor – tlaková strata ventilu. Hydraulické vyregulovanie ležatých rozvodov zabezpečuje, aby každý okruh stúpacieho potrubia od napojenia budovy na vonkajší rozvod mal rovnakú tlakovú stratu pri požadovanom hmotnostnom prietoku. Toto sa zabezpečuje nastavením vyvažovacieho ventilu (obr. 4).

Obr. 4 Vyvažovací ventil a jeho nastavenia

Zaradením regulačného ventilu s termostatickou hlavicou pred vykurovacie teleso sa dostávame k problematike dynamických sústav. Reakcia termostatickej hlavice na teplotné zmeny v jednotlivých vykurovaných interiéroch, spôsobené cudzími vplyvmi, vyvoláva nielen zmeny tlakovej diferencie na samotnom ventile, ale aj zmeny hydraulického charakteru v ostatných častiach vykurovacej sústavy (zmeny hmotnostného prietoku, tlakových strát). Tento jav platí aj opačne, akékoľvek hydraulické zmeny v sústave majú vplyv na prácu a presnosť regulácie regulačného ventilu s termostatickou hlavicou. Jedným z najnepriaznivejších javov hydraulicky nevyvážených systémov popri nedokurovaní alebo prekurovaní interiérov je hlučnosť ventilov spôsobená nárastom tlakovej diferencie na ventile pri zníženom zaťažení (obr. 5).

Obr. 5 Nárast tlakového rozdielu na ventile pri zmene hmotnostného prietoku
V – ventil, VT – vykurovacie teleso, chč – charakteristika čerpadla, M – hmotnostný prietok, Mv – hmotnostný prietok ventilom pri výpočtovom stave, Mred – hmotnostný prietok
ventilom pri prevádzkovom stave, p – dispozičný tlak, Δpv – tlaková strata ventilu pri výpočtovom stave, Δpred – tlaková strata ventilu pri prevádzkovom stave

Zatváraním termostatickej hlavice na ventile pred vykurovacím telesom klesá hmotnostný prietok vo vykurovacej sústave. Poklesom hmotnostného prietoku klesajú aj tlakové straty v potrubnom rozvode a zároveň aj tlakové straty armatúr na potrubí. Hydraulické vyregulovanie vykonané nastavením cez vyvažovacie armatúry je schopné zabezpečiť potrebné prerozdelenie hmotnostných prietokov len pri plne zaťaženom stave, na ktoré bolo vypočítané. Ak sa menia vo vykurovacej sústave hmotnostné prietoky, spolu s nimi sa podobne menia aj tlakové pomery. Preto je potrebné do systému zaradiť prvky, ktoré sú schopné tieto zmeny tlakových pomerov zachytiť a určitým spôsobom ich medzi sebou vyrovnať, aby opäť mohlo nastať hydraulické vyváženie systému. Takýmito prvkami sú regulátory tlakovej diferencie. Umiestňujú sa vo vykurovacej sústave ako dvojica k vyvažovaciemu ventilu na vratné potrubie a sú s ním prepojené kapilárou (obr. 6).

Obr. 6 Armatúry na hydraulické vyregulovanie ležatých rozvodov

Regulátory tlakovej diferencie majú zabudované tlakové snímače, pomocou ktorých sú schopné zaznamenať zmeny tlakových pomerov v systéme. Na regulátore tlakovej diferencie je nastavený požadovaný tlakový rozdiel vyplývajúci z hydraulického prepočtu vykurovacej sústavy. Pri jeho zmene prostredníctvom zatvárania ventilov s termostatickou hlavicou preberá regulátor vznikajúci prebytočný tlakový rozdiel na seba, a to zvyšovaním svojej tlakovej straty, a tým zabezpečí dynamické vyváženie vykurovacieho systému. Potom regulátor tlakovej diferencie zabezpečuje vhodné podmienky na žiadané prerozdelenie hmotnostných prietokov vykurovacej vody danými nastaveniami vyvažovacích ventilov.

Postup hydraulického vyregulovania

Hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy po obnove budovy vyžaduje spracovanie projektovej dokumentácie hydraulického vyregulovania. Vypracovanie projektovej dokumentácie zahŕňa tieto kroky:
1. Výpočet tepelných strát pre každú vykurovanú miestnosť pri zmenených tepenoizolačných vlastnostiach obalových konštrukcií.
2. Pasportizáciu vykurovacej sústavy pozostávajúcu z:
2.1 trasy (výkresy) vedenia rozvodov, určenie materiálu a priemeru rozvodov;
2.2 opis armatúr vo vykurovacej sústave:
z hľadiska ich umiestnenia a charakteru,
z hľadiska ich typu – výrobca, typové značenie, dimenzia, nastavenie.
3. Hydraulický prepočet vykurovacej sústavy s existujúcimi potrubiami pri novom prenášanom tepelnom toku/hmotnostnom prietoku vykurovacej vody.
4. Určenie nového nastavenia existujúcich ventilov pred vykurovacím telesom alebo návrh výmeny ventilu (resp. ventilovej vložky) s novým nastavením.
5. Určenie nového nastavenia diferenčného tlaku na regulátore tlakovej diferencie na päte stúpacích potrubí alebo určenie nového typu regulátora.
6. Určenie nového nastavenia existujúcich vyvažovacích ventilov na päte stúpacích potrubí alebo výmeny vyvažovacieho ventilu.
7. Určenie diferenčného tlaku na päte vykurovacej sústavy.

Po vykonaní obnovy vykurovacieho systému podľa projektovej dokumentácie hydraulického vyregulovania je potrebné systém vykurovania prepláchnuť, natlakovať a vykonať kontrolu hmotnostných prietokov na vyvažovacích ventiloch. Ukončením hydraulického vyregulovania je vyhotovenie protokolu o hydraulickom vyregulovaní, kde sú zaznamenané hmotnostné prietoky vykurovacej vody projektové a odmerané.

Čo dodať na záver

Zo zákona vyplýva povinnosť prevádzkovateľov bytového domu udržať vykurovaciu sústavu hydraulicky vyregulovanú. Akýkoľvek zásah do tepelnoizolačných vlastností obalových konštrukcií vyvolá zmenu tepelných strát jednotlivých miestností, a tým aj zmenu pôvodných pomerov prerozdelenia hmotnostných prietokov vykurovacej vody do vykurovacích telies. Tieto zmeny sa dajú uskutočniť jedine hydraulickým prepočtom vykurovacej sústavy pri nových podmienkach a prestavením alebo výmenou armatúr hydraulického vyregulovania. Preto je potrebné vykurovaciu sústavu aj napriek tomu, že bola pred obnovou budovy hydraulicky vyregulovaná, znovu vyregulovať.

Text + Foto | Ing. Mária Kurčová, PhD., katedra Technických zariadení budov, STU, Stavebná fakulta v Bratislave
Recenzoval | doc. Ing. Ján Takács, PhD., katedra Technických zariadení budov, STU, Stavebná fakulta v Bratislave

Táto práca bola podporovaná Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR prostredníctvom grantu VEGA 1/0807/17.

Literatúra:

1. Kurčová, M.: Vplyv obnovy obalových konštrukcií na tepelné straty. TZB Haustechnik, ročník 21, 2013, č. 4, s. 24 – 26.
2. Kurčová, M.: Energeticky úsporné opatrenia a ich vplyv na vykurovacie telesá. Správa budov, ročník 4, 2010, č. 3, s. 44 – 47.
3. Kurčová, M.: Dopad regulácie na tlakové pomery vo vykurovacej sústave. In: 14. medzinárodná konferencia Vykurovanie 2006. Tatranské Matliare, marec 2006, s. 495 – 500.
4. Doubrava, J. a kol.: Regulačné artmatúry, LDM Česká Třebová, 2009.
5. Firemné podklady Herz, Grundofos.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 2/2018.