Výmena regulačných armatúr pri obnove budov

Pri výmene regulačných armatúr počas obnovy vykurovacej sústavy bytového domu platia určité zásady.

Veľká časť bytových domov na našich sídliskách bola postavená pred šesťdesiatimi až sedemdesiatimi rokmi a je neustále v prevádzke. Aj napriek tomu, že domy boli v čase svojej výstavby postavené podľa najmodernejších technológií, v súčasnosti sú na hranici technickej a morálnej životnosti. Ich ďalšia prevádzka si vyžaduje obnovu tak z hľadiska stavebnej konštrukcie, ako aj z hľadiska technickej vybavenosti.

Technické vybavenie budovy má širokospektrálny význam a zahŕňa zariadenia od prepravy ľudí (výťahy) cez systémy rozvodu a odvodu vody a vzduchu až po vykurovaciu sústavu. Práve vykurovacia sústava ako technické zariadenie na dopravu tepla je z hľadiska prevádzky úzko prepojená so stavebnou časťou budovy.

Akýkoľvek zásah do obalového plášťa budovy má vplyv na jej tepelné straty, a teda aj na požadovanú spotrebu tepla v budove. Preto je súčasťou obnovy bytového domu aj obnova vykurovacej sústavy. Zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov v znení neskorších predpisov ukladá vlastníkovi budovy povinnosť zabezpečiť hydraulické vyváženie vykurovacej sústavy po každom zásahu do tepelnej ochrany alebo technického systému budovy.

Prečítajte si tiež: Hydraulické vyváženie po zateplení bytového domu

Zákon č. 321/2014 Z. z. o energetickej efektívnosti v znení neskorších predpisov ukladá vlastníkovi budovy s podlahovou plochou nad 1 000 m2 zabezpečiť a udržiavať hydraulicky vyregulovaný vykurovací systém, ak realizuje opatrenia na zlepšenie energetickej efektívnosti budovy.

Úloha regulačných armatúr vo vykurovacej sústave

Hydraulické vyváženie vykurovacieho systému zabezpečujú regulačné armatúry umiestnené vo vykurovacej sústave. Regulačné armatúry vo vykurovacej sústave spĺňajú viac úloh. Jednou z nich je zamedzenie a povolenie prietoku vykurovacej vody v danom úseku alebo časti, to znamená, že vykonávajú funkciu uzatváracej armatúry.

Druhou a ich hlavnou úlohou je udržiavať žiadanú fyzikálnu veličinu – teplotu, tlak, hmotnostný prietok – v daných požadovaných medziach. Podľa ich umiestenia vo vykurovacej sústave rozlišujeme regulačné armatúry (obr. 1):

  • pred vykurovacími telesami,
  • v potrubnom rozvode – na päte rozvodu alebo na päte určitej časti rozvodu.

Regulačné armatúry pri vykurovacom telese

Pred každým vykurovacím telesom je na prívodnom (niekedy aj na vratnom) potrubí uzatváracia a regulačná armatúra – ventil s predvoľbou, na ktorej je osadená termostatická hlavica (obr. 2). Ventil s termostatickou hlavicou má vo vykurovacej sústave viac úloh:

  • vyraďuje vykurovacie teleso z prevádzky – úplným uzavretím armatúry,
  • vyrovnáva tlakové straty v sústave potrebné na hydraulické vyváženie – vplyvom predvoľby,
  • nepriamo mení (znižuje) výkon vykurovacieho telesa – vplyvom termostatickej hlavice.

Pri panelových vykurovacích telesách pripojených na vykurovaciu sústavu zospodu je pripojenie realizované pomocou pripojovacej súpravy, ktorá má takisto funkciu uzatváracej a regulačnej armatúry. Každá armatúra osadená vo vykurovacej sústave má vzhľadom na svoju konštrukciu určitú tlakovú stratu.

Tlaková strata armatúry je priamo úmerná zmene hmotnostného prietoku, toto vyjadruje krivka – charakteristika armatúry. Regulačné armatúry majú viac charakteristík, každá z nich zodpovedá určitej predvoľbe. Počet možných predvolieb ventilu a priebeh ich kriviek závisí od konštrukcie výrobcu a je pre každý ventil iný.

Nastavenie predvoľby ventilu alebo pripojovacej súpravy pred vykurovacím telesom sa uvádza v projekte návrhu vykurovacej sústavy alebo hydraulického vyváženia a vychádza z hydraulického prepočtu vykurovacej sústavy. Na obr. 3 je vyznačené nastavenie ventilu pred vykurovacím telesom dvoch rôznych výrobcov pri rovnakých vstupných podmienkach – hmotnostnom prietoku vykurovacej vody a požadovanej tlakovej straty armatúry.

Rovnaké nastavenie čísla predvoľby vyvolá v každom ventile pri danom hmotnostnom prietoku rôznu tlakovú stratu. Ak teda potrebujeme vymeniť pôvodný ventil s danou predvoľbou napr. č. 5, nemôžeme ho vymeniť za ľubovoľný typ ventilu s touto istou predvoľbou.

Bude mať úplne inú tlakovú stratu pri danom hmotnostnom prietoku ako pôvodný ventil. Porovnanie priebehu tlakových strát vybraných ventilov pri rovnakej predvoľbe ukazujú krivky na obr. 4. Ako vidieť z grafu na obr. 4, v súčasnosti vyrábané ventily majú vyššie tlakové straty ako pôvodný ventil. Vyplýva to z požiadavky na stabilitu regulácie termostatickou hlavicou.

Nie je teda možné, aby sa výmena ventilu pred vykurovacím telesom uskutočnila bez kontroly tlakovej straty ventilu pri požadovanom hmotnostnom prietoku. V opačnom prípade sa môže stať, že nový ventil bude klásť prúdeniu vykurovacej vody väčší odpor, než je požadovaný dispozičný tlak na ventile, a jednoducho vykurovacie teleso z prevádzky odstaví.

Ďalej môže nastať prípad, že pri dostatočnej rezerve dispozičného tlaku ventil síce bude pracovať, ale jeho práca už bude v pásme hlučnosti. Pri hmotnostnom prietoku ventilom 100 kg/h a pri nastavení predvoľby ventilu 5 by podľa údajov výrobcov ventily Herz-TS-90-V a Heimeier-Mikrotherm pracovali už v pásme hlučnosti.

Ak sa teda nemôže vymeniť pôvodný ventil za nový s predvoľbou podľa pôvodného ventilu, ako sa zistí jeho nové nastavenie – predvoľba? Návrh nového ventilu vychádza z tlakovej straty pôvodného ventilu zistenej z podkladov výrobcu pre daný typ ventilu podľa hmotnostného prietoku, ktorý preteká ventilom.

Novonavrhnutý ventil môže mať určenú úplne odlišnú predvoľbu nastavenia ventilu, ktorá bude vyplývať z jeho technických podkladov. Najskôr je potrebné nájsť požadovanú tlakovú stratu ventilu pri danom prietoku, ktorý vyplýva z nastavenia pôvodného ventilu. Potom sa podľa technických podkladov určí predvoľba – nastavenie nového ventilu zodpovedajúce požadovaným parametrom.

V grafe na obr. 5 sú spracované priebehy tlakových strát ventilov z predchádzajúceho grafu, ale s novou predvoľbou stanovenou z parametrov pôvodného ventilu, t. j. požiadavka tlakovej straty ventilu 4 kPa pri hmotnostnom prietoku 100 kg/h.

Ako z grafu vidieť, ani jeden z vybraných náhradných ventilov pri zadaných požiadavkách nemá nastavenie predvoľby zhodné s pôvodným ventilom. Kým ventily Herz-TS-90-V a Heimeier-Mikrotherm by pri predvoľbe 5 pracovali v pásme hlučnosti, pri zvolenej predvoľbe 9, resp. 7, budú pracovať v pásme pod hladinou hlučnosti.

Obr. 4 Priebeh tlakových strát rôznych typov ventilov pri rovnakej predvoľbe
Obr. 4 Priebeh tlakových strát rôznych typov ventilov pri rovnakej predvoľbe |

Regulačné armatúry v potrubnom rozvode

Regulačné armatúry umiestnené v potrubnom rozvode slúžia na udržanie požadovaných parametrov vykurovacej vody v danej časti okruhu. Vo vykurovacej sústave slúžia na vzájomné hydraulické vyváženie jednotlivých častí sústavy. V potrubnom rozvode sa umiestňujú na pätu stúpacieho potrubia alebo na pätu skupiny stúpacích potrubí vyvažovacie ventily väčšinou v kombinácii s regulátormi tlakovej diferencie (obr. 6).

Vyvažovacie ventily

Úlohou vyvažovacích ventilov je mať uzatváraciu funkciu, teda možnosť zastaviť hmotnostný prietok v danej časti vykurovacej sústavy, ale predovšetkým zabezpečiť požadovaný hmotnostný prietok v danej časti sústavy. Toto rieši predvoľba vyvažovacieho ventilu.

Vyvažovacie ventily majú podobne ako ventily pred vykurovacími telesami viac kriviek a ich počet a priebeh (charakteristika) závisia od výrobcu (obr. 7). Postup pri hľadaní vhodného vyvažovacieho ventilu, aj keby bol od iného výrobcu, je podobný ako pri ventiloch pred vykurovacími telesami.

Z hydraulického prepočtu vykurovacej sústavy dostaneme daný hmotnostný prietok vykurovacej vody a požadovanú tlakovú stratu vyvažovacieho ventilu, ktorým zodpovedá určité nastavenie. Na obr. 7 vľavo je zelenou farbou vyznačená predvoľba – nastavenie vyvažovacieho ventilu DN 25 pri hmotnostnom prietoku 2 000 kg/h a požadovanej tlakovej strate ventilu 10 kPa, a to 4,5.

Po zateplení budovy treba dávať pozor na výmenu vyvažovacieho ventilu. Zateplením budovy klesajú jeho tepelné straty, a tým aj hmotnostné prietoky niekedy až na polovicu. V takomto prípade sa musí dať ventil často o jednu až dve dimenzie menší, ako bol pôvodný.

Problém robí aj predvoľba ventilu s nízkym číslom (nastavenie 1). Toto nastavenie má taký malý prierez, že prípadné nečistoty, ktoré sa nachádzajú predovšetkým v starších rozvodoch, môžu ventil upchať. Mnohokrát výrobca toto nízke nastavenie ani neodporúča.

Na obr. 7 vľavo je modrou farbou vyznačená nastavená predvoľba vyvažovacieho ventilu pred zatepľovaním pri danom hmotnostnom prietoku a požadovanej tlakovej strate. Červenou farbou je označené nastavenie vyvažovacieho ventilu po zatepľovaní – po poklese hmotnostného prietoku.

Na obrázku vidieť, že po zateplení sa dosiahla nežiaduca hodnota predvoľby vyvažovacieho ventilu, a preto je potrebné prejsť na návrh vyvažovacieho ventilu s nižšou dimenziou a s prijateľnejším nastavením podľa obr. 7 vpravo.

Obr. 7 Priebeh charakteristík a nastavení vyvažovacích ventilov
Obr. 7 Priebeh charakteristík a nastavení vyvažovacích ventilov |

Regulátory tlakovej diferencie

Regulátory tlakovej diferencie zabezpečujú požadovaný dispozičný tlak v určenej časti vykurovacej sústavy. Ich hlavná funkcia je plne využitá počas prevádzky vykurovacej sústavy. Zatváraním ventilov pred vykurovacími telesami vplyvom termostatickej hlavice vznikajú vo vykurovacej sústave veľké tlakové rozdiely.

Tým sa stáva sústava, ktorá bola pri návrhu hydraulicky vyvážená nastavením predvoľby vyvažovacích ventilov a ventilov pred vykurovacími telesami, v dôsledku tlakových zmien nevyváženou. Preto je potrebné do vykurovacej sústavy osadiť aj regulátory tlakovej diferencie, ktoré zabezpečia žiadanú tlakovú direfenciu v danej časti vykurovacej sústavy.

Pri ich výmene je potrebné sledovať dispozičný tlak, ktorý vedia udržať, a hmotnostný prietok, ktorý nimi preteká. Pri návrhu regulátora tlakovej diferencie je potrebné ustrážiť, aby hmotnostný prietok vykurovacej vody, ktorý ním preteká, bol v určitom rozpätí. Od toho závisí voľba dimenzie regulátora. Pre stabilitu regulácie vychádza ich dimenzia o jeden až dva stupne menšia, ako je dimenzia potrubia.

Na obr. 8 sú vyznačené pre idealizovanú charakteristiku regulátora tlakovej diferencie polia rozpätia hmotnostných prietokov pri jednotlivých stavoch systému. Zeleným je vyznačené pole s maximálnym vypočítaným hmotnostným prietokom vykurovacej vody regulátorom tlakovej diferencie, ktorý je pri návrhovom stave.

Modrou farbou je vyznačené pole hmotnostných prietokov regulátorom tlakovej diferencie, ku ktorým sa systém dostáva pri prevádzke vykurovacej sústavy, keď sa zatvárajú termostatické hlavice, a teda klesá hmotnostný prietok.

Červenou farbou je vyznačené pole hmotnostných prietokov, ku ktorému za žiadnych okolností nemôže počas prevádzky vykurovacej sústavy dôjsť. Na obr. 9 sú vyznačené jednotlivé prevádzkové stavy pre konkrétny typ regulátora tlakovej diferencie pri nastavenej tlakovej diferencie stráženej časti systému 150 mbar (15 kPa) a vyššie.

Po zateplení sa mnohokrát stáva, že z dôvodu nízkeho prietoku nie je možné regulátor tlakovej diferencie osadiť pred jedno stúpacie potrubie, ale pre zvýšenie hmotnostného prietoku sa umiestňuje pred skupinu stúpacích potrubí (obr. 1). Je to preto, že pri nízkom hmotnostnom prietoku je hlavná regulačná činnosť (stabilizácia tlakového rozdielu) znemožnená.

Obr. 9 Návrh konkrétneho typu regulátora tlakovej diferencie
Obr. 9 Návrh konkrétneho typu regulátora tlakovej diferencie |

Ako teda pristúpiť k výmene armatúr?

Výmena regulačnej armatúry si vyžaduje zmapovanie vykurovacej sústavy a armatúry tak z konštrukčného hľadiska, ako aj z hľadiska prevádzky vykurovacej sústavy. V prípade technickej opotrebovanosti armatúry je najjednoduchšia jej výmena za armatúru od rovnakého výrobcu a rovnakého typu.

Pri skončení morálnej životnosti armatúry je potrebné hľadať armatúru s podobnými vlastnosťami podľa technického listu výrobcu. Výmena regulačných armatúr po zateplení budovy si vyžaduje prácu projektanta špecialistu, keďže je potrebný hydraulický prepočet vykurovacej sústavy a je isté, že nastavenia, resp. niekedy aj dimenzie armatúr sa budú meniť.

Text + obrázky: Ing. Mária Kurčová, PhD., Katedra technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave

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

Literatúra

  1. Zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších zmien.
  2. Zákon č. 321/2014 Z. z. o energetickej efektívnosti a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších zmien.
  3. Kurčová, M.: Vplyv zateplenia bytového domu na armatúry vo vykurovacej sústave. Meranie rozpočítanie tepla 2013: 13. konferencia s medzinárodnou účasťou. Zborník prednášok. Bratislava: SSTP, 2013, s. 107 – 112. ISBN 978-80-89216-60-4.
  4. Kurčová, M.: Vplyv obnovy stavebných konštrukcií na prevádzku vykurovacieho systému. Komplexná obnova bytových domov 2013: VII. Medzinárodná odborná konferencia. Legislatívne a technické nástroje znižovania energetickej náročnosti bytových domov. Bratislava : Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2013, s.169-172. ISBN 978-80-227-4037-1.
  5. Kurčová, M.: Vplyv obnovy obalových konštrukcií na tepelné straty. TZB Haustechnik, roč. 21,  č. 4 (2013), s. 24 – 26. ISSN 1210-356X.
  6. Petráš, D. a kol: Vykurovanie rodinných a bytových domov, Bratislava: Jaga group, 2005.
  7. Erben, J. – Jakeš, J. – Kraus, V.: Tabulky pro instalatéry a topenáře, SNTL, Praha, 1990.
  8. Laboutka, K. – Suchánek, T.: Výpočtové tabulky pri vytápění. Sešit projektanta, STP, Praha, 2001.
  9. Bašta, J.: Regulační armatury – teoretická základna. Séria článkov portálu www.tzb-nfo.cz
  10. Technické listy armatúr.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 2/2019.

Komentáre