Vykurovacie sústavy nie sú hydraulicky vyvážené, aj keď sa zdajú byť. Vysvetlíme vám prečo

Aký je rozdiel medzi nastavovaním podľa projektu a hydraulickým vyvažovaním?

Aké sú možnosti systému hydraulického vyváženia vo vzťahu k udržiavaniu správnej funkčnosti vykurovacej sústavy, ku kontrole funkčnosti a k odstraňovaniu porúch? A aké sú požiadavky na vybavenosť systému hydraulického vyváženia?

Zhotovenie projektu vykurovacej sústavy je aj pri všemožnej precíznosti projektanta založené len na teoretických predpokladoch. Projektant má k dispozícii technické vlastnosti armatúr a komponentov v takom stave, v akom ich výrobcovia vyrábajú, to znamená nové, bez akýchkoľvek znakov opotrebovania.

Projektant nie je jasnovidec a nevie predpovedať budúcnosť. Vykurovacie sústavy podliehajú počas užívania zmenám. Počnúc výstavbou, keď môže dôjsť k zmenám oproti projektovej dokumentácii, napríklad zámenou použitých materiálov (iný výrobca, iný typ = iné vlastnosti) a pokračujúc kvalitou alebo chybami montážnych prác (nepodarené zvary, cudzie telesá zabudnuté v potrubiach).

V priebehu aktívneho užívania sústavy dochádza tiež k poruchám – a všemožným druhom zásahov v snahe poruchu odstrániť – a tiež k opotrebovaniu a nevyhnutnej výmene komponentov, k zmenám spôsobu zásobovania teplom, k zmenám účelu budov alebo ich častí, k prestavbám, zatepleniu.

Reálne vlastnosti vykurovacích sústav, ale aj požiadavky, ktoré sa na ne kladú, sa menia – a tým sa líšia aj od projektových podkladov, predpokladov a samotnej projektovej dokumentácie. Samozrejmý dôsledok tejto skutočnosti sú poruchy alebo funkčné anomálie v porovnaní s tým, ako by sa mala vykurovacia sústava správať podľa projektovej dokumentácie.

Vzťah medzi projektovou dokumentáciou vykurovania a hydraulickým vyvážením

Problém je, že preskúmať stav sústavy alebo odhaliť príčiny funkčných anomálií nie je možné prostým pohľadom na nejaký viditeľný fragment vykurovacej sústavy. Funkčnosť závisí od množstva vplyvov a ich vzájomných kombinácií, ktorých dôsledkom sú určité fyzikálne parametre – teplota, tlak, prietok. Tie sa menia – v závislosti jednak od miesta, resp. čas vykurovacej sústavy a jednak od prevádzkového stavu.

Do potrubí nevidno, bez špeciálneho vybavenia vykurovacej sústavy nie je možné tieto parametre zistiť, posúdiť, vyhodnotiť. Hydraulické vyvažovanie sa zaviedlo preto, aby sa nastavenia vykurovacích sústav mohli vykonať nielen podľa teoretických projektových predpokladov, ale aj so zohľadnením skutočne nameraných parametrov. Zároveň má vytvoriť podmienky na potrebné korekcie vlastností vykurovacej sústavy tak, aby sa dosiahol cieľ stanovený projektom.

Vychádzajúc z týchto informácií je účelom hydraulického vyváženia:

• Vytvoriť vo vykurovacej sústave systém nástrojov, pomocou ktorých je možné overiť jej skutočné vlastnosti. To znamená, merať fyzikálne parametre na porovnanie s hodnotami týchto parametrov očakávanými podľa projektovej dokumentácie.
• Na základe vyhodnotenia odchýlok nameraných parametrov oproti projektovaným predpokladom analyzovať ich príčiny a podľa toho vykonať korekcie nastavenia kvôli dosiahnutiu súladu nameraných parametrov s požiadavkami projektovej dokumentácie.
• Pri závažných odchýlkach nameraných hodnôt od projektových predpokladov hľadať ich dôvod, lokalizovať príčinu poruchy a iniciovať opravu – odstrániť príčinu poruchy.

Hydraulické vyváženie je súbor nástrojov a metodických postupov na dosiahnutie projektovaných vlastností vykurovacej sústavy pri zohľadnení skutočných vlastností prvkov vykurovacej sústavy a ich odlišností v porovnaní s projektovanými predpokladmi.

Požiadavky na vykurovaciu sústavu

Úlohou vykurovania je kryť tepelné straty budovy a jednotlivých miestností. Preto je základom projektu výpočet tepelných strát, z ktorého sa stanovuje výkon vykurovacích telies. Ale pozor. Medzi výpočtovým a prevádzkovým tepelným výkonom vykurovacích telies môže byť – a väčšinou aj je – rozdiel.

Výpočtový výkon zodpovedá najnepriaznivejším podmienkam, aké môžu pre miestnosť z hľadiska tepelných strát vzniknúť. Skutočnosť môže byť iná. Napríklad tepelné straty infiltráciou – smer vetra je premenlivý, môže fúkať z ktorejkoľvek strany. Preto sa berú do úvahy vo všetkých miestnostiach. Avšak vietor nemusí fúkať a ak áno, tak vždy len z jednej strany domu.

To znamená, že na záveternej strane je výkon pre tepelné straty infiltráciou nepotrebný. Alebo prirážky pre prerušované vykurovanie alebo krytie tepelných strát do susedných miestností pre prípad, že je v nich vykurovanie prerušované. Zvýšený tepelný výkon je potrebný len vtedy, ak je v susedných miestnostiach chladnejšie. Ak je v okolitých miestnostiach rovnaká teplota, prirážky nie sú potrebné.

Ďalším dôvodom na zníženie tepelného výkonu sú tepelné zisky alebo iné zdroje tepla pôsobiace v miestnosti – slnečné žiarenie, produkcia tepla elektrospotrebičmi a podobne. V neposlednom rade ide o premenlivé požiadavky na vykurovanie z hľadiska využitia miestností alebo subjektívnych pocitov obyvateľov.

Z uvedených dôvodov sú vykurovacie telesá vybavené termostatickými ventilmi, ktorých úlohou je riadiť a obmedzovať tepelný výkon vykurovacích telies v miestnostiach, kde nie je potrebný maximálny tepelný výkon. Znižovanie tepelného výkonu sa vykonáva znižovaním prietoku. Preto je z hydraulického hľadiska každá vykurovacia sústava s termostatickými ventilmi sústavou s premenlivými prietokmi.

Znižovaním prietokov vo vykurovacej sústave oproti maximálnym výpočtovým prietokom sa menia tlakové pomery. Znižujú sa tlakové straty potrubných úsekov a statických armatúr a v dôsledku toho sa zvyšuje diferenčný tlak na termostatických ventiloch. Zvyšovanie diferenčného tlaku na termostatických ventiloch je nežiaduce, zhoršuje regulačné schopnosti termostatických ventilov a spôsobuje ich hlučnosť.

Termostatické ventily potrebujú pre svoju správnu funkčnosť čo najvyrovnanejší diferenčný tlak, ktorý za žiadneho prevádzkového stavu nesmie presiahnuť limitnú hodnotu, nad ktorou stúpa riziko hlučnosti. Zabezpečenie stability a správnej hodnoty diferenčného tlaku je úlohou systému regulácie diferenčného tlaku, ktorý musí byť súčasťou každej sústavy s premenlivými prietokmi.

Nastavenie vykurovacej sústavy na maximálne prietoky

V literatúre sa často vyskytujú metodické postupy na hydraulické vyváženie, ktoré vyžadujú pri nastavovaní plne otvorené termostatické ventily alebo demontované termostatické hlavice, prípadne podchladenie vykurovacej sústavy (aby sa termostatické ventily otvorili).

Cieľom týchto opatrení je dosiahnuť výpočtový stav, výpočtové prietoky. Nastavenie na maximálne prietoky je nastavovaním na stav, ktorý je pre prevádzku vykurovacej sústavy neprirodzený a za normálnych okolností nikdy nemôže nastať.

Takéto nastavovanie vedie často k zanedbávaniu významu systému regulácie diferenčného tlaku, k jeho nesprávnemu dimenzovaniu a nesprávnemu nastavovaniu. K obzvlášť závažným problémom dochádza, ak je nastavenie vykurovacej sústavy výrazne odlišné od skutočných potrieb, napríklad pri nesprávnom stanovení výkonu alebo nesprávnom vyhodnotení procesov prebiehajúcich vo vykurovacej sústave pri zmenách vlastností budovy, napríklad po zateplení.

Dôsledkom takéhoto prístupu je nefunkčnosť systému vykurovania za bežných prevádzkových okolností – nedostatočná regulačná schopnosť termostatických ventilov a ich vysoká hlučnosť. Prečo vykurovacia sústava nefunguje správne? Prečo je hlučná? Prečo sa po zateplení dosahujú nedostatočné úspory tepla v porovnaní s očakávanými a v porovnaní s kvalitou zateplenia, aj keď sa hydraulické vyváženie vykonalo?

Vina zatvorených termostatických ventilov?

Vykurovacia sústava nefunguje, pretože jej aktuálny prevádzkový stav sa líši od výpočtového stavu. V čom je problém? Prečo k tomu dochádza? Projektanti a realizátori hydraulického vyváženia obvykle odpovedajú:

„Je to spôsobené zásahmi používateľov, obyvateľov, zatváraním termostatických ventilov. A čo majú robiť? Otvoriť termostatické ventily. Pri nastavovaní, keď boli všetky termostatické ventily otvorené, bolo predsa všetko v poriadku, bez známok hluku.“

Položme si otázku: Načo sú termostarické ventily? Naozaj sú to zariadenia, ktoré narušujú systém hydraulického vyváženia? Ktoré vykurovacej sústave škodia? Naozaj je ich používanie neoprávneným zásahom do systému hydraulického vyváženia?

Termostické ventily sú zariadenia na individuálnu reguláciu výkonu vykurovacieho telesa podľa teploty v miestnosti. Majú znížiť tepelný výkon vykurovacieho telesa, ak nie sú splnené dôvody na jeho plný tepelný výkon. Sú kľúčovými nástrojmi na úsporu tepla, na využitie iných zdrojov tepla pôsobiacich v miestnosti. Naozaj si niekto dovolí tvrdiť, že používanie termostatických ventilov je tým najväčším zlom, ktoré môže vykurovaciu sústavu postihnúť?

Nezohľadnenie vlastností termostatických ventilov

V skutočnos je to naopak. Zatváranie termostatických ventilov spôsobuje funkčné problémy vtedy, ak ich vlastnosti nie sú v projektovej dokumentácii vykurovania správne zohľadnené, ak pri technickom riešení nie sú zohľadnené prevádzkové stavy, ku ktorým dochádza pri ich používaní. To poukazuje na chybu v projektovej dokumentácii vykurovania, resp. na chybu nastavenia hydraulického vyváženia.

Ako projektovať a nastaviť vykurovaciu sústavu

Projektová dokumentácia vykurovania a nastavenie hydraulického vyváženia musia zohľadniť nielen jediný funkčný stav – maximálny výkon, maximálne prietoky pri úplne otvorených termostatických ventiloch – ale aj prevádzkové stavy, ktoré vznikajú pri používaní termostatických ventilov.

Je potrebné zostaviť systém regulácie diferenčného tlaku. Nie „len nejako“ inštalovať „nejaké“ regulátory diferenčného tlaku, ale umiestniť ich na vhodne vybraných miestach vykurovacej sústavy a nastaviť ich tak, aby systém plnil svoj účel – aby diferenčný tlak pred termostatickými ventilmi bol za každých okolností stabilný a neprekračoval limitné hodnoty.

Na to je potrebné posúdiť vlastnos potrubí a všetkých súčastí vykurovacej sústavy pri znižujúcich sa prietokoch. Je potrebné vedieť, ako sa sústava bude správať, v akých hodnotách sa budú pohybovať prietoky a diferenčné tlaky na rôznych miestach sústavy. Z požiadaviek na funkčnosť vykurovacej sústavy s termostatickými ventilmi musia vyplývať požiadavky na systém hydraulického vyváženia.

Systém hydraulického vyváženia

Úlohou hydraulického vyváženia je kontrola a nastavenie prevádzkových parametrov. Preto je potrebné v projekte vykurovania a hydraulického vyváženia vytvoriť možnosti na ich meranie. Čo je potrebné pre nastavenie, kontrolu funkčnosti a diagnostiku porúch vo vykurovacej sústave s termostatickými ventilmi?

Diagnostické merania prietokov

Projektová dokumentácia hydraulického vyváženia by mala obsahovať výpočtové prietoky pre čas vykurovacej sústavy – prietok na päte budovy, vo vetvách a v stúpačkách. Výpočtový prietok je hodnota, ktorá by mala byť za normálnych prevádzkových podmienok nedosiahnuteľná. Časť termostatických ventilov musí byť zavrená.

Je normálne, ak prevádzkový prietok na päte budovy dosahuje 70 až 80 % výpočtového prietoku pri zamračenom počasí. Za slnečného zimného dňa je bežné, že klesne aj pod 70 %. Ak ide o stúpačku alebo vetvu, ktorou sú zásobované len miestnosti na oslnenej strane. Za slnečného počasia môže prevádzkový prietok klesnúť aj hlboko pod 30 %.

Prevádzkový prietok vyšší ako výpočtový prietok môže byť príznakom hydraulického skratu vo vetve, nadmerného prietoku v dôsledku neoprávnenej manipulácie s prednastavením ventilu alebo neoprávnenej výmeny za ventil s nevhodnými hydraulickými vlastnosťami.

Na diagnostické merania prietokov možno použiť merače tepla a statické vyvažovacie ventily. Pod podmienkou, že sú vhodne umiestnené a správne nadimenzované s ohľadom na očakávaný rozsah meraných hodnôt prevádzkových prietokov.

Diagnostické merania diferenčného tlaku

Na diagnostické meranie diferenčného tlaku je potrebný odber tlaku pre diagnostický prístroj z prívodného a zo spiatočného potrubia. Na odber tlaku (pripojenie prístroja) možno použiť meracie ventilčeky vhodne umiestnených vyvažovacích ventilov a vhodne umiestnené vypúšťacie kohúty.

Diferenčný tlak na miestach čo najbližšie k termostatickým ventilom

Projektová dokumentácia hydraulického vyváženia by mala obsahovať požadované, resp. maximálne hodnoty diferenčného tlaku pred termostatickými ventilmi a vytvoriť podmienky na ich overenie meraním. Účelom merania je kontrola funkčnosti systému regulácie diferenčného tlaku.

Tento tlak nesmie ani pri zatváraní termostatických ventilov presiahnuť limitnú hodnotu, nad ktorou je vysoké riziko hlučnosti – väčšinou by sa mal pohybovať v rozpätí 5 až 10 kPa. Ak je nameraný diferenčný tlak vyšší (alebo stúpa nad limitnú hodnotu), môže to byť spôsobené poruchou alebo nesprávnym nastavením regulátora diferenčného tlaku, prípadne jeho nevhodným umiestnením či nesprávnym dimenzovaním.

Diferenčný tlak pri regulátore diferenčného tlaku na strane regulovaného okruhu

Projektová dokumentácia hydraulického vyváženia by mala obsahovať požadovanú hodnotu diferenčného tlaku, ktorú má udržiavať regulátor a vytvoriť podmienky na jej overenie meraním.

Účelom merania je kontrola funkčnosti regulátora diferenčného tlaku. Ak je nameraná hodnota nižšia alebo vyššia ako požadovaný diferenčný tlak, môže byť regulátor nesprávne nastavený, alebo môže ísť o jeho poruchu.

Dispozičný diferenčný tlak pri regulátore diferenčného tlaku na strane domovej prípojky alebo tepelného zdroja

Projektová dokumentácia hydraulického vyváženia by mala obsahovať požadovanú najnižšiu prípustnú hodnotu diferenčného tlaku. Ten musí byť pred regulátorom zo strany dodávateľa tepla alebo zdroja tepla a vytvoriť podmienky na jej overenie meraním.

Je to hodnota diferenčného tlaku potrebná pre správnu funkčnosť vykurovacej sústavy, na dosiahnutie výpočtového prietoku a požadovaného udržiavaného diferenčného tlaku za regulátorom. Účelom merania je kontrola pripojovacích parametrov pred regulátorom a diagnostika príčin porúch.

Ak je dispozičný diferenčný tlak veľmi nízky, do regulovaného okruhu regulátora sa nedostane požadovaný prietok a požadovaný diferenčný tlak. Nedostatočný dispozičný diferenčný tlak je príznakom poruchy čerpadla alebo zatvorenia armatúr na trase medzi obehovým čerpadlom a regulátorom.

Časová náročnosť diagnostických meraní

Dôležitým faktorom pre zostavenie systému hydraulického vyváženia je časová náročnosť meraní potrebných na overenie prevádzkového stavu alebo diagnostiku poruchy. Ak je potrebný vysoký počet časovo náročných meraní, môže sa počas ich vykonávania zmeniť prevádzkový stav – počasie, denná doba, spôsob užívania budovy, potreby obyvateľov z hľadiska vykurovania.

Pri časovo náročných meraniach môže byť veľký rozdiel medzi stavom, keď sa merania začínali a stavom, keď sa končili. Takto získané namerané hodnoty sú navzájom neporovnateľné a môžu viesť k nesprávnym záverom. Preto je pri tvorbe systému hydraulického vyváženia potrebné uplatňovať princípy modulovej štruktúry a hľadať také riešenia. Tie umožnia skontrolovať stav sústavy v čo najkratšom čase.

Technické prostriedky hydraulického vyváženia, armatúry

Technické prostriedky na vykonanie hydraulického vyváženia sú armatúry na nastavenie teplotných, prietokových a tlakových pomerov vo vykurovacej sústave. Sú nimi radiátorové armatúry – termostatické vetily s ventilovými telami umožňujúcimi vykonať prednastavenie v požadovanom rozsahu, statické vyvažovacie ventily, regulátory diferenčného tlaku. Či pomocné armatúry použiteľné na pripojenie diagnostických prístrojov a snímanie potrebných fyzikálnych parametrov.

Podmienkou využitia armatúr na hydraulické vyváženie je ich správne dimenzovanie. Pozor na predimenzovanosť armatúr. Môže dochádzať k situáciám, že prietok v dolnej časti meracieho rozsahu armatúry je zaťažený veľkou nepresnosťou, alebo je nižší ako merateľný prietok. A teda armatúra nie je použiteľná na diagnostické meranie.

Projektová dokumentácia hydraulického vyváženia

Je to nevyhnutná podmienka pre prvotné nastavenie vykurovacej sústavy a diagnostiku porúch. Obsahuje cieľové hodnoty parametrov, ktoré sa majú vo vykurovacej sústave dosiahnuť.

Protokol hydraulického vyváženia

Akékoľvek merania či zistené hodnoty nehovoria o ničom a nie sú použiteľné na posúdenie prevádzkového stavu alebo na diagnostiku porúch, ak nepoznáme referenčné hodnoty – aké sú očakávané alebo požadované hodnoty v mieste, kde sa meranie vykonalo.

Jedine porovnaním nameranej hodnoty s referenčnou možno posúdiť, či je nameraná hodnota normálna, nedostatočná alebo nadmerná. A jedine takýmto spôsobom môže vykonané meranie napomôcť určeniu ďalšieho postupu.

Protokol hydraulického vyváženia je dokumentácia o nastavení sústavy a o referenčných hodnotách tlakov a prietokov nameraných pri prvotnom hydraulickom vyvážení, nastavení pri uvedení vykurovacej sústavy do prevádzky. Je dôležitý pre overovanie funkčnosti vykurovacej sústavy. Pre diagnostiku príčin porúch sú hodnoty prietokov a tlakov uvedené v protokole referenčnými hodnotami na vyhodnotenie a lokalizáciu príčin porúch.

Žiadny zásah do vykurovacej sústavy ani žiadne riešenie porúch by sa nemali vykonávať bez diagnostických meraní a bez porovnania nameraných hodnôt. O každom vykonanom zásahu, meraní alebo o zmene nastavenia musí byť urobený záznam do protokolu.

Záver

Mnohé vykurovacie sústavy, aj keď sa vykazujú ako hydraulicky vyvážené a sú vybavené nejakými armatúrami na hydraulické vyváženie, v skutočnosti hydraulicky vyvážené nie sú. Pretože vybavenosť armatúrami nie je dostatočná na vykonanie zmysluplných meraní.

Absencia možnosti merať prevádzkové parametre v dôsledku nedostatočnej vybavenosti vykurovacej sústavy alebo v dôsledku opotrebovania, nevhodného dimenzovania alebo umiestnenia armatúr zabraňuje správnemu nastaveniu vykurovacej sústavy a obmedzuje možnosti zistiť príčiny „nevysvetliteľných“ javov. V takýchto sústavách nie je možná kontrola funkčnosti a overenie stavu vykurovacej sústavy.

Príspevok zaznel aj na konferencii Vykurovanie 2020.