Nočný útlm v prevádzke existujúcich vykurovacích sústav
Nočný útlm je zavedený na znižovanie nákladov na prevádzku vykurovacej sústavy, no vplyvom nedôslednosti alebo neinformovanosti užívateľov objektu dochádza často, naopak, k ich zvýšeniu. Každá vykurovacia sústava pracuje s určitými definovanými fyzikálnymi parametrami vykurovacej vody, ktoré sa počas prevádzky menia na základe zmeny vonkajších klimatických faktorov, ale aj na základe zmeny požadovanej vnútornej teploty v interiéri.
Počas nočnej prevádzky vykurovacej sústavy je povolený pokles vnútornej teploty, ktorý sa do prevádzky vykurovacej sústavy premieta ako pojem „nočný útlm“. Užívatelia objektu však často nevedia, v čom presne spočíva podstata nočného útlmu, spájajú si ho iba s možnosťou ušetrenia nákladov na prevádzku vykurovacej sústavy.
Podstata nočného útlmu vychádza z poznatku, že v nočných hodinách možno znížiť teplotu vo vykurovaných miestnostiach až o 5 K. Nočný útlm trvá spravidla od 22.00 h večer do 6.00 h ráno. Zníženie žiadanej teploty vo vnútornom priestore podstatne znižuje tepelné straty, čo by malo viesť k úsporám energie. Samozrejme, týmto zmenám sa musí prispôsobiť aj vykurovacia sústava, a to fyzikálnymi parametrami vykurovacej vody. Nočný útlm tak spočíva v znížení teplotného spádu vykurovacej vody – hlavne teploty prívodnej vykurovacej vody. Tým by sa mali dosiahnuť značné úspory vo výrobe tepla, čo sa následne prejaví aj vo vyúčtovaní spotreby tepla v objektoch napojených na sieť centralizovaného zásobovania teplom (CZT) prevádzkovanú s nočným teplotným útlmom.
Obr. 2 Meranie teplôt a hmotnostného prietoku na vstupe do vykurovacej sústavy
Fyzikálne parametre vykurovacej sústavy
Na porovnanie prevádzky vykurovacej sústavy s nočným útlmom sa vykonali merania na vykurovacej sústave dvoch objektov, z ktorých jeden bol v pôvodnom stave a druhý po obnove obalových konštrukcií. Obidva objekty sú z typologického hľadiska rovnaké, ide o 8-podlažný bodový bytový dom. Vykurovacia sústava je dvojrúrová so spodným rozvodom s vetvovým systémom a je hydraulicky vyregulovaná. Vykurovacia sústava je priamo napojená na sústavu CZT. Na vykurovacej sústave sa vykonali merania týchto fyzikálnych parametrov: Na vstupe do vykurovacej sústavy sa merali teploty prívodnej a vratnej vykurovacej vody a hmotnostný prietok, ďalej na najvyššom 8. podlaží sa merali teploty prívodnej a vratnej vykurovacej vody pred vykurovacím telesom (VT) a teplota vzduchu v interiéri. Takisto sa merala teplota vonkajšieho vzduchu. Priebeh nameraných teplôt a hmotnostných prietokov je na obr. 3 a 4.
Obr. 3 Priebeh teplôt a hmotnostného prietoku vo vykurovacej sústave v pôvodnom objekte
Do obidvoch objektov, ktoré sú pripojené na sústavu CZT prevádzkovanú s nočným útlmom, prúdi v čase nočného útlmu vykurovacia voda s nižšou teplotou a nižším teplotným spádom.
Na priebehoch hmotnostných prietokov na obr. 3 a 4 vidieť paradox, že v čase nočného útlmu je hmotnostný prietok v obidvoch vykurovacích sústavách vyšší ako pri bežnej dennej prevádzke. Toto jasne naznačuje, že v čase nočného útlmu stúpnu náklady na čerpaciu prácu, čo zníži celkové úspory na nočnom útlme. Ďalej na grafoch vidieť, že priebeh teplôt pred vykurovacími telesami nekopíruje priebeh teplôt na vstupe do vykurovacej sústavy. Teplota prívodnej vody pred vykurovacím telesom je jednoznačne nižšia ako na vstupe do vykurovacej sústavy.
Obr. 4 Priebeh teplôt a hmotnostného prietoku vo vykurovacej sústave v obnovenom objekte
Vykurovacia voda od vstupu do objektu po prívod do vykurovacieho telesa prekoná vodorovnú vzdialenosť asi 50 m s približne 30-ročnou izoláciou v nevykurovanom suteréne a zvislú vzdialenosť 18 m bez izolácie v jednotlivých bytoch. Fyzikálne zákony dokazujú, že tam, kde je teplota okolia nižšia ako teplota vykurovacej vody, musí jednoznačne dôjsť k prestupu tepla – k ochladeniu vykurovacej vody. Čím je teplota vykurovacej vody vyššia, tým je väčšie aj jej ochladenie. Na pokles teploty vykurovacej vody v potrubí má vplyv aj rýchlosť prúdenia vykurovacej vody. V obnovenom objekte tepelné straty oproti pôvodnému objektu poklesli, pričom tomuto poklesu sa vykurovacia sústava prispôsobila aj poklesom hmotnostného prietoku. Keďže potrubný rozvod zostáva pôvodný, v potrubiach klesá merný tlakový spád, a tým aj rýchlosť prúdenia vykurovacej vody. Z tohto dôvodu je pokles teploty vykurovacej vody pred vykurovacím telesom oproti teplote na vstupe do vykurovacej sústavy v obnovenom objekte výraznejší, čo jasne vidieť aj na grafoch. Vplyv teplotného útlmu prejavujúci sa na začiatku sústavy pred vykurovacím telesom už potom zaniká.
Výkon vykurovacieho telesa
V správne prevádzkovanom systéme vykurovania, pri dodržaní žiadanej hodnoty teploty vnútorného vzduchu, pokrýva tepelný výkon vykurovacieho telesa tepelné straty tejto vykurovanej miestnosti. Na zmenu tepelnej straty miestnosti má hlavný vplyv kolísanie teploty vonkajšieho vzduchu, ale aj zmena žiadanej hodnoty teploty v interiéri. Hlavným zásahovým členom, ktorý tieto výkyvy teplôt spracováva, je ventil s termostatickou hlavicou. Jeho pôsobenie je založené na zmene hmotnostného prietoku vo vykurovacom telese. Funkčnosť ventilu s termostatickou hlavicou sa prejaví zmenou teplôt vykurovacej vody pred telesom pri zmenách teploty vonkajšieho vzduchu (obr. 3 a 4).
Priebeh zmeny tepelných strát počas jedného dňa s teplotným útlmom a bez teplotného útlmu a priebeh žiadaného výkonu vykurovacieho telesa pri týchto zmenách je na obr. 5 (pôvodný objekt) a na obr. 6 (obnovený objekt). Predpokladaný výkon vykurovacieho telesa je určený z teplotného spádu vykurovacej sústavy na vstupe do vykurovacej sústavy. Skutočný výkon vykurovacieho telesa je určený z teplôt vykurovacej vody nameraných pred vykurovacím telesom. Rozdiely v priebehu kriviek výkonu vykurovacieho telesa sú vyvolané rozdielnosťou nameranej teploty na vstupe do vykurovacej sústavy a pred vykurovacím telesom. Výkon vykurovacieho telesa s útlmom sa určil s prihliadnutím na zníženie teploty v miestnosti v čase nočného útlmu o 5 K. Ak je vykurovacie teleso dobre navrhnuté, jeho výkon by mal pokryť tepelné straty miestnosti.
Obr. 5 Priebeh zmeny tepelných strát a výkonu vykurovacieho telesa v pôvodnom objekte
V čase nočného útlmu poklesnú tepelné straty len v tom prípade, ak sa zníži teplota v interiéri. Inak tepelné straty v dôsledku nižších vonkajších teplôt narastajú, čo vedie skôr k zvyšovaniu než k znižovaniu nákladov na prevádzku sústavy. V prípade pôvodného objektu výkon vykurovacieho telesa nepokrýva tepelné straty miestnosti v nočných hodinách bez nočného útlmu, no v prípade obnoveného objektu ich pokrýva v dôsledku predimenzovania vykurovacieho telesa po zateplení objektu. Vo výpočtoch pre tepelný výkon vykurovacieho telesa sa nepočíta s tepelnými stratami v potrubí. Ako vstupný údaj na určenie výkonu vykurovacieho telesa sa berú hodnoty teplôt na vstupe do vykurovacej sústavy, čo prináša skreslené hodnoty výkonu vykurovacieho telesa.
Pred vykurovacím telesom je osadený ventil s termostatickou hlavicou na reguláciu výkonu vykurovacieho telesa. Na termostatickej hlavici je stupnica, v rámci ktorej každé číslo zodpovedá určitej žiadanej hodnote teploty v interiéri. Ak teda požadujeme zníženie teploty v interiéri počas nočného útlmu, treba pootočiť hlavicou ventilu, v opačnom prípade, pri zníženej teplote vykurovacej vody a nezmenenej žiadanej teplote v interiéri, sa ventil pôsobením termostatickej hlavice otvorí a na dosiahnutie požadovaného výkonu vykurovacieho telesa zvyšuje prietok vody do telesa. To sa prejavilo pri meraniach hmotnostného prietoku na vstupe do vykurovacej sústavy v obidvoch objektoch (obr. 3 a 4).
Obr. 6 Priebeh zmeny tepelných strát a výkonu vykurovacieho telesa v obnovenom objekte
Spotreba tepla v čase nočného útlmu
Ak si uvedomíme, že nočný útlm je zavedený práve na znižovanie nákladov na prevádzku vykurovacej sústavy, zistíme, že vplyvom nedôslednosti alebo neinformovanosti užívateľov objektu dochádza, naopak, k ich zvýšeniu. V priamom dosahu na zvýšenie spotreby energie k tomu prispieva aj zvýšenie hmotnostného prietoku, v nepriamom dosahu je to zvýšenie nákladov elektrickej energie na prácu elektromotora čerpadla. Približná hodnota priamej spotreby tepla a možnej úspory počas jednej noci sa dá vyčísliť z porovnania prevádzky čerpadla pri nezmenenom hmotnostnom prietoku počas noci a pri skutočnom, zvýšenom hmotnostnom prietoku počas nočného útlmu.
Ak by sa zachoval nočný útlm v budove s prevádzkou čerpadla s nezmeneným prietokom, počas jednej noci by sa mohlo pri pôvodnom objekte ušetriť 116,73 kWh a pri obnovenom objekte 43,84 kWh. Úspora počas jednej noci predstavuje 40 % energie v prípade pôvodného objektu a 20 % v prípade obnoveného objektu. Je teda v záujme užívateľov objektu, aby prihliadali na zabezpečenie nočného útlmu cez ventily na vykurovacích telesách. Vplyv nočného útlmu je o to značnejší, čím sú tepelnotechnické vlastnosti obalových konštrukcií horšie. Prezentovaný príklad výpočtu úspory tepla vychádza zo skutočne nameraných údajov počas jedného dňa. Hodnoty úspor tepla sa v iných dňoch môžu od prezentovaných hodnôt líšiť. Na skutočnú spotrebu tepla bude mať vplyv aj priebeh teploty vonkajšieho vzduchu.
Záver
Všetky prezentované priebehy fyzikálnych veličín sú skutočne namerané hodnoty v prevádzkovaných objektoch. V zásade však možno skonštatovať, že nočný teplotný útlm vykurovacej sústavy pri zdroji tepla nemusí vždy ovplyvniť aj koncový prvok vykurovacej sústavy – vykurovacie teleso. Na dosiahnutie priaznivého efektu nočného útlmu, a tým aj avizovaných úspor, sa vyžaduje aj zásah užívateľov prostredníctvom koncového regulačného prvku (ventil na vykurovacom telese) alebo prostredníctvom automatizačnej techniky (programovateľné servopohony).
Foto a obrázky: autorka
Literatúra
1. Petráš, D. a kol: Vykurovanie rodinných a bytových domov. Bratislava: JAGA, 2005.
2. Erben, J.; Jakeš, J.; Kraus, V.: Tabulky pro instalatéry a topenáře. Praha: SNTL, 1990.
3. Laboutka, K.; Suchánek, T.: Výpočtové tabulky pro vytápění. Sešit projektanta, STP Praha, 2001.
Text: Ing. Mária Kurčová, PhD.
Autorka pôsobí na Katedre TZB Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Recenzoval: doc. Ing. Ján Takács, PhD.
Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.
