TZB pro FBI »

5. vytápění objektu

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY

Tato kapitola patří k těm nejnáročnějším. Dozvíte se v ní o systémech vytápění, o jednotlivých funkcích instalovaných zařízení. Naučíte se principy dimenzování potrubí.

Cíle kapitoly

Naučíte se různé systémy vytápění.
Pochopíte princip dimenzování potrubí.
Získáte přehled o armaturách pro vytápění a pojistných zařízení.
Pochopíte funkci expanzní nádoby.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

Vzhledem k náročnosti počítejte s cca 220 minutami.

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY

Systémy vytápění, armatury, pojistná zařízení, expanzní nádoby.

EN 563: Bezpečnost strojních zařízení – Teploty povrchů přístupných dotyku – Ergonomické údaje pro stanovení mezních hodnot teploty horkých povrchů

EN 13 202: Ergonomie tepelného prostředí – Teploty horkých povrchů přístupných dotyku – pravidla pro stanovení mezních hodnot teploty povrchů ve výrobkových normách s pomocí EN 563

ČSN 06 03 10 ústřední vytápění – Projektování a montáž

Obrázek 5 – 1: Tepelná produkce člověka

BMT – bazální metabolické teplo
Sdílení tepla mezi člověkem a okolím

Základní podmínkou tepelné pohody člověka je tepelná rovnováha:

q_m=±q_c±q_r ±q_w±q_d±q_v±∆q_a( W )

Kde:

q_m: metabolický tepelný tok ( W.m^-2)
q_c: tepelný tok konvenkcí ( W.m^-2)
q_r: tepelný tok radiací ( W.m^-2)
q_w: tepelný tok vypařováním ( W.m^-2 )
q_d: tepelný tok dýcháním ( W.m^-2 )
∆q_a: teplo akumulované v organismu ( W.m^-2 )

Tepelné toky vedením a dýcháním lze pro jejich malé hodnoty zanedbat. Tepelná pohoda člověka je splněna, probíhá-li tepelná rovnováha při zachování normální teploty lidského tepla a bez nadměrného pocení ( hodnota by měla dosahovat 20 - 30% z celkové tepelné produkce ).

Obrázek 5 – 2: Teplotní pole ve vytápěném prostoru

Pro normální pokojovou teplotu připouští němečtí hygienici rychlost proudění od 0,15 – 0,2 ( m.s^-1 ). Ideálnímu průběhu teplot se nejvíce blíží podlahové vytápění.

Sdílení tepla :

vedením – kondukce

Předávání tepelné energie mezi jednotlivými hmotnými částicemi ve směru od vyššího teplotního potenciálu k nižšímu.
prouděním – konvekce

Dochází mezi proudící tekutinou ( kapalina, plyn ) a povrchem obtékaného tělesa z místa o vyšší teplotě do místa o teplotě nižší, tj. z povrchu tuhého tělesa do tekutiny nebo naopak, vždy proti směru teplotního gradientu. Sdílení tepla konvekcí mezi povrchem tuhého tělesa a tekutinou a naopak se nazývá též přestup tepla.
sáláním – radiace

Vzájemné vyzařování a pohlcování zářivé energie mezi dvěma a více tělesy s různými povrchovými teplotami. Tepelná energie sálajícího tělesa je přeměněna v zářivou energii, která se šíří elektromagnetickým vlněním – infračervené záření do okolí ( emise ). Opětovnou přeměnu zářivé energie v energii tepelnou nazýváme pohlcování ( absorpce ).

5.1 Vnitřní klima budov

Globeteplota : určuje společný kvalitativní účinek konvekčního a sálavého tepla na člověka.

Přibližně platí : t _g = ( ⁰C )

Kde:

t_v : teplota vnitřního vzduchu v místnosti ( ⁰C )

t_p : účinná teplota ploch povrchu interiéru ( ⁰C )

účinná teplota povrchových ploch interiéru t_p : zidealizovaná průměrná teplota povrchu ze všech vnitřních ploch místnosti, při níž by byl stejný tepelný tok sáláním mezi povrchem těla a okolními plochami povrchu interiéru.

Platí přibližně : t _p =

Kde:

S_j : j-tá plocha povrchu interiéru ( m² )

t_jp : povrchová teplota příslušné plochy interiéru

Předepsaná kriteria pro minimální t_p při dodržení podmínky t_v + t_p = 38 a t _v = t _i = 20 :

Vnější stěnové konstrukce min t_p = 18 ⁰C a při změně stávající konstrukce min t_p = 16,8 ⁰C.
Stropní konstrukce pod plochými střechami nebo půdami min t_p = 18,6 ⁰C.
Podlahy nad průjezdy a stropy pod průjezdy t_p = 17,0 ⁰C.
Vnitřní stěnové a stropní konstrukce min t _p = 16,0 ⁰C.
U tepelných mostů, koutů, rámů vnějších konstrukcí je min t_p = t_pr, kde je v normálních podmínkách rosný bod t_pr = 12,0 ⁰C, při t _i = 20 ⁰C a relativní vlhkosti 60%.

Max. teplotní rozdíl při tělesném klidu : t_v – t_p = 7 ( ⁰C )

Max. teplotní rozdíl při fyzické práci : t_v – t_p = 10 ( ⁰C )

Obrázek 5.1 – 1: Vnímání tepelné pohody:

5.2 Systémy vytápění

Obrázek 5.2 – 1: Návrhové parametry teplovodních otopných soustav

Teplovodní ( s přirozeným nebo nuceným oběhem vody ):

Teplovodní s nejvyšší pracovní teplotou otopné vody do 115 ⁰C.
Teplovodní nízkoteplotní s nejvyšší pracovní teplotou otopné vody do 65 ⁰C.
Horkovodní s pracovní teplotou otopné vody nad 115 ⁰C

Teplovodní soustavy mohou být otevřené nebo uzavřené, horkovodní soustavy jsou vždy uzavřené ( viz ČSN 06 08 30 ).

Parní :

podtlakové – provozní tlak páry nižší než tlak atmosférický ( prakticky se nepoužívají )
nízkotlaké – přetlak páry do 0,07 ( Mpa )
středotlaké – přetlak páry od 0,07 do 1,6 ( Mpa )

Nízkoteplotní teplovodní soustavy se používají tam, kde je vyžadována nízká povrchová teplota otopných těles ( hygiena a požární ochrana ).

Elektrické

podle akumulační schopnosti otopné plochy
- přímotopné
- poloakumulační
- akumulační
podle umístění otopné plochy
- podlahové
- stěnové
- stropní
podle druhu otopné plochy
- velkoplošné ( využívají se topné kabely a rohože )
- sálavé panely
- ( přenosná lokální elektrická topidla )

Hygienické požadavky:

Jsou – li vytápěné místnosti též nuceně větrány, nesmí při provozu větracího zařízení poklesnout teplota v místnosti trvale pod hodnotu stanovenou projektem a rychlost proudění vzduchu v oblasti trvalého pobytu nesmí překročit hodnotu podle platných hygienických předpisů.

Výpočtové teploty otopné vody se v oblasti bytové a občanské výstavby volí v souladu se zdrojem tepla a hygienickými nároky tak, aby nebyly překročeny největší povrchové teploty otopných těles t_{Tp max}.

Otopná tělesa situovaná přímo do vytápěných místností nesmí mít větší než stanovenou maximální tepotu povrchu t _{Tp max}. Pro sálavé otopné plochy je předepsána maximální teplota t_{Tp max} povrchu kontaktních ploch. U podlahového vytápění je maximální teplota nášlapného povrchu podlahy t_{Tp max} daná účelem vytápěného prostoru.

místnosti s trvalým pobytem osob ( obytné místnosti ) 90 ⁰C
místnosti s kancelářským a podobným provozem 90 ⁰C
místnosti se zvýšenými hygienickými nároky 85 ⁰C
výrobní provozy < 110 ⁰C

t_{Tp max} deskových a článkových těles: t_{Tp max} = t_w1 – 2,5 ( ⁰C )

t_w1 : výpočtová teplota topné vody na vstupu do otopného tělesa

U teplovodních otopných soustav s přirozeným oběhem musí být dosaženo jejich funkce již při teplotě otopné vody 45 ⁰C.

Při hydraulickém výpočtu tlakových ztrát potrubí vertikálních větví teplovodních soustav je nutno i při nuceném oběhu počítat se vztlakem o hodnotě:

u vertikálních jednotrubkových soustav ∆p_h = ∆p_p
u všech ostatních soustav ∆p_h = ( 0,55 – 0,7 ) ∆p_p

∆p_h : přídavný vztlak pro výpočet

∆p_p : skutečný hydraulický vztlak při výpočtových teplotách vstupní a vratné vody

Při návrhu otopné soustavy se připouští odchylka 0,5 ( K ) od výpočtové teploty ve vytápěných místnostech.

V místě napojení na tepelnou soustavu je nutné vodovod zajistit dle ČSN EN 806 – 2 Vnitřní vodovod pro rozvod vody určený k lidské spotřebě – Část 2: Navrhování ( zpětný tok vody ). Vodovod bude vybaven uzavírací, zpětnou a přivzdušňovací armaturou.

Automatické doplňování vody musí být časově omezené a jeho rozsah musí být kontrolovatelný dle ČSN 38 33 50 Zásobování teplem, všeobecné zásady, pokud není zajištěno doplňování čerpadly expanzního zařízení. Dimenzuje se na průtok odpovídající minimálně dvojnásobku expanzního objemu příslušné části otopné soustavy za hodinu.

Je-li při nízkotlaké parní soustavě kondenzátní potrubí položeno tak nízko, že by se při přetlaku páry v kotli vyplnila některá jeho část vodou vytlačenou z kotle, musí se tato část trvale zavodnit a opatřit vypouštěcí armaturou.

PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ

Tloušťka desky : vzhledem k regulovatelnosti soustavy co nejmenší.

Min. tloušťka je 60-80 ( mm ).

Trubní rozvod : tloušťka 80 ( mm ) ….síťovaný polyetylen VPEc Φ=16 x 2 ( mm )

tloušťka 60 ( mm ) ……… Φ=10,5 x 1,25 ( mm )

Minimální životnost trubek je 50 let při max. přetlaku 0,25 ( MPa ) a max.teplotě do 50 ⁰C a min. teplotě –10 ⁰C.

Uložení potrubí : rychlost proudící vody max. 0,5 ( m.s^-1 ) a tlakové ztráty byly v každém okruhu téměř stejné. Doporučuje se, aby délka topného hadu v jednom okruhu nepřesáhla 120 ( m ).

Dilatace má být zajištěna po max. 5 ( m ), půdorysná plocha dilatovaného pole je nejvýše 20 ( m ² ).

Maximální teplota otopné vody je 40 ⁰C ( extrémně 50 ⁰C ) a teplotní spád má být nejvýše 10 ( K ), doporučuje se 5 – 6 ( K ).

Povrchová teplota t_{Tp max} :

v místnostech, kde osoby převážně stojí …………. 26 ⁰C
u obytných a administrativních budov …………..…. 28 ⁰C
u koupelen, chodeb a bazénů …………………....……. 32 ⁰C

5.3 Otopné soustavy

1. parní otopné soustavy

Obrázek 5.3.1 – 1: Schéma parní otopné soustavy

potrubní síť:

Nízkotlaký přívod páry:

horní rozvod
mokré kondenzátní potrubí

Obrázek 5.3.1 – 2: Horní rozvod

Nízkotlaký přívod páry:

spodní rozvod
suché kondenzátní potrubí

Obrázek 5.3.1 – 3: Spodní rozvod

Spád kondenzátního i parního potrubí je ve stálém spádu 5 ‰. U dlouhých potrubí se provádí tzv. odvodňovací smyčky.

Odvětrávací potrubí:
- Napojené na kondenzátní potrubí.

- Ukončené volně min. 300 ( mm ) nad nejvyšší hladinou kondenzátu.

výhody parního vytápění :

Větší setrvačnost soustavy.
Menší nebezpečí zamrznutí soustavy při provozní přestávce.
Nižší investiční náklady.

nevýhody parního vytápění :

Obtížná a prakticky nemožná regulace výkonu – nehospodárný provoz.
Vysoká povrchová teplota otopných těles – problémy s hygienou prostředí.
Nižší životnost rozvodů a armatur v důsledku korozní agresivity kondenzátu.

Použití parních soustav :

Především objekty s přerušovaným provozem, kde nevadí pokles teplot pod bod mrazu při provozní přestávce, jako jsou např. haly, stadiony a další objekty.

2. teplovodní otopné soustavy

Obrázek 5.3.1 – 4: Schéma teplovodní otopné soustavy

EN – expanzní nádoba

OT – otopné těleso

K – kotel

H – účinná výška

P – přívodní potrubí otopné vody

V – vratné potrubí otopné vody

Dělení vodních otopných soustav :

podle oběhu otopné vody
- s přirozeným oběhem
- s nuceným oběhem
podle konstrukce expanzní nádoby
- otevřené soustavy
- uzavřené soustavy
podle nejvyšší pracovní teploty otopné vody
- teplovodní nízkoteplotní do 65 ⁰C
- teplovodní do 110 ⁰C
- horkovodní nad 110 ⁰C
podle geometrie propojení otopné soustavy a těles
- jednotrubkové soustavy
- dvoutrubkové soustavy
- horizontální soustavy
- vertikální soustavy

K zamyšlení

Vždy si dobře rozmyslete, jaký systém vytápění je pro dané podmínky v objektu nejvýhodnější.

5.4 Dimenze potrubí

Otopná soustava s nuceným oběhem :

disponuje vyšším tlakem
menší profily rozvodného potrubí
větší pohotovost soustavy
větší schopnost reagovat na požadavky změny výkonu
je méně závislá na geometrii rozvodu
nutný přívod el.energie

Otopná soustava s přirozeným oběhem :

vyžaduje větší profily potrubí
větší objem vody v soustavě
nižší rychlost proudění vody
větší setrvačnost
u vícepodlažních budov je citlivá na správné hydraulické vyregulovaní
nezávislost na el. energii
má samoregulační schopnosti

5.4.1 účinný tlak v okruhu - soustavy s přirozeným oběhem

Předpoklad - viz obrázek 5.3.1 - 4: Schéma teplovodní otopné soustavy s přirozeným oběhem.

K teplovodnímu kotli je přivedené jediné těleso T umístěné výše než kotel.
Po zátopu dojde v horní části kotle ke zvýšení teploty ►zvětšení měrného objemu vody a snížení hustoty.
Pokles hydrostatického tlaku v teplé vodě.
Sloupec studené vody začne svým vyšším hydrostatickým tlakem vytlačovat sloupec teplé vody nahoru ( přírůstek objemu vody v soustavě je zachycován v expanzní nádobě ).

Pro okruh s jediným ochlazovacím místem platí:

Kde:

Δp_h : účinný vztlak ( Pa )

Ζ : hustota vody v závislosti na teplotě ( atm.tlaku ) – topenářské tabulky

h : vzdálenost mezi středem kotle a středem otopného tělesa ( m )

ς₁ : hustota přiváděné vody o teplotě t₁ ( kg.m^-3 )

ς₂ : hustota vratné vody o teplotě t₂ ( kg.m^-3 )

K ochlazování otopné vody dochází především v otopných tělesech, a proto je hodnota účinného vztlaku vztahována v běžných případech k nim. Musí se ale uvažovat i s ochlazováním v celé délce potrubí. Pak skutečná hodnota účinného vztlaku je větší o tzv. přídavný vztlak ∆p _h´.

Teplotní spád v ochlazovaném úseku o délce 1 ( m ) :

( K )

Kde:

h: součinitel prostupu tepla pro potrubí ( W.m^-1.K^-1 )

l : délka úseku potrubí ( m )

T_n : teplota vody na počátku úseku ( zjednodušeno místo střední teploty úseku ) ( ⁰C )

T_i : teplota vzduchu v místnosti ( ⁰C )

M : hmotnostní průtok úsekem ( kg.s^-1 )

c : měrné teplo vody c= 4186,8 ( J.kg^-1.K^-1 )

Vyjádřením změny měrné hmotnosti vody v závislosti na teplotě: dς / dT= ε

Pak přídavný vztlak: ∆p _h´= H´.g. ∆T´. ε

Kde:

d: rozdíl měrných hmotností

H´: výška vodorovné osy ochlazovaného úseku nad osou zdroje ( m )

g: tíhové zrychlení g= 9,81 ( m.s^-2 )

T´: teplotní spád v ochlazovaném úseku ( K )

ε : součinitel změny měrné hmotnosti teplotou ( kg.m^-3.K^-1 )

Výpočet vztlaku s uvažováním ochlazování vody v rozvodu se využívá:

U dvoutrubkových otopných soustav s horním rozvodem, kde přídavný vztlak, způsobený ochlazením vody může značně přispět ke zvětšení celkového účinného vztlaku.
Při návrhu etážové soustavy s přirozeným oběhem, kde přídavný vztlak způsobený ochlazením vody v ležatých rozvodech je jediným zdrojem dynamického tlaku v soustavě.

Obrázek 5.4.1 – 1:Schéma pro výpočet přídavného vztlaku etážové soustavy s přirozeným oběhem

Obrázek 5.4.1 – 2: Okruhy potrubní sítě s kladnými účinnými tlaky

Z …… střed zdroje tepla

T, T₁, T₂ ……okruhy těles

okruh tělesa T, vznik účinného tlaku
okruh tělesa T₁
okruh tělesa T₂
potrubní síť složená z okruhů těles T, T₁, T₂
1 až 6 – úseky okruhu tělesa T₁

Potrubní síť se skládá z uzavřených teplonosných okruhů.
Je-li ochlazovací místo okruhu výš než střed zdroje tepla, vzniká kladný účinný tlak.
Je-li ochlazovací místo níž než střed zdroje tepla, vzniká záporný ( protisměrný ) účinný tlak, což vyjadřujeme zápornou hodnotou výšky h.

Obrázek 5.4.1 – 3: Okruhy potrubní sítě se zápornými účinnými tlaky
∆p_h= h.g.(ς₂ - ς₁ ) < 0, neboť h < 0

Chceme-li realizovat přirozený oběh, snažíme se, aby ochlazovací místa okruhů byla co nejvýše nad zdrojem tepla a aby v nich docházelo k dostatečným změnám hustoty ( dostatečnému ochlazení ) protékající vody.

Obrázek 5.4.1 – 4: Okruh s více ochlazovanými místy 1, 2, 3, - n

Z : střed zdroje tepla

ochlazení v potrubí se zanedbává
zakreslena jsou všechna ochlazovaná místa

Předpoklad: voda v potrubí se neochlazuje - pak:

Účinný tlak uzavřeného okruhu je dán algebraickým součtem dílčích účinných tlaků v okruhu.

( Pa )

h₁ : výška středu místa, ve kterém dochází ke změně teploty vzhledem ke středu zdroje tepla ( m )

ς_i : hustota vody na vstupu do tohoto místa ( kg.m^-3 )

ς_i+1 : hustota vody na výstupu z tohoto místa ( kg.m^-3 )

Oteplovací místa mají přesně opačný účinek, vyvolávají záporný dílčí účinný tlak jsou-li nad středem kotle a kladný dílčí účinný tlak, jsou-li pod úrovní středu kotle.

Tlakové ztráty při oběhu otopné vody dvoutrubkovou sítí, přirozený oběh:

Počet okruhů odpovídá počtu spotřebičů.
Pro překonání hydraulických ztrát v okruhu je k dispozici pouze účinný tlak.
Platí: celková hodnota hydraulických ztrát okruhu odpovídá hodnotě účinného tlaku okruhu, voda se pohybuje takovou rychlostí, při které jsou tlakové ztráty v okruhu stejně veliké jako rozdílový tlak v okruhu – účinný tlak.
Pro každý okruh platí: Δp_h = Δp_o
Δp_o : tlaková ztráta okruhu
Při výpočtu tlakových ztrát rozdělujeme okruhy na úseky s neměnným hmotnostním průtokem.
Každý úsek vykazuje tlakové ztráty třením a tlakové ztráty v místních ( vřazených ) odporech.

Průměry potrubí, jmenovité světlosti armatur, popř. nastavení regulačních orgánů se navrhují tak, aby při požadovaném průtoku byla celková tlaková ztráta okruhu stejně velká jako účinný tlak okruhu.

tlaková ztráta třením v potrubí úseku :

p_zt = ( Pa )

Kde:

λ : součinitel tření

l : délka potrubí úseku ( m )

d : vnitřní průměr potrubí úseku ( m )

w : střední rychlost v průřezu úseku ( m.s^-1 )

ζ : hustota vody ( kg.m^-3 ). Při výpočtu celé otopné soustavy se pracuje s hustotou odpovídající střední teplotě vody v soustavě t_m.

V praxi se užívá vztah: Δ p_zt = R.l ( Pa )

R : tlaková ztráta třením jednoho metru přímé části úseku - tzv. tlakový spád ( Pa.m^-1 )

Pak: R = ( Pa.m^-1 )

Po dosazení ze vztahu pro hmotnostní průtok ( kg.s^-1 ) : w =

Získáme: R =

Tlakový spád je pro výpočetní účely tabulkově, případně graficky zpracován.

Uvažuje se vždy určitá absolutní drsnost stěn:
ocel: k = 0,1 ( - 0,5) ( mm )

měď a plast: k = 0,0015 ( mm )

tlaková ztráta v místních ( vřazených ) odporech úseku :

Δp_zm = ( Pa )

ξ_j : příslušný součinitel místního odporu ( tabulky )
u : počet místních odporů v úseku

V praxi : Δp _zm = Z

Celková tlaková ztráta okruhu je součet tlakových ztrát všech úseků:

Δp_o : ( Pa )

k : pořadové číslo úseku okruhu

m : počet úseků okruhu

Jsou-li stanoveny jmenovité ( výpočtové ) teplotní rozdíly v okruhu, pak :

Δp_hjm = ( Pa ) : základní vztah pro výpočet přirozeného oběhu a její platnost musí být správným návrhem průměru potrubí a jmenovitých světlostí armatur zajištěna.

Δp_hjm : jmenovitý účinný tlak okruhu

Přirozený oběh – spodní rozvod:

Při praktickém výpočtu přirozeného ( i nuceného ) oběhu potrubní sítě se spodním rozvodem zanedbáváme chlazení vody v potrubí.
Jmenovitý účinný tlak každého teplonosného okruhu : Δp_h = h.g.( ζ₂ – ζ₁ )
Hustoty ζ_2, ζ₁ se určují dle jmenovitého teplotního rozdílu.
Podkladem pro výpočet je výpočtové schéma, ze kterého musí být patrny všechny hodnoty potřebné pro výpočet.
Ze schématu vypočteme:
- Skladbu sítě
- Místní odpory
- Výškové rozdíly sítě
- Výkony spotřebičů tepla
Úseky jednotlivých okruhů se číslují tak, aby číslování odpovídalo budoucímu postupu výpočtu.
U každého úseku se uvede přenášený tepelný výkon, popř. jemu odpovídající hmotnostní průtok.
Ke každému úseku se přiřadí délka přímých částí.
Přenášený tepelný výkon úseku je dán součtem jmenovitých výkonů těch spotřebičů, k nimž úsek teplonosnou látku přivádí nebo od nichž ji odvádí.
Hmotnostní průtok úseku:
- Q_m = ζ.S.v …………… obecný vztah
  
  Kde:
  
  ζ : hustota kapaliny
  
  S : plocha, kterou protéká kapalina
  
  v : okamžitá rychlost proudění kapaliny

Přenášený tepelný výkon : Q=m.c.(t₁ -t₂ ) ( kW )

Kde:

m : hmotnostní průtok ( kg.s^-1 )

c : měrná tepelná kapacita ( kJ.kg^-1 K^-1 )

t₁ – t₂ = δt : ochlazení teplonosné látky ≡ teplotní rozdíl vody přiváděné a odváděné ( K )

Přepočítávací koeficient pro rychlý přepočet např. pro δt = 20 ^OC

( tepelné výkony na hmotnostní průtoky ):

( Pa )

Začíná se vždy okruhem s nejméně příznivými podmínkami pro oběh vody, zpravidla je to okruh nejnižší a zároveň nejvzdálenější otopné plochy ( má malý účinný tlak a přitom je nejdelší ).
Při větším počtu okruhů, začíná se s okruhem nejvýkonějšího spotřebiče tepla.
Návrh provádíme do tabulky průměry úseků 1. okruhu, průměry úseků dalších okruhů ), levá část předběžný návrh, není-li splněna rovnice

Δp_hjm = je třeba upravit průměry ( pravá část formuláře )

Předběžný tlakový spád – pomáhá při vyhledávání v tabulkách nebo při zadávání podmínek do počítače.

R _př = ( Pa.m^-1 )

Δp : tlak, který je pro počítanou část okruhu k dispozici ( Pa )

Σl : délka počítané části okruhu ( m )

Celková ztráta okruhu :

Δp_o=

a = : podíl místních odporů na celkové tlakové ztrátě Δp

Velikost R_př se odhaduje.
domovní sítě: R_př = 0,3 - 0,5
kotelny: R_př = 0,7 - 0,9

Přirozený oběh – horní rozvod:

Výpočet sítě s horním rozvodem se podstatně neliší od výpočtu se spodním rozvodem.
Ochlazovací účinek přívodního a vratného potrubí je větší.
Voda přitékající do níže položených těles bude poněkud chladnější, takže i střední teplota těchto těles bude nižší a při přesném návrhu těchto těles by se mělo s nižší střední teplotou počítat.

Etážové vytápění s přirozeným oběhem:

Vodorovná osa otopných těles je přibližně ve stejné výši jako vodorovná osa kotle > účinný tlak vyvolaný ochlazovaným účinkem tělesa je dle Δp_h = h.g.( ς ₂ – ς ₁ ) přibližně nulový.
K zajištění přirozeného oběhu využíváme dílčí účinné tlaky ochlazovacích míst v okruhu, která jsou nad úrovní vodorovné osy kotle dle:

( Pa )
což v praxi znamená neizolovat potrubí, které je nad touto osou ( především svislé a vodorovné přívodní potrubí ).
Provedeme předběžný návrh průměrů jednotlivých úseků potrubní sítě s následnou kontrolou.
Do výpočtového formuláře nejprve zaznamenáme hmotnostní průtoky m, přičemž při jejich výpočtu předpokládáme u vzdálenějších těles δt menší, u bližších těles větší.
Provedeme výpočet poklesu teploty vody.
Vypočítáme účinné tlaky a zkontrolujeme tlakové ztráty ( nejdelší a nejkratší okruh ).
Další výpočtový postup je totožný s postupem výpočtu běžné dvoutrubkové sítě, musí platit:
Δp_hjm =

Obrázek 5.4.1 – 6: Výpočtové schéma etážového vytápění s přirozeným oběhem

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11….. ochlazovací úseky

6,7,8,10,11……………….. ostatní úseky

T₁, T₂, T₃ …………………. otopná tělesa

Zvolí se δt jednotlivých těles, spočítá se m jednotlivých těles.
Označí se ochlazovací místa ( úseky na přívodním potrubí ).
Z hmotnostních průtoků se z tabulky určí předběžné průměry úseků.

Tabulka 5.4.1 – 1: Hodnoty pro etážové vytápění s přirozeným oběhem, doporučené jmenovité světlosti ( předpokládaná teplota v přívodním potrubí 90 ⁰C, teplota v místnosti 20 ⁰C )

Výška vodorovného	Hmotnostní průtok
přívodního potrubí nad	( kg.h-1 )
středem kotle h (m)
2	42	77	123	216	288	264	449	694	830	1148
2,5	45	83	134	235	312	286	487	754	900	1245
3	49	89	144	252	333	307	520	800	960	1330
3,5	52	95	153	266	355	326	552	855	1020	1420
4	54	99	160	280	372	342	580	900	1070	1490
DN	15	20	25	32	40	40	50	60	70	80
	ČSN 42 57 10					ČSN 42 57 15

Tabulka 5.4.1 – 2: Hodnoty pro etážové vytápění s přirozeným oběhem, teplotní rozdíl na tělesech

Vodorovná vzdálenost posledních těles

Od kotle ( m )

Teplotní rozdíl na tělese δt ( K )

Nejbližší těleso od kotle

Nejvzdálenější těleso od kotle

do 10

10 až 20

přes 20

5.4.2 účinný tlak v okruhu - nucený oběh dvoutrubkovou sítí

U nuceného oběhu je do okruhu zařazeno oběhové čerpadlo, které je hlavním zdrojem tlaku v soustavě. Účinný vztlak se pak na celkovém vztlaku v soustavě uplatňuje v závislosti na geometrickém uspořádání sítě.

Tlak v soustavě : Δp_c = Δp_č + Δp_ς

Kde:

Δp_č : pracovní tlak čerpadla ( Pa )

alternativně vyjadřován – hodnotou měrné energie čerpadla Y

Y = ( J.kg^-1 )

Kde:

Δp_č : pracovní tlak čerpadla

ς : hustota teplosměnné látky

- v praxi často dopravní výškou čerpadla H (m v.sl.)

p_ς : účinný vztlak

p_ς = x.g.h. (ς₂ – ς₁ )

Kde:

x: podíl účinného vztlaku v rozmezí 0,4 - 0,7

Účinný vztlak je obvykle podstatně menší než tlak čerpadla. S ohledem na zajištění hydraulické stability je nutné jej do výpočtu celkového tlaku zahrnout s tím, že u běžných otopných soustav uvažujeme pouze s jeho částečným účinkem. Tato složka tlaku se započítává jen u soustav budov nad 5 podlaží.

Pokud bychom uvažovali účinný vztlak v plném rozsahu x = 1, došlo by v přechodných obdobích, kdy je teplotní spád v soustavě nižší než výpočtový, k nedostatku tlaku u vysoko položených těles a k jejich nedostatečnému výkonu.

Pokud bychom účinný vztlak zanedbali, mohlo by dojít u nejvýše položených otopných těles ke zvýšení tlaku a k jejich přetápění.

Střešní kotelny: účinný vztlak působí proti tlaku čerpadla

Celkový výpočtový tlak v soustavě : Δp_c = Δp_č + x.Δp_ς ( Pa )

Tlakové ztráty v potrubí :

Vyvážená otopná soustava je charakterizována rovnováhou mezi dynamickým tlakem a tlakovými ztrátami.
Tlakové ztráty v rozvodu jsou způsobeny pohybem vody v potrubí :
- třením
- místními (vřazenými)
- odpory
Stanovení tlakových ztrát provádíme pro jednotlivé úseky potrubní sítě. Za úsek považujeme tu část potrubí, kde se nemění dopravované množství ani rychlost proudění.

Tlaková ztráta : Δp_c = p_T + p_o ( Pa )

Kde:

Tlaková ztráta třením : p_T = R.l ( Pa )

- vyjadřuje úbytek tlakové energie dopravované vody v přímých úsecích, kde dochází ke tření vody o stěny potrubí.

l : délka úseku ( m )

R : měrná tlaková ztráta ( Pa.m^-1 )

- zohledňuje vlivy určující velikost ztráty třením.

( Pa.m^-1 )

Kde:

R : měrná tlaková ztráta třením ( Pa.m^-1 )

l: délka počítaného úseku potrubí (m)

λ : součinitel tření ( - ), vyjadřuje kvalitu povrchu potrubí

w : rychlost proudění vody v potrubí (m.s^-1 )

ζ : měrná hmotnost vody ( kg.m³ )

d : průměr potrubí ( m )

Hodnota součinitele tření λ se mění podle typu proudění a typ proudění se stanoví na základě Reynoldsova čísla Re.

Kde:

Re: Reynoldsovo číslo ( - )

w: rychlost proudění vody v potrubí ( m.s^-1 )

ν : kinematická viskozita ( m².s^-1 )

d: vnitřní průměr potrubí ( m )

laminární proudění, kde Re < 2 320 : λ =

turbulentní proudění, Re > 4000 : Colebrook

ε = : relativní drsnost potrubí závislá na skutečné drsnosti stěn potrubí K ( m )

Kde:

K : ekvivalentní drsnost vnitřního povrchu potrubí, závisí na materiálu a teplotě protékající vody.

ocelové bezešvé trubky: 0,05-0,1 ( mm )

hydraulicky hladké trubky z plastů nebo mědi : 0,001 – 0,002 ( mm )

Přechodová oblast, kde 2 320 > Re > 4000, užívají se zjednodušené výpočty s interpolací mezi mezními hodnotami pro laminární a turbulentní proudění.

( - )

Ztráty místními odpory:

vyjadřují tlakové ztráty v jednotlivých armaturách a tvarovkách, kterými voda protéká

p _o = Z = ξ . .ς ( Pa )

Kde:

Z : tlaková ztráta místními odpory ( Pa )

w : rychlost proudění vody v potrubí ( m.s^-1 )

ς : měrná hmotnost vody ( kg.m³ )

ξ : součinitel místního odporu ( - )

Charakterizuje úbytek tlaku v armaturách a tvarovkách

stanovuje se experimentálně, tabulky

celková tlaková ztráta Δp _c = ( Pa )

5.4.3 Dimenzování teplovodních otopných soustav

Princip :
Tlakové ztráty v potrubí musí být v rovnováze s účinným vztlakem ( u soustav s přirozeným oběhem ), resp. dynamickým tlakem ( u soustav s nuceným oběhem ). Hodnota tlaku je vzhledem k prostorovému uspořádání otopné soustavy obecně pro každé těleso jiná, provádí se výpočet postupně pro topné okruhy jednotlivých otopných těles.

Topný okruh – dráha otopné vody, kterou musí projít mezi zdrojem tepla a otopným tělesem a zpět

Úseky – části rozvodu, ve kterých se nemění hmotnostní průtok vody ( resp. přenášený výkon )

Výpočet zpravidla zahajujeme topným okruhem nejnepříznivěji položeného tělesa. Výpočet provádíme ve dvou krocích. V prvním navrhneme profily potrubí a ve druhém provedeme hydraulické posouzení a návrh regulačních prvků soustavy.

Základní veličiny pro dimenzování:

1) Návrh regulačních armatur

průtokový součinitel K_v : objemový průtok kapaliny protékající při daném zdvihu ventilu při rozdílu tlaku 0,10 MPa a teplotě + 15 ⁰C.

obecně: K_v = ( m³.h^-1 )

pro regulační ventily regulující průtok kapaliny: K_v = ( m³.h^-1 )

Kde:

N : konstanta daná výrobcem armatury ( m^-1. h^-1 )

S : určující průtočný průřez ( m² )

V _v : požadovaný objemový průtok za provozního stavu ( m³.h^-1 )

Δp : ztráta tlaku regulačního ventilu ( MPa )

ξ : součinitel vřazeného odporu

2) Návrh dimenzí rozvodu

výchozí pozice : soustavu rozdělíme do úseků s konstantním průtokem otopné vody.

2a) výpočet podle optimálních rychlostí

hmotnostní průtok úsekem : M = ( kg.s^-1 )

M : hmotnostní průtok úsekem ( kg.s^-1 )

Q_i : úsekem přenášený tepelný výkon ( W )

c : měrné teplo vody ( c = 4186,8 ( J.kg^-1.K^-1 )

ΔT : teplotní spád soustavy ( K )

Průměr potrubí d :

d = ( m )

w : rychlost proudění vody v potrubí – volíme

nevýhoda : nezohledňuje skutečné tlakové poměry v rozvodu

Tabulka 5.4.3 – 1: Doporučené rychlosti

Teplonosná pracovní látka	Rozsah rychlosti w ( m.s ^-1 ) (max)	Střední hodnota rychlosti w (m.s^-1 )
Teplovodní soustavy Přirozený oběh	0,05 – 0,30 (1,00)	0,20
Teplovodní soustavy Nucený oběh	0,20 – 1,00 (3,00)	0,60
Horkovodní soustavy	1,00 – 4,00	1,50

2b) výpočet podle ekonomické měrné tlakové ztráty

( Pa.m^-1 )

dosazením rychlosti :

R = ( Pa.m^-1 )

Průměr potrubí : d = ( m )

Pro vyčíslení tohoto vztahu se v praxi používají tabulky či grafy, udávající vzájemnou závislost hmotnostního průtoku, rychlosti proudění vody a měrné tlakové ztráty dle profilu potrubí.

Vhodnou volbou měrné tlakové ztráty při kontrole rychlosti proudění vody v potrubí získáme dimenze rozvodu. Volbu měrné tlakové ztráty provádíme opět podle zkušeností, příp. dle doporučených hodnot z tabulky:

Tabulka 5.4.3 - 2: Měrná tlaková ztráta

Část otopné soustavy	R ( Pa.m ^-1 )
Vzdálené vertikální potrubí od zdroje tepla, rozvody Strojoven a kotelen, potrubí s DN > 50	60 - 110
Běžné dvoutrubkové rozvody s teplotním spádem 20 – 25 ( K )	110 - 200
Rozvody pro rekonstrukce, jednotrubkové soustavy, Investičně nákladné akce ( nerez potrubí apod. )	200 - 360
Rozvody ve zvláštních případech, malé průtoky	360 - 500

2c) výpočet podle daného tlakového rozdílu

Nejpřesnější způsob návrhu dimenzí, vychází ze známého tlaku, který je k dispozici pro oběh otopné vody.
Účinný vztlak ( hodnotu stanovíme přesně ) nebo tlak čerpadla se započítaným podílem účinného vztlaku ( hodnota dána především volbou parametrů oběhového čerpadla, platí Δp_c = Δp_z.

Protože v tomto kroku hledáme profily potrubí, nemůžeme přesně stanovit tlakové ztráty vřazenými odpory, které jsou mimo jiné závislé na rychlosti proudění.

Proto si pro návrh dimenzí zvolíme, jakým podílem se na celkové tlakové ztrátě p_z podílejí ztráty vřazenými odpory p_vo.

a = ( - )

Dle zkušeností se doporučuje zvolit podíl ztrát vřazenými odpory:

Tabulka 5.4.3 – 3: Ztráty vřazených odporů

Druh soustavy - budovy	a
Venkovní dálkové rozvody	0,10 – 0,20
Otopné soustavy v rozsáhlých průmyslových budovách	0,20 – 0,30
Běžné dvoutrubkové soustavy v obytných budovách	0,30 – 0,40
Otopné soustavy v rekonstrukcích	0,40 – 0,50
Otopné soustavy s členitým rozvodem	0,45 – 0,55

Tlaková ztráta vřazeným odpory :

Z =

Tlaková ztráta třením:

R.l =

Návrhová hodnota měrné tlakové ztráty pro stanovení dimenzí potrubí:

R = ( Pa.m^-1 )

Na základě takto stanovené měrné tlakové ztráty a daného hmotnostního průtoku vyhledáme v tabulkách, případně vypočteme průměr potrubí dle:

d = ( m )

Při tomto způsobu návrhu dimenzí nám vznikají nepřesnosti. První nepřesnost vznikne při návrhu dimenzí, kdy volíme nejbližší vyráběný profil potrubí. V takto navrženém potrubí ale bude docházet k jiným rychlostem proudění i jiným tlakovým ztrátám. Druhá nepřesnost vzniká při použití výpočtu dle daného tlakového spádu odhadem podílu vřazených odporů na celkové tlakové ztrátě. Tyto nepřesnosti musíme eliminovat druhým krokem výpočtu, kde stanovíme skutečné tlakové ztráty v jednotlivých okruzích.

V odborné literatuře např. K.Laboutka, T.Suchánek : Výpočtové tabulky pro vytápění jsou uvedeny tabulky pro usnadnění výpočtu:

Tabulka měrných tlakových ztrát :

Udává závislost na průměru a průtoku média. Slouží pro určení průměru potrubí d, ve kterém proudí hmotnostní tok média M odpovídající tepelnému výkonu Q. Vstupními veličinami pro určení průměru jsou tepelný výkon a rychlost proudění teplonosné látky, výstupem jsou měrná ztráta třením R a průměr D.

Obrázek 5.4.3 – 1: Dimenzovací schéma

Tabulka 5.4.3 – 3: Součinitele vřazených odporů – hodnoty součinitelů vřazených odporů ξ, schéma pro odečítání hodnot z tabulek

Tabulka tlakových ztrát vloženými odpory umožňuje určení ztráty tlaku vřazených odporů Z pro rychlost proudění vody a součet součinitelů ξ.
Tlakové ztráty regulačních armatur bez pomocné energie Δp_v ( termostatické ventily, regulátory diferenčního tlaku ) se vyjadřují z diagramů výrobců pro hodnotu průtokového součinitele K_v ( m³.h^-1 ) a objemový průtok média V_v ( l.h^-1 ).

Obecný postup při dimenzování potrubních sítí domovních otopných soustav:

Určení pracovního tlaku.
Určení základního okruhu z pohledu tepelného zdroje.
Dimenzování základního okruhu s výpočtem tlakových ztrát třením a vřazenými odpory.
Porovnání tlakových ztrát základního okruhu a pracovního tlaku s eventuální korekcí při diferenci sledovaných hodnot.
Dimenzování ostatních úseků a okruhů.

I. Návrh potrubí dvoutrubkové teplovodní soustavy se samotížným oběhem :

Určení základního okruhu – zde část potrubní sítě, na které je z hlediska tepelného zdroje připojené nejvzdálenější a nejníže položené otopné těleso.
Specifikace úseků základního okruhu, jejich délek a celkové délky základního okruhu L_z.
Určení tepelných nebo hmotnostních toků jednotlivých úseků M_i.
Určení pracovního tlaku p_s a podílu tlakových ztrát vloženými odpory p.

Tabulka 5.4.3 – 4: Podíl tlakových ztrát a vřazených odporů

Určení předběžné tlakové ztráty třením R_p = ( 1 – p ).p_s /L_z ( Pa .m^-1 ).
Určení průměrů d_i jednotlivých úseků základního okruhu pro hodnotu měrného tření R_i a hmotnostního průtoku úseků M_i.
Odečtení skutečné měrné tlakové ztráty třením R_s úseků 1 až n a vyčíslení ztráty třením jednotlivých úseků základního okruhu.
Určení součinitelů vřazených odporů jednotlivých úseků a jejich tlakových ztrát Z.
Sumarizace hodnot tlakových ztrát třením a vloženými odpory a .
Kontrola návrhu porovnáním hodnot ztrát a tlaku. Je-li vypočtená ztráta tlaku vyšší ( menší ) než pracovní tlak, je zapotřebí zvětšit ( zmenšit ) průměry potrubí a provést nový výpočet.

II. Dimenzování potrubí nízkotlakého parního vytápění :

Je nutno dimenzovat samostatně potrubí parní a kondenzátní.

Určí se základní okruh, tvoří jej ta část sítě,na kterou je napojené nejvzdálenější a nejvýše položené otopné těleso.
Určí se pracovní tlak soustavy p_p a tlak určený ke krytí ztrát v trubní síti p_s, jenž musí pokrýt i ztráty v otopných tělesech p_v. Platí p_s = p_p – p_v ( Pa ).
Volí se podíl tlakových ztrát vřazenými odpory, běžně hodnotou p = 0,33.
Určí se hodnota předběžné měrné ztráty třením pro délku základního okruhu L_z. Pro zmíněnou hodnotu platí R_p = 0,67.p_s /L_z ( Pa.m^-1 ).
Dle předběžné ztráty se určí průměr potrubí a jeho skutečné ztráty.
Další postup je obdobný jako obecný postup dimenzování.
Kondenzátní potrubí nízkotlaké parní soustavy se dimenzuje empiricky dle tabulky.

III. Návrh potrubí dvoutrubkové teplovodní soustavy s nuceným oběhem :

Tlakové poměry určuje tlak čerpadla a tlak gravitační, který se u nízkopodlažních budov zanedbává. K dimenzování se volí metoda zvyšování rychlosti.

Určení základního okruhu. Tvoří ho část trubní sítě, na kterou je napojené nejvzdálenější a nejvýše položené otopné těleso.
Stanovení průměrů potrubí pro rychlost proudění vody, jež se volí:
- u směšovacích uzlů o hodnotě 0,4 – 0,6 (m.s^-1 )
- u otopných těles o hodnotě 0,15 – 0,25 ( m.s^-1 )
Další postup je aplikací postupu při návrhu dvoutrubkové teplovodní soustavy se samotížným oběhem.

5.4.4 Hydraulické posouzení, návrh čerpadla a vyregulování soustavy

Dynamický tlak u soustav s přirozeným oběhem je dán umístěním posuzovaného tělesa a zvoleným teplotním spádem, u soustav s nuceným oběhem je dán nalezením pracovního bodu čerpadla. Ten je dán průsečíkem charakteristických křivek otopné soustavy a čerpadla.

Charakteristická křivka otopné soustavy
– Vyjádření závislosti celkových tlakových ztrát na hmotnostním průtoku soustavou.

Charakteristická křivka čerpadla
– Závislost měrné energie Y ( J.kg^-1 ) a hmotnostního průtoku čerpadlem.

Obrázek 5.4.4 – 1: Charakteristické křivky čerpadla a potrubní sítě:

Posouzení zpravidla začínáme okruhem nejnepříznivěji položeného tělesa. Jde o okruh tělesa, ve kterém je nejnižší hodnota měrného tlakového spádu ( je u něj nejnižší hodnota tlaku, zajišťujícího oběh a zároveň největší délka rozvodu ). V okruhu přesně stanovíme tlakové ztráty a přebytek tlaku daný rozdílem dynamického tlaku a tlakových ztrát v okruhu doregulujeme nastavením regulačních armatur ( ventily u těles, regulační ventily na trase, clony v potrubí ).

Stejně postupujeme pro všechny další topné okruhy s tím, že regulační prvky již jednou nastavené ( v úsecích společných pro více okruhů ) již neměníme a bereme pevnou hodnotou.

Při návrhu složitějších otopných soustav musíme vycházet ze zásad hydraulické stability. Hydraulicky stabilní soustavy jsou ty, které jsou jako celek odolné vůči změnám:

Při nastavení lokálních regulačních armatur ( seškrcení průtoku u jednoho otopného tělesa by se nemělo nijak dramaticky projevit změnami tlakových poměrů v celé stoupačce ).
Hodnoty dynamického tlaku ( proměnná hodnota účinného vztlaku u soustav s nuceným oběhem a jeho započítávání ).

5.5 Geometrické uspořádání otopné soustavy

Musí umožňovat úplné odvodnění ( v případě odstavení v zimě ) a musí umožňovat dokonalé odvzdušnění v celém rozsahu vyspádováním rozvodů k místům vypouštění a osazením odvzdušňovacích ventilů a nádobek na nejvyšší místa soustavy.

Obrázek 5.5 – 1: Základní části otopné soustavy

1 : hlavní ležaté rozvody

2 : stoupačky

3 : podlažní ležaté rozvody

4 : připojovací potrubí k tělesům

5 : pojistné potrubí

6 : armatury

Obrázek 5.5 – 2: Dvoutrubkové otopné soustavy

přívodní a vratné potrubí
všechna tělesa pracují se stejnými teplotními parametry otopné vody
možnost individuální regulace

Jednotrubkové otopné soustavy:

Obrázek 5.5 – 3: Jednotrubková soustava horizontální – průtočné zapojení otopných těles

Obrázek 5.5 – 4: Jednotrubková soustava horizontální – zapojení otopných těles s obtokem

Obrázek 5.5 – 5: Jednotrubková soustava horizontální – zapojení se speciální armaturou

Tělesa jsou propojena sériově.
Nelze jednoznačně stanovit, jedná-li se o přívodní nebo vratné potrubí.
Teplota vstupní otopné vody pro jednotlivá tělesa klesá a tím se mění i měrný výkon jednotlivých otopných těles na jednom okruhu.
Nutnost přepočtu velikostí otopných těles podle skutečných teplot v okruhu, daných umístěním tělesa v okruhu.
Vhodně zvolenou jednotrubkovou soustavou lze dosáhnout kratších rozvodů.
Jednotrubkovou soustavu využíváme především tam, kde je možné propojit otopná tělesa okruhem mezi přívodní a zpětnou stoupačku.
Je-li přívodní a zpětné potrubí stoupaček umístěné
vedle sebe: uzavřené okruhy
za sebou : otevřené okruhy

Obrázek 5.5 – 6:
Uzavřený okruh jednotrubkové soustavy|Otevřený okruh jednotrubkové soustavy

uzavřený okruh jednotrubkové soustavy otevřený okruh jednotrubkové soustavy

Oběh otopné vody:

dvoutrubkové soustavy

přirozený
nucený

jednotrubkové soustavy

vzhledem k vyšším hydraulickým odporům se užívá nucený oběh

Měření a regulace:

Variabilnější je jednotrubková soustava:

Pro jednotlivé provozy se navrhují samostatné okruhy. Každý má vlastní regulaci výkonu na odbočce z hlavního rozvodu (např. stoupačky). Zde se též mohou umístit čidla pro měření odebraného tepla pro okruh.

dvoutrubková soustava:

Buď samostatné vedení přímo od zdroje, pak narůstá délka rozvodů.
Nebo individuální regulace a měření jednotlivých otopných těles napojených na společný rozvod.

Horizontální a vertikální soustavy

Horizontální soustavy - minimální počet stoupacích potrubí, na které jsou napojeny horizontální okruhy podlažních ležatých rozvodů s otopnými tělesy

Etážová soustava – zdroj tepla i otopná tělesa jsou v jednom podlaží

Obrázek 5.5 – 7: Horizontální dvoutrubková otopná soustava s nuceným oběhem

Obrázek 5.5 – 8: etážová horizontální otopná soustava s přirozeným oběhem

Vertikální soustavy – otopná tělesa jsou napojena přímo na stoupačky a v jednotlivých podlažích jsou u klasicky prováděných soustav vedena pouze krátká připojovací potrubí.

Obrázek 5.5 – 9: Vertikální soustava

Přechod mezi soustavou horizontální a vertikální:
– Nástup s rozvojem plastů.

- většinou jedna stoupačka, na odbočce je podlažní rozdělovač se samostatným napojením každého otopného tělesa, vedeným v podlaze.

Obrázek 5.5 – 10: Přechod mezi soustavou horizontální a vertikální

- Původně pro podlahové vytápění.

Měření a regulace

Horizontální soustavy – lépe umožňují zónovou regulaci a měření po podlažích.

Vertikální soustavy – vhodné tam, kde potřebujeme objekt regulovat např. podle světových stran fasád.

Kombinace použití – multifunkční objekt: přízemí je pronajato např. jako obchody (horizontální soustava se samostatnou regulací a měřením) a vyšší podlaží jsou napojena na vertikální soustavu, členěnou podle orientace fasád.

Umístění ležatého rozvodu

Soustavy s dolním rozvodem
– Potrubí je vedeno v nejnižším podlaží pod stropem nebo v kanálu v podlaze a na něj jsou napojeny stoupačky.

- Využití především u podsklepených budov se zdrojem tepla umístěným v nejnižším podlaží.

- Vhodná pro budovy s opakujícími se dispozicemi jednotlivých podlaží.

- V klasickém zapojení se doporučuje napojení max. 2 otopných těles na stoupačku v jednom podlaží – důsledkem je značný počet stoupaček.

- Pro měření odebraného tepla jednotlivými otopnými tělesy se používá převážně poměrových měřičů tepla.

Soustavy s horním rozvodem
– Rozvod je uložen např. v půdním rozvodu, nebo je zdroj tepla umístěn na střeše objektu.

- U moderních budov s plochou střechou bez technického podlaží přináší řadu komplikací.

Kombinovaný rozvod
– Použití ve speciálních případech např. dvoutrubková etážová soustava s přirozeným oběhem ( přívodní pod stropem, vratné potrubí při podlaze ).

Geometrické uspořádání ležatého rozvodu

Větevný ( protiproudý ) rozvod
– Vratné potrubí je vedeno ve stejné trase jako přívodní potrubí.

- Součet délky přívodního a vratného potrubí se mění podle vzdálenosti stoupačky od zdroje.

- Znevýhodnění stoupaček, umístěných na koncích větví rozvodů z hlediska tlakových ztrát.

Obrázek 5.5 – 11: Protiproudý rozvod

Souproudý ( Tichelmannův )rozvod
– Vratné potrubí je vedeno paralelně s přívodním potrubím tak, že pro každé místo rozvodu je součet délky přívodního a vratného potrubí konstantní.

- Využívá se tam, kde je možno rozvod zokruhovat a nevzniká místo, kde by byly 3 trubky vedle sebe.

- Stejné tlakové poměry pro všechny stoupačky zajišťují i vysokou hydraulickou stabilitu soustavy.

Obrázek 5.5 – 12: Tichelmannův rozvod

5.6 Armatury a pojistná zařízení

Odběrná místa pro vytápění a technologické odběry tepla se vybavují :

hlavními uzávěry
měřením spotřeby tepla, teplot a přetlaků
kontrolním měřením tlakového rozdílu
seřizovací armaturoou

Odběrná místa pro dodávku TV se vybavují :

hlavními uzávěry
měřením teplot a přetlaků
odběry pro kontrolní měření tlakového rozdílu
po dohodě s dodavatelem TV úpravou pro kontrolní měření cirkulačního průtoku
seřizovací armaturou

U ohřívačů, u kterých je voda ohřívána teplonosnou látkou o vyšší teplotě než 100 ⁰C nebo elektřinou, plynem a solární energií, musí být pojistný ventil umístěn v pojistném místě na straně teplé vody. Pojistný ventil dimenzovat na páru.

5.6.1 Armatury a součásti zdrojů

Základní armatury – zajišťují elementární funkce:

Uzavírací
– pouze pro manuální uzavírání průtoku, dle konstrukce se dělí na:

- přímé a šikmé uzavírací ventily do DN 50

- speciální šikmé uzavírací ventily vybavené vypouštěním umožňující napojení na proporcionální regulátory

- klínová a plochá šoupata

- kulové kohouty

Pojišťovací
– slouží k jištění tlaku u zdrojů tepla a tlakových nádob

Zpětné
– umožňují jednosměrný průtok teplonosné látky

- zpětné ventily závitové a přírubové pro vodu a páru

- zpětné klapky přírubové pro vodu a páru

Odvaděče kondenzátu
– jsou vybaveny lapačem nečistot a plošným membránovým ventilem, zajišťujícím automatické odvádění kondenzátu.

Filtry
– slouží pro zachycení hrubých nečistot v topné vodě nebo páře, jsou osazované obvykle před čerpadla a regulační armatury.

Ručně ovládané regulační armatury
– osazují se na patách svislých větví ( smyček ) trubních systémů v provedení tzv. smyčkové vyvažovací armatury jako:

Šikmé vyvažovací škrtící ventily
– vsazované obvykle do přívodního potrubí umožňující hydraulické vyrovnání svislých větví nastavením předepsané tlakové ztráty, umožňují měření tlaku, uzavírání, plnění a vypouštění svislého potrubí.

Proporcionální regulátory diferenčního tlaku ( základní ) vsazované do vratného potrubí, vybaveny impulzním vedením, napojeným na šikmou uzavírací armaturu v přívodu, umožňují hydraulické vyrovnání svislých větví a udržení stálé tlakové diference v okruhu.

Automaticky ovládané armatury
Zajišťují nejen základní funkci, ale především plynulou nebo přerušovanou regulaci průtoku topné látky v závislosti na variabilních podmínkách odběru tepla, dle konstrukce klapky a ventily.

Regulační klapky
Třícestné směšovače ( MIX ), umožňují přimíšení části objemového průtoku vratné topné látky do přívodního potrubí a tím i kvalitativní regulaci.

Čtyřcestné rozdělovače ( DUOMIX ), zajišťující rozdělení objemového průtoku přiváděné vody do topného a vratného potrubí.

Regulační ventily
Přímé ( dvoucestné ) , zajišťují kvantitativní regulaci škrcením průtoku, vybavené speciálními elektronickými obvody plní též funkci havarijních a regulačních uzávěrů.

Třícestné, konstrukčně řešené jako směšovací, zajišťující kvalitativní regulaci, nebo rozdělovací, umožňující kvantitativní regulaci.

Armatury měřící
- teploměry

- tlakoměry

- vodoměry

Čerpadla
– se stupňovitou regulací otáček ( tříotáčková a čtyřotáčková )

- s plynulou regulací otáček

Hydraulické vyrovnávače tlaku ( hydraulické spojky ) : osazují se do kotlového okruhu a zajišťují:

Anulování přebytečného dynamického tlaku kotlových čerpadel.
Hydraulické oddělení trubního systému soustavy od okruhu zdroje.

Rozdělovače
Prvky osazené mezi tepelný zdroj a otopnou soustavu, slouží k napojovaní jednotlivých distribučních okruhů soustavy.

klasické : rozdělovač a sběrač
sdružené : umožňují spojení rozdělovače a sběrače do společné sestavy k napojení jednotlivých funkčních okruhů

5.6.2 Bezpečnostní zařízení pro uzavřené soustavy

Zabezpečení proti překročení nejvyšší provozní teploty.
Zabezpečení proti překračovaní nejvyššího provozního tlaku
pojistné ventily:
- není-li zdroj tepla dodáván s pojistným ventilem, musí být instalován v soustavě co nejblíže zdroji tepla

- pojistný ventil navrhujeme na celkový tlak vzniklý v soustavě nebo její části

- min DN je DN 15

- pojistné ventily musí otevřít při tlaku nepřesahujícím nejvyšší návrhový tlak soustavy a být navrženy tak, aby nejvyšší provozní tlak nebyl překročen o více než 10%

- musí být namontovány tak, aby tlaková ztráta v přívodním potrubí nepřesáhla 3% a tlaková ztráta ve výfukovém potrubí byla nižší než 10% nastaveného tlaku pojistného ventilu

- musí být umístěny na přístupném místě, buď na zdroji tepla nebo v jeho těsné blízkosti na výstupním potrubí ze zdroje tepla. Uzavírací armatura nesmí být mezi zdrojem tepla a pojistným ventilem.

- odlučovače vody a páry nejsou nutné tehdy, je-li každý zdroj tepla vybaven dodatečným omezovačem teploty a dodatečným omezovačem tlaku
Omezovače tlaku
Zabezpečení proti nedostatku vody
Tlakové expanzní nádoby

Bezpečnostní zařízení pro otevřené tepelné soustavy

Otevřená expanzní nádoba
Zpětné pojistné a expanzní bezpečnostní potrubí

Není-li uvedeno v montážních předpisech výrobce uvedeno jinak je:

pojistné potrubí : d_s = 15 + 1,4 ( mm ) ale ne méně než 19 ( mm )

expanzní potrubí : d_fe = 15 + 1,0 ( mm )

Φ : jmenovitý tepelný výkon zdroje tepla ( kW )

5.7 Funkce expanzních nádob

Slouží pro vyrovnání objemové roztažnosti vody v soustavě. Rozeznávají se dva typy.

Expanzní nádoby otevřené: umísťují se v nejvyšším bodě otopné soustavy. Mají volnou hladinu, na kterou působí atmosférický tlak.

Nevýhoda – musí se hlídat stav hladiny vody v nádobě a pravidelně se voda musí dolévat.

Expanzní nádoby uzavřené: víceúčelové expanzní nádoby zajišťují přetlak pomocí vzduchového polštáře ve svislé nádobě s vestavěnou membránou obsahující vodu. Zařízení zajišťuje automatické vyrovnání objemových změn, udržování přetlaku, odvzdušňování a doplňování vody automaticky pomocí řídící mikroelektroniky.

Obrázek 5.7 – 1: Princip tlakové expanzní nádoby, firma Reflex

Obrázek 5.7 – 2: Nabídka tlakových expanzních nádob, firma Reflex

Shrnutí kapitoly

Právě jste úspěšně zvládli snad nejobtížnější a nejnáročnější kapitolu, ve které jste se dozvěděli, jak pevně doufám, mnoho zajímavého o systémech vytápění, seznámili jste se s principem dimenzování trubních sítí, máte přehled o pojistných zařízeních pro otopné soustavy. Blahopřeji!

Vytisknout | Nahoru ↑