Regulace topných a chladicích systémů (V)

Hlavním účelem balančních ventilů je vyvážení hydraulických okruhů topných a chladicích systémů. Dosažení hydraulické rovnováhy umožňuje ostatním komponentům okruhů, jako jsou regulační ventily nebo výměníky tepla a chladu, pracovat za optimálních podmínek.

Tento článek navazuje na

• úvodní díl seriálu vzorových řešení topných, chladicích a vodovodních instalací, který obsahuje úvod k regulaci topných a chladicích systémů a první příklad: Soustava s proměnným průtokem, typické využití pro fan-coilové jednotky topných-chladicích systémů a všech druzích koncových jednotek (např. AHU)
• článek Regulace topných a chladicích systémů (II) obsahuje druhý příklad: Soustava s proměnným průtokem, typické využití u povrchových topných-chladicích systémů, kde se používá totéž zařízení pro topení i chlazení
• článek Regulace topných a chladicích systémů (III) obsahuje třetí příklad soustavy s proměnným průtokem s přímočinnou regulací teploty v místnosti, kde je proměnný průtok v rozvodném potrubí a stálý diferenční tlak v obou větvích nezávisle na oscilacích tlaku v soustavě. Tak se redukuje většina nežádoucího nadprůtoku a eliminují se problémy s hlučností při běhu na částečnou zátěž.
• článek Regulace topných a chladicích systémů (IV)popisuje vzorové řešení pro soustavu s proměnným průtokem, typickou u dvoutrubkových soustav velkoplošného vytápění (stěnové či podlahové vytápění) s rozdělovači a individuální regulací teploty v místnosti, u které zaručujeme proměnný průtok v distribuční síti a stálý diferenční tlak na obou manifoldech nezávisle na dočasném zatížení a na oscilaci tlaku v soustavě.

Soustava s proměnným průtokem s automatickou regulací teploty v systému distribuce teplé vody

U této aplikace^*) je zajištěn proměnný průtok v DHW cirkulačním potrubí a stálá teplota na výtoku nezávisle na vzdálenosti od zásobníku vody a na aktuální spotřebě horké vody. Tak se snižuje množství cirkulované vody. S dodatečným příslušenstvím je možná termální desinfekce.

Systémová analýza

1 Návrh

• ZJEDNODUŠENÝ VÝPOČET je nutný pro přímočinné regulační ventily, Kvs a autoritu ventilu
• Zjednodušený hydraulický výpočet nutný – jen ohledně potrubí
• Není nutný výpočet přednastavení
• Výpočet výtlačné výšky čerpadla dle nominálního průtoku

2 Provozní náklady

• NÍZKÉ čerpací náklady ^F)
• Tepelné ztráty v oběhovém potrubí jsou minimalizovány
• Vhodná je optimalizace výtlačné výšky čerpadla ^J)
• Přímočinné (proporční) regulační ventily – zaručují stálou stáčecí teplotu ^Z)
• Znovuuvedení soustavy do provozu ^C) není nutné
• Vysoká účinnost boileru díky vyššímu ΔT v soustavě

3 Investice

• Investiční náklady ^I) – STŘEDNÍ: MTCV je dražší než manuální ventil (krátký reakční čas)
• NIŽŠÍ instalační náklady ^I) – partnerský ventil není třeba ^N)
• Uvedení soustavy do provozu není nutné ^B)
• Doporučuje se čerpadlo s proměnnými otáčkami ^S) (konstantní tlaková charakteristika)

4 Navrženo pro rychlou instalaci

• Stabilní teplota oběhu, vysoký komfort
• Vyvažování při plné i částečné zátěži – VELMI DOBRÉ
• Čerpadlo s proměnnými otáčkami a dobrou účinností boileru/mrazícího zařízení zajišťuje úsporu energie ^T)

5 Jiné

• Žádný nadprůtok, cirkulující průtok odpovídá aktuální potřebě (v případě využití, přívodní potrubí je horké, MTCV omezuje cirkulaci)
• Spravedlivé účtování nákladů díky stejné stáčecí teplotě (v případě použití TMV)
• S dodatečným příslušenstvím je možná termální desinfekce

Soustava s proměnným průtokem a automatickou regulací teploty systému distribuce teplé vody

U této aplikace^*) je zajištěn proměnný průtok v DHW cirkulačním potrubí a stálá teplota na výtoku nezávisle na vzdálenosti od zásobníku vody a na aktuální spotřebě horké vody. Tak se snižuje množství cirkulované vody. S dodatečným příslušenstvím je možná termální desinfekce.

Systémová analýza

1 Návrh

• ZJEDNODUŠENÝ VÝPOČET nutný pro ventily s přímočinnou regulací: Kvs a autorita ventilu
• Zjednodušený hydraulický výpočet nutný – jen s ohledem na potrubí
• Není nutný výpočet přednastavení
• Výpočet výtlačné výšky čerpadla dle nominálního průtoku

2 Provozní náklady

• NÍZKÉ čerpací náklady ^F)
• Tepelné ztráty v oběhovém potrubí jsou minimalizovány
• Vhodná je optimalizace výtlačné výšky čerpadla ^J)
• Přímočinné (proporční) regulační ventily – zaručují stálou stáčecí teplotu ^Z)
• Znovuuvedení soustavy do provozu ^C) není nutné
• Vysoká účinnost boileru díky vyššímu ΔT v soustavě

3 Investice

• Investiční náklady ^I) – VYSOKÉ: ohledně regulačního vybavení (dražší MTCV a CCR, dále (nepovinně) ventil k míchání teplot a ovládání desinfekce)
• NIŽŠÍ instalační náklady ^I) – partnerský ventil není třeba ^N)
• Uvedení soustavy do provozu ^B) není nutné
• Doporučuje se čerpadlo s proměnnými otáčkami ^S) (konstantní tlaková charakteristika)

4 Navrženo pro rychlou instalaci

• Stabilní oběhová teplota, vysoký komfort
• Vyvažování při plné i částečné zátěži – VELMI DOBRÉ
• Čerpadlo s proměnnými otáčkami a dobrou účinností boileru/chladícího zařízení zajišťuje úsporu energie ^T)

5 Jiné

• Žádný nadprůtok, cirkulující průtok odpovídá aktuální potřebě (v případě využití, přívodní potrubí je horké, MTCV omezuje cirkulaci)
• Spravedlivé účtování nákladů díky stejné stáčecí teplotě (v případě použití TMV)
• Termální desinfekce ^Q) soustavy je vynikající – programovatelná a optimalizovatelná
• Záznam teplot pomocí CCR2

NEDOPORUČENÁ APLIKACE (nesprávná funkce, provozní problémy, neefektivní)

Soustava s konstantním průtokem s manuálním vyvažováním v systému distribuce teplé vody

U této aplikace^***) je zaručen konstantní průtok v distribuci teplé vody nezávisle na aktuální spotřebě vody.

Systémová analýza

1 Návrh

• TRADIČNÍ VÝPOČET ^A): Kvs manuálního seřizovacího ventilu
• Komplikovaný výpočet požadovaného průtoku v okruhu, podle tlakové ztráty teplé vody a cirkulačním potrubí
• Výpočet výtlačné výšky čerpadla dle nominálního průtoku

2 Provozní náklady

• VYSOKÉ čerpací náklady ^F) – čerpadlo se stálou rychlostí
• Velké TEPELNÉ ZTRÁTY v okruhu potrubí
• Není možná optimalizace čerpadla ^J)
• Opětovné uvedení soustavy do provozu ^C) je nutné
• Nižší efektivita boileru či výměníku tepla kvůli vysoké teplotě vratné vody

3 Investice

• Investiční náklady ^I) – NÍZKÉ (levné MBV, čerpadlo se stálou rychlostí)
• Vyšší instalační náklady ^I) – jsou nutné partnerské ventily ^N)
• Uvedení soustavy do provozu je nutné ^B)

4 Navrženo pro rychlou instalaci

• Nestálá stáčecí teplota ^ZQ) (závisí na vzdálenosti od nádrže DHW ^M))
• Vyvažování při plné i částečné zátěži – PŘIJATELNÉ
• Čerpadlo s proměnnými otáčkami se nedoporučuje, velké tepelné ztráty v potrubí – ŽÁDNÁ úspora energie ^T)

5 Jiné

• VYSOKÝ NADPRŮTOK, cirkulující průtok je konstantní a nezávislý na aktuální spotřebě
• Spravedlivé rozúčtování nákladů není možné kvůli různým stáčecím teplotám
• Čerpadlo zpravidla předimenzováno
• Tepelná dezinfekce ^Q) soustavy je drahá

---

Poznámky

*Doporučený – správná funkce, vysoká efektivita

**Přijatelné – správná funkce, méně účinné

***Nedoporučuje se – nesprávná funkce, provozní problémy, neefektivní

A Tradiční výpočet: Pro správnou regulaci musíme vzít v úvahu dvě hlavní charakteristiky; autoritu regulačního ventilu a tlakovou ekvivalenci před každou koncovou jednotkou. Z tohoto důvodu musíme spočítat požadovanou hodnotu kvs regulačních ventilů a brát celý hydraulický systém jako jednu jednotku.

B Uvedení do provozu: Musíme spočítat požadované nastavení manuálního a automatického seřizovacího ventilu tradičním výpočtem, nežli předáme budovu uživateli. Musíme se ujistit, že průtok odpovídá požadovaným hodnotám. Proto (kvůli nepřesnosti instalace) musíme zkontrolovat průtok v měřících bodech a případně provést nápravu.

C Znovuuvedení systému do provozu: Občas je třeba provést znovu kontrolu (např. v případě změny funkce a velikosti místnosti, regulace ztráty tepla a tepelných zisků).

D Kompenzační metoda uvedení do provozu: Speciální zprovozňovací procedura, pokud je použit partnerský ventil ke kompenzování výkyvů manuálního seřizovacího ventilu (pro více informací kontaktujte Danfoss).

E Dobrá autorita: Autorita je velikost deferenčního tlaku, který zpomaluje úbytek tlaku v regulačním ventilu a porovnává se s dostupným diferenčním tlakem

a =  Dp MCVDp MCV + Dp potrubí/jednotek

Autorita je dobrá, pokud je hodnota min. 0,5–0,6.

F Čerpací náklady: Výdaje, které musíme zaplatit za spotřebovanou energii čerpadla.

G Konstantní průtok: Průtok v systému či jednotce, který se po celé období provozu nemění.

H Syndrom nízkého ΔT: Je výrazný hlavně u systémů chlazení. Pokud nelze zajistit potřebné ΔT v systému, účinnost chlazení dramaticky klesá. Tento symptom se ale může objevit i v systémech vytápění.

I Investiční (instalační) náklady: celá finanční částka, kterou musíme zaplatit za danou část instalace (v případě srovnání musíme vzít do úvahy veškeré náklady na implementaci včetně instalace a jiných příslušenství).

J Optimalizace čerpadla: V případě elektricky řízené spotřeby čerpadla lze redukovat výtlačnou výšku čerpadla do bodu, kde je zajištěn v celém systému požadovaný průtok, ale spotřeba energie klesne na minimum.

K Oscilace teploty v místnosti: Reálná teplota v místnosti se po celou dobu odchyluje od nastavené teploty. Oscilace je velikost této odchylky.

L Žádný nadprůtok: Stálý průtok koncovou jednotkou odpovídá žádoucímu průtoku, bez nadprůtoku.

M DHW: Rozvody teplé vody (Domestic Hot Water).

N Partnerský ventil: Dodatečný manuálně seřizovací vetil je dobé využít pro zajištění správného vyvážení ve všech větvích.

O Proměnný průtok: Průtok v systému soustavně kolísá podle aktuální zátěže. Závisí na externích okolnostech jako je sluneční svit a interní tepelné zisky či obsazenost místnosti.

P Chybějící obtok: V případě aplikace FCU s 3cestným či 4cestným ventilem, MBV na obtokové větvi chybí. Tak není možné vyrovnávat tlakovou ztrátu v FCU v obtokové větvi. Průtok pak nebude stejný.

Q Termální desinfekce: V systémech DHW se dramaticky zvyšuje počet bakterií Legionella při teplotě blízké stáčecí teplotě. Ta způsobuje nemoci a může vést i k úmrtí. Proto je nutná pravidelná desinfekce. Nejjednodušším způsobem je zvýšit teplotu v DHW nad ~60–65 °C. Při takové teplotě se bakterie zničí.

R EPBD: Energetický výkon dle stavební směrnice (Energy Performance of Building Directive) – podle doporučení 2002/91/EK, které je v EU povinné od 2. ledna 2006. Tento předpis pojednává o úsporách energie a o revizích systémů.

S Pohon s proměnnými otáčkami (Variable Speed Drive, VSD): Oběhové čerpadlo je vybaveno vestavěným či externím elektronickým regulátorem, který zajišťuje konstantní, proporční (či paralelní) diferenční tlak v systému.

T Úspora energie: Snížení nákladů na elektrickou a nebo tepelnou energii.

V Skupina: 2–4 ks koncových jednotek řízených jedním teplotním signálem.

W Přepínání: V systémech, kde topení a chlazení nemůže fungovat současně, musí systém přepínat mezi těmito režimy provozu.

X Třída „A“: Místnosti jsou klasifikovány podle toho, jaké poskytují pohodlí (norma EU). „A“ je nejvyšší třída s nejmenší oscilací teploty a nejlepším pohodlím.

Y Stabilní teplota v místnosti: Lze jí dosáhnout proporčním přímočinným či elektronickým regulátorem. Tato aplikace brání oscilacím teploty v místnosti díky hysterezi on/off termostatu.

Z Teplota na výtoku: Teplota, která se okamžitě objeví, jakmile se otevře kohoutek.