Termohydraulika

Termohydraulika = úspory tepla

Termohydraulika je výpočetní topenářská metoda stojící na samém vrcholu pomyslného boje o úspory tepla. Jako první svého druhu umožňuje pracovat s průtoky teplonosné látky, které splňují současně funkční i ekonomické požadavky na vytápění. Termohydraulika rovněž vyvinula nové algoritmy návrhu akčních prvků regulace. Podstatně přesnější, s vyšší funkční spolehlivostí a přinášející vyšší energetickou účinnost.

U termohydraulicky navržených soustav za všech okolností platí, že okamžitý tepelný výkon těles odpovídá okamžité potřebě tepla v příslušných místnostech. Potřeba tepla je proměnná. Její výše se mění v čase a určuje ji rozdíl aktuálních hodnot tepelných ztrát a působících tepelných zisků. Jinými slovy počasí a uživatelské chování.

K zajištění projektované vnitřní teploty termohydraulika v první řadě využívá tepelných zisků. Metabolické teplo, solární záření nebo teplo vznikající při provozu domácích spotřebičů. Teprve chybějící část potřebné energie je odebírána z otopné soustavy. Pro dosažení tepelné pohody jsou tak preferovány zdroje, za které není třeba platit. Od teplárenských společností se nakupuje jen a pouze nezbytné minimum.

Termohydraulika – princip

Termohydraulický projekt komplexně řeší hydraulické a termické podmínky pro optimální funkci dynamických soustav. Zejména pak vzájemné vztahy řídicích a řízených veličin včetně výchozího nastavení všech regulačních prvků a teplotních čidel. Od toho se automatické regulační procesy odvíjejí.

Tepelné ztráty a tepelné zisky mají jedno společné. Jejich působení se projevuje změnou teploty vzduchu. A to jak vnitřního, tak venkovního. Obě zmíněné teploty termohydraulika bere za řídicí veličiny regulačních procesů.

Zatímco podle venkovní teploty se řídí kvalitativní složka regulace (ekvitermní), vnitřní teplota je určující pro kvantitativní složku (TRV). První upravuje teplotní parametry teplonosné látky, druhá její množství prostřednictvím zdvihu kuželek TRV. Činnost obou složek výkonové regulace je zkoordinovaná a zajišťuje tak požadovanou úroveň vytápění v koncových bodech soustav a rozvodných sítí.

Současně jsou stabilizovány průtoky přenesením hlavního podílu regulace do podstatně účinnější kvalitativní složky a jsou optimalizovány teplotní i průtokové parametry teplonosné látky.

Termohydraulika tak představuje dokonalý nástroj pro řešení oboru.

Aktivační teploty vzduchu “t_v” vytápěných místností, řídící zdvih kuželek TRV, jsou stanoveny pro konkrétní tepelně technické vlastnosti budovy. Stejně tak průběh teplotních parametrů “t_pj” a “t_zj” v závislosti na okamžité venkovní teplotě “t_ej” . Otopná soustava, rozvodná síť a všechny statické i dynamické regulační prvky pracují s průtoky “G_kor” , kterými je korigován úbytek energie na trase od zdroje ke všem jednotlivým spotřebičům, a které jsou určovány z reálných teplot “t_pjr” a “t_zjr” teplonosné látky. Takto zajištěným přenosem tepla jsou aktivována teplotní čidla TRV v úrovni zdvihů kuželek, při kterých reálné tlakové ztráty odpovídají projektovaným hodnotám a je zajištěn soulad mezi teplotami “t_pj” a “t_zj” .

Podmínky úsporného provozu

Jak již bylo zmíněno, termohydraulika představuje nejefektivnější cestu ke snížení nákladů na vytápění. Očekávám, že po přečtení této věty, kdekdo namítne, a co zateplování? Jistě, i zateplování má v úsporách tepla své místo, ale řeší ho úplně jinak. Na odlišném principu než na jakém je založena regulace otopných soustav. Hovoříme-li o úsporách tepla, mějme proto na paměti, že existují dva různé přístupy k jejich dosažení. Aktivní a pasivní.

Pasivní úspory tepla

Pasivní varianta spočívá v omezení úniku tepla z vytápěných prostor ven. Patří sem zateplování nebo výměna oken. Z pohledu energetické účinnosti má poměrně nejistý výsledek. Je prokázáno, že pouhé snížení tepelných ztrát se paradoxně v konečné spotřebě tepla nemusí vůbec projevit. O tom, kolik spotřebováváme, totiž nerozhoduje, kolik tepla z domu uniká, ale kolik ho dovnitř přichází. A na to nemá sebelepší okno ani sebetlustší polystyren žádný vliv.

Aktivní úspory tepla

Pokud se ovšem zaměříme na vstupy do objektu, jde o druhou z variant. Dosažení aktivních úspor tepla v úrovni tepelných zisků vyžaduje naplnění všech podmínek energetické rovnosti. Včetně řešení vztahů mezi řídicími a řízenými veličinami kombinovaných regulačních procesů a sdílení tepla mezi otopnou soustavou a vytápěným prostředím.

A takto komplexně problematiku řeší výhradně termohydraulika, která splňuje fyzikální podmínky pro docílení úspory tepla prostřednictvím regulační techniky. Žádný jiný výpočetní postup není schopen ušetřit srovnatelný objem tepelné energie, potažmo sumu nákladů na její pořízení.

Shrneme-li charakteristické vlastnosti termohydraulicky řešených soustav a sítí, pak splňují všech šest podmínek, při kterých jsou tepelné zisky regulační technikou plně zpracovány a využity k vytápění.

1. Průtoky teplonosné látky musejí garantovat požadovaný přenos tepla ke všem spotřebičům.

2. V celém otopném systému (včetně sítí) musí být shodná střední teplota teplonosné látky.

3. Tlakové ztráty musejí být funkčně přiřazeny k řídicím teplotám a teplota vody co nejnižší.

4. Poruchovou veličinou kombinované regulace tepelného výkonu mohou být jen tepelné zisky.

5. Obě složky kombinované regulace vytápění musejí pracovat koordinovaně.

6. Soustava musí být vyvážena v koncových bodech, nikoliv na počátku společně připojených (a termicky regulovaných) spotřebičů tepla, jak to činí hydraulické vyvažování.

Asi není třeba zdůrazňovat, že platit musí všechny současně. Představa, že při splnění třech ze šesti dosáhnete polovičního úspěchu, je velkým omylem.

Teploty přívodní vody „t_p“ i teploty vody ve zpátečce „t_z“ průtokem otopnou soustavou postupně klesají. Vzhledem k tomu, že pro funkci kvalitativní regulace je nezbytná jednotná výše střední teploty vody „t_s“, musí se ochlazení na trase mezi zdrojem a spotřebiči důsledně zohlednit při výpočtu průtoků teplonosného média „G“ v jednotlivých úsecích otopné soustavy. Jedině tak bude zaručen požadovaný přenos tepla ke všem odběrným místům. Těmto průtokům odpovídá nastavení radiátorových armatur „N“ a termostatických hlavic „NH“. Má-li být vše správně, musejí být průtoky správné! Termohydraulika to umí, klasika nikoliv.

Termohydraulika a její přínosy

Zákazník pořízením  termohydraulického projektu získá podklad pro přesné seřízení regulační techniky v rámci otopné soustavy. To je základní podmínkou nejvyšší energetické účinnosti vytápění, potažmo předpokladem pro snižování spotřeby tepelné energie. Optimální pracovní parametry teplonosné látky na výstupu z tepelného zdroje jsou projektem jasně definovány a minimalizovány na úroveň ekonomického provozu.

Průtoky jsou určovány z reálných teplot topné vody. Ve výpočtu jsou dále zohledněny výkonové charakteristiky konkrétních druhů otopných těles v závislosti na množstevních a teplotních parametrech média. Otopná soustava včetně všech statických i dynamických regulačních prvků pracuje s průtoky, kterými je korigován úbytek energie na trase od zdroje ke všem jednotlivým spotřebičům.

Provozní výhody

Objekty s termohydraulicky navrženými soustavami nejsou zatíženy neekonomickými zkratovými průtoky u koncových spotřebitelů. Rozvody tepla při provozu nehlučí a zdroje tepla mohou pracovat bez jinak nutné rezervy tepelné a hnací energie čerpadel, potřebné k vytápění koncových bodů soustav a sítí.

Správnou aktivací lokálních teplotních čidel tepelným působením vlastní otopné soustavy jsou stabilizovány hydraulické poměry. Tlakové ztráty jsou funkčně přiřazeny k řídicím teplotám. Diference v průtocích se projevují pouze ve výši okamžitých tepelných zisků, což u klasicky projektovaných soustav nelze zajistit.

Nízkoteplotní parametry též podstatně sníží dilatační namáhání materiálu. Prodlouží se tak životnost všech komponent, sníží se uvolňování plynů a omezí hlučnost. Umožní to rovněž jednodušší aplikaci energeticky efektivních technologií. Kondenzačních kotlů nebo tepelných čerpadel.

Díky optimalizaci teplotních i průtokových parametrů topné vody lze v případě dodatečného zateplení objektu zachovat původní průtoky, vypočtené ještě před zateplením. Vyladění teplotních parametrů se přímo váže k velikosti otopných ploch. Termohydraulika umožňuje soustavám i po zateplení pracovat s původní velikostí otopných těles.

Přímo projektované aktivní úspory tepla

Termohydraulicky řešená dynamická soustava v reálném provozu poprvé zajišťuje podmínky pro dosažení požadované návratové teploty k bodu směšování, která je v souladu s hodnotami otopové křivky. Znamená to, že máme plnou kontrolu nad vyrobenou a spotřebovanou tepelnou energií v průběhu dynamického procesu regulace.

Dokážeme tak zajistit maximální provozní efektivitu. Účinek regulačního zásahu provedený ve zdroji se projeví shodně u všech spotřebičů společně připojených k síti. Účinnost lokální kvantitativní i centrální kvalitativní regulace se přitom blíží metě 100 %. Termohydraulika garantuje nejvyšší úspory tepla.

Optimalizace pracovních parametrů prvků otopných soustav odstraňuje neekonomické opakování zátopových stavů. Díky nejnižší možné teplotě teplonosné látky v rozvodné síti potom klesají ztráty při distribuci tepla a současně je eliminována jeho nadbytečná výroba ve zdroji.

Schopnost cílevědomě vyrábět, distribuovat a regulovat přímo vlastní teplo je v oboru vytápění věc zcela nová. Od základů měnící přístupy k řešení otopných soustav. Zásluhou termohydrauliky se otevřela cestu ke skutečně ekonomickému vytápění.