Výpočet otopné soustavy radiátorů – termohydraulické vyvážení

Po výpočtu tepelných ztrát jednotlivých místností následuje krok návrhu otopné soustavy. Tedy termohydraulické vyvážení. Zvolíme klasickou dvoutrubkovou soustavu pro snadnou optimalizaci teplotního spádu a minimalizaci nároků na oběhová čerpadla. Problematika je přehledně popsána na stránkách http://www.topimechytre.cz/hydraulicke-vyvazeni.html , zde řešíme výpočet totožné problematiky.
Zvolíme tedy sestavení 

nebo v jiném podání

Do žlutých polí souboru http://kondenzace.kvalitne.cz/kks/navrh-radiatoru-a-stoupacek-vzor.xlsx dosazujeme předpokládané typy radiátorů(sloupec B, nominální výkon tělesa v režimu 75/65/20), průměry(sloupecJ) a délky(L) propojovacích trubek, požadované topné výkony(sloupec AA)  a nátokovou teplotu (buňka R36)
Soubor po jakékoliv změně okamžitě vypočte znovu celou soustavu.
Tedy okamžité teploty stoupaček (sloupce Q a R) a zpáteček (sloupce T a U) v jednotlivých bodech, přednastavení ventilů (sloupce Z a AE) i tlakové poměry (sloupec N a Y). Jednoduše tak najdeme optimální řešení jak z finančního, tak i technicky realizačního pohledu.
Výpočty pak sledujeme v přehledných grafech. Tedy vlevo dole rychlost průtoků v m/s) jednotlivými částmi stoupačky před a po iteraci), dalším grafem jsou průtoky vody jednotlivými tělesy v kg/hod a následují přehledy přednastavení ventilů jednotlivých těles pro ventily Korado pro 6stupňové provedení a pro 8stupňové. Dalším částečně zobrazeným grafem nahoře je konvergence iterace a její vliv na přesnost výpočtu.
Na tomto obrázku máme optimální přizpůsobení topné soustavy deseti těles o výkonu 1 kW (75/65/20) propojené postupně po 2,5 metrech stoupačkou a zpátečkou vnitřního průměru 16 mm (měď 18ka) s požadovaným topným výkonem 400 W na těleso.  Tedy taková průměrná zima, většina období. Kondenzační kotel nastavíme na teplotu 52°C (buňka R36) a a zjistíme optimální škrcení jednotlivých radiátorů vyjádřené pomocí stupnice přednastavení ventilů dle výsledků sloupce AE. Tedy u 6 polohového Korada na koncovém tělese 3,58 tedy č 4 a na prvním tělese u kotle 2,345  tedy č.3. Neznamená to, že toto přednastavení použijeme. Ještě musíme vypočítat podmínky pro maximální požadovaný výkon soustavy.

Na dalším obrázku máme tutéž topnou soustavu ale požadujeme od ní téměř maximální výkon. Zjistíme, že je třeba zvolit nátokovou teplotu 70°C a zpátečka do kotle bude 55,9°C. Většinu zimy tedy bude kondenzační kotel pracovat s účinností 95%, pouze při dosažení výpočtových teplot spadne na 90%. Nároky na čerpadlo budou 8,4 kPa. Všímavějším neunikne, že přednastavení je nyní na koncových tělesech až 5,88 což pro termohlavici výrazně snižuje autoritu. Proto přepíšeme v buňce Y37 hodnotu z  0,8 na 4 kPa a všechny ventily se nám vejdou pod č.4. Nároky na čerpadlo se logicky zvednou z 8,4 kPa (buňka N39) na 11,6 kPa ale to za správnou funkci termohlavic stojí. Nyní tedy máme vypočtená přednastavení, která zajistí požadované výkony těles a samozřejmě nezpůsobí zbytečné zkraty.
Nahrazování nomogramů výpočtovými vztahy zavádí nepřesnost typicky pod 1%. Vzhledem k tomu, že řada parametrů (např. průměry trubek) je volitelná v krocích po 1,25 průměru  resp. 1,55 násobek průtoku, je dosažená přesnost více než dostačující.
Obdobnou tématikou se zabývají články http://www.tzb-info.cz/4657-aktivni-uspory-tepla-metodou-termohydraulickeho-reseni-pro-21-stoleti-i-dil
Výpočty jsou stejné, ale na rozdíl od konkurenčního výpočtu se v tomto dá kroutit hlavicemi, tedy nastavovat individuální výkony dle potřeb uživatele. Stačí zadat požadovaný výkon do buňky AA26 pro poslední radiátor až po AA35 pro první radiátor u kotle. Výkon je samozřejmě myšlen VČETNĚ topného výkonu přilehlých trubek (vyhláška č. 193/2007 Sb.).  Je tedy zřejmé, že kromě rychlého výpočtu má tento soubor i velký význam edukativní. Jednoduše si ověříte, jak spolu souvisí tlakové nároky na čerpadlo, dosažitelný teplotní spád i regulační schopnosti termohlavic. Nejasnosti prosím jako vždy do diskuze či emailem. Upřesním, lépe popíšu. V řádcích 26 až 35 je proveden jednoduchý výpočet klasickou metodou řazení jednotlivých prvků. Výsledek se pak metodou matematické iterace – celkem 40x – přibližuje požadavku s odchylkou typicky pod promile. Výsledky již optimalizované soustavy jsou v řádcích 44 až 53 a důležité části jsou pak přehledně zaneseny do již popsaných grafů. V konečné realizaci je třeba připočíst k tlakovým nárokům na čerpadlo i vliv místních odporů navýšením výsledku o typicky 10-20%.Bezchybnost výsledku i shodných výpočtových algoritmů byla potvrzena i nedávnou diplomovou prací zveřejněnou zde http://vytapeni.tzb-info.cz/teorie-a-schemata/16028-vliv-tepelnych-ztrat-rozvodu-a-ochlazovani-otopne-vody-na-navrh-otopne-soustavy  (výpočet diplomové práce zde ) V tomto excelu si navíc přehledně uvědomíte topné výkony jednotlivých stoupaček i regulační schopnosti termoventilů. Okamžitě zjistíte i co se stane, když v některých místnostech topení vypnete. Pokud něco není intuitivně zřejmé ( v řádcích 1-19 je podrobný popis) stačí napsat email josvav@volny.cz a tabulku vyplním a odešlu zpět.
Výpočtový excel vznikl především pro optimalizaci topné soustavy připojené ke kondenzačnímu kotli pro zajištění maximální účinnosti. Jeho užití je ale vzhledem k častému informačnímu šumu i mezi odborníky též výrazně edukativní. Ukazuje se, že nepochopení požadavků na individuální teplotu uživatele je jev dlouhodobý. např. zde.
Požadavek „nekroutit hlavicemi“ lze pochopit pouze v případě , kdy je soustava navržena bez jakýchkoliv rezerv. Pak je samozřejmě nejekonomičtější a současně splní normu. nikoli však přání uživatele.

Z některých diskuzí vyplývá ne zcela dokonalé pochopení pojmů. Proto se ještě jednou pokusím nesrovnalosti popsat.
Výpočet je komplexní a přesný a samozřejmě správný. To ostatně potvrzuje nejen srovnání s modelovým příkladem, ale i řada testů, které můžete provést.
Test první je zadat nulové délky spojovacích vedení(L26 – L35). Tím pádem se výpočet zjednoduší na triviální metodu pouhého výpočtu radiátorů a jejich přednastavení. Vypočtete i rychlost proudění jednotlivých úseků a můžete tak intuitivně volit správné průměry trubek.
Radiátory vypočtete na maximální požadovaný výkon a vznikne tak vhodné přednastavení(např. č.5). Pokud tento výkon nepotřebujete, například při oslunění, termohlavice sama zajistí snížení průtoku a vypočtené přednastavení vychází např. č.3. Neznamená to, jak se někteří domnívají, že budete hýbat s přednastavením. To necháte na č.5 a termohlavice sama zajistí přiškrcení průtoku odpovídající číslu 3.
Je tak plně zajištěna regulace topných výkonů přesně dle požadavků.

Test druhý je doplnit délky úseků a nechat topit pouze poslední radiátor. Vypadnou tak topné výkony jednotlivých trubek.
Správnost obou testů lze ověřit běžně známými výpočty. Nicméně pro získání důvěry a „osahání“ programu jsou velmi užitečné.
Nyní můžeme zadat všechny parametry a optimalizaci svěřit iteračnímu výpočtu. Když chcete něco, co uskutečnit nelze, prostě se to neuskuteční. K porovnání dosažitelnosti výsledku slouží sloupec AD26-AD35, kde máte dostat číslo blízké 1. Je to rychlá kontrola požadavků. Pozor také na požadovaný tlak čerpadla.
Velmi zajímavé je porovnání dvojtrubkové soustavy s elektrickou sítí. Při bližším prozkoumání zjistíte, že se jedná o velmi podobné jevy, kde „všechno souvisí se vším“. Když soused rozbíhá cirkulárku, vám pohasnou světla. Pokud ale máte stabilizátor, pohasnutí nezjistíte. Roli „stabilizátoru“ přebírají v případě topné soustavy termohlavice a zajistí tak správné výkony bez ohledu na svit slunce či rozmar sousedů. Každý si topí podle svého přání a pro snížení teploty v ložnici nemusí otvírat okna. Stačí, když posune teplotní nastavení na termohlavici. Výpočty i letitá praxe efektivních úspor to dokazují.
Že nejsem zdaleka sám, kdo prosazuje efektivní řešení, dokazuje již před sedmi lety diskutující zde.  Vypočtené soustavě uživatelské nastavení logicky vadit nemůže. Umí totiž snížit topný výkon vlivem nečekaných slunečních i jiných zisků a logicky zvládne i snížené požadavky uživatelů.

Čistě pro zajímavost můžeme vypočítat, jak by dopadla soustava bez vyregulování, tedy všechna přednastavení na max. a sundané termohlavice. Výkon tělesa u kotle(č.10) je vyšší než nominální, i s trubkami 1190W, a výkon nejvzdálenějšího tělesa je pouhých 850W, opět i s trubkami. Tedy pokles výkonu o 30%. Vyregulování soustavy má tedy opravdu význam.
Vztahy mezi Kv ventilů a přednastavením naleznete např.  zde

Neseřízená soustava, všechny ventily na max.
Seřízená soustava.

Abychom si ještě lépe přiblížili význam seřízení, porovnáme tutéž neseřízenou soustavu se seřízenou:

soustava                         neseřízená     seřízená
Výkon posledního radiátoru  85%        100%
Výkon prvního radiátoru     120%          100%
potřebný tlak čerpadla     10,7 kPa      10,3 kPa
Teplotní spád zdroje            75/63          75/58
Průtok topné vody       753 kg/hod   503 kg/hod
Seřízení tedy díky absenci hydraulických zkratů klade nižší nároky na čerpadlo a lépe využívá teplotního spádu topného zdroje.

V neposlední řadě nás mohou zajímat i časové průběhy a ustálení systému po zapnutí. Varianta se stálým výkonem a přerušováním v souvislosti s teplotou zpátečky je zpracována zde http://kondenzace.kvalitne.cz/kks/nabeh%20radiatoru.xlsx
Stačí měnit jako obvykle hodnoty žlutých polí.
Na stránce http://kondenzace.kvalitne.cz/text1/ je alternativní popis problematiky.
Že lze vhodným nastavením otopné soustavy dosáhnout i vysoké sezónní účinnosti a dlouhé životnosti samozřejmě dokazuji již řadu let. Konečně na to přišel i výrobce. Platí samozřejmě pro každého výrobce, nejen pro Viadrus.

Dejte pozor na použité materiály. Hliník v otopné soustavě může být vážný problém. https://vytapeni.tzb-info.cz/provoz-a-udrzba-vytapeni/16008-pravo-a-znalec-zavzdusnovani-otopnych-soustav

.termohydraulické vyvážení je názorně ukázáno na dalších dvou obrázcích. Jako první je nastavení ventilů „všechno na max.

a další obrázek je termohydraulické vyvážení

Dávat vše na max je samozřejmě špatně. Pokusíme se to pochopit na vzorovém příkladu přizpůsobení otopné soustavy ke kondenzačnímu kotli. Tělesa topí nerovnoměrně (první o polovinu!! víc, než poslední), čerpadlo musí hnát 489 kg/hod (3x víc!!) s tlakem 5 kPa (3 x víc). Kotel topí 50/42 (o 5% menší účinnost).
Při seřízení, což v tomto případě znamená přiškrtit postupně radiátory ke kotli až na přednastavení 2,63 (tedy č.3) vytvoří rovnoměrné výkony všech těles, celkem 9x menší čerpací práci a hlavně!! kotel topí 50/30 , tedy s vyšší účinností a životností díky kondenzaci. Topí naplno všechny za 20 minut. U neseřízené soustavy ten první topí naplno už za 3 minuty a ještě víc se tak zdůrazňuje nerovnoměrnost vytápění.
………
počítadlo.abz.cz

1 komentář u „Výpočet otopné soustavy radiátorů – termohydraulické vyvážení“

Napsat komentář

Kondenzační kotel vyladěný na maximum. Vše o topení, účinnosti a distribuci tepla.