Obnova rozvodov teplej vody v bytových domoch

1. Komplexná obnova bytového fondu a výzvy v energetickej efektívnosti

V súčasnosti sa čoraz častejšie stretávame s komplexnou obnovou bytového fondu, ktorá zahŕňa zatepľovanie obytných budov, termostatické vyregulovanie vykurovacích sústav a rozsiahlu výmenu potrubných systémov. Do týchto úprav sú investované nemalé finančné prostriedky, od ktorých obyvatelia oprávnene očakávajú značné úspory a citeľné zníženie nákladov na bývanie.

Preukázateľné úspory sa dosahujú najmä vďaka zatepleniu a regulácii vykurovania, zatiaľ čo výmena potrubí zaručuje bezporuchovosť a zlepšenie hygieny. Paradoxne, v rámci týchto energetických úspor sa často prehliada jeden kľúčový segment, kde potenciál na zníženie nákladov ostáva nevypočutý, alebo je naopak prehĺbený. Teplá voda (TV) totiž predstavuje v objektoch na bývanie významnú energetickú položku. Pri nesprávnom návrhu alebo prevádzkovaní môže jej príprava dosiahnuť náklady porovnateľné, niekedy dokonca vyššie, než náklady na samotné vykurovanie. Kým vykurovacia sústava je dnes efektívne regulovateľná (termostatické ventily a merače umožňujú kontrolu spotreby a teploty), pri zásobovaní teplou vodou je situácia zložitejšia. Komfort zabezpečuje cirkulačné potrubie, ktoré je síce energeticky nevýhodné kvôli neustálym tepelným stratám, no je nevyhnutné pre rýchlu pohotovosť odberu a správnu funkciu meracích zariadení. Spotrebiteľ pritom nemá na výtoku možnosť regulácie teploty. Prečo je teda regulácia teplej vody na stúpačkách kľúčová? Genéza vývoja systémov TV viedla od nefunkčných cirkulačných potrubí k nútenému obehu, ktorého funkčnosť sa stala povinnou po zavedení meracej techniky. Tieto historické zmeny poukazujú na fakt, že optimálna prevádzka teplej vody si vyžaduje systémový prístup, ktorý jediný dokáže premeniť investície do obnovy bytov na skutočné a komplexné úspory energií pre ich obyvateľov.

Tab. č.1: Potreba teplej úžitkovej vody s teplotou 55°C

2. Problémy a regulácia rozvodov teplej vody (TV)

Zarastanie Potrubia a Tlakové Limity

Rozvody teplej vody (TV) sú špecifické problémami spojenými so zarastaním potrubia (inkrustáciami). Ak je potrubie vo veľmi zlom stave, vyváženie systému nie je niekedy možné previesť z dôvodu nedostatočného tlaku na regulačných ventiloch. Typickým prejavom neúnosne zarasteného potrubia môže byť napríklad minimálna tlaková strata aj pri regulačnom ventile, ktorý je plne otvorený. Najvhodnejší čas na kontrolu systému meracími ventilmi je v období minimálneho alebo nulového odberu TV.

Návrh Cirkulácie podľa Noriem

Pre návrh cirkulácie teplej vody existujú rôzne metodiky.

Slovenská Technická Norma (STN)

Podľa normy STN 73 66 55 sa postupuje nasledovne:

„Cirkulačné potrubie zariadení na ústredný ohrev teplej vody sa dimenzuje na prevádzkový stav bez odberu vody tak, aby teplota vody v najnepriaznivejšie inštalovanom výtoku neklesla pod prípustnú hodnotu.“

Predbežný návrh svetlosti: Po ňom sa vykoná hydraulické posúdenie.

Overenie: Musí sa preukázať, že tlakové straty v cirkulačnom potrubí sú menšie ako tlak, ktorý zabezpečuje prúdenie vody v tomto potrubí.Tento spôsob návrhu je považovaný za exaktný.

Nemecká Norma (DIN)

Na rozdiel od STN, norma DIN 1988 navrhuje cirkulačné potrubie empiricky. Keďže slovenská norma nie je záväzná, je možné použiť aj iné normy. Obeh cirkulujúcej vody zabezpečujú čerpadlá, pričom rýchlosť vody v potrubí sa typicky pohybuje na úrovni ≤ 0,5 m.s-1. Na vyregulovanie systému sa používajú regulátory tlaku s vnútornou plochou z červeného bronzu.

Možné miesta osadenia regulátorov:

• na každom pripojovacom potrubí
• na najvyššom mieste stúpacieho potrubia
• na päte stúpacieho potrubia

Typy Regulačných Armatúr (Regulátorov Tlaku):

• Regulátory tlaku možno podľa konštrukcie rozdeliť na:
• S mechanickým nastavením prietoku: Klasické ručné nastavenie prietoku – statické vyregulovanie.
• Termostatické ventily: Otvárajú sa automaticky pri poklese teploty (zaistenie minimálnej hygienickej teploty) – dynamické vyregulovanie.
• Kombinácia – spojenie mechanického a termostatického ventilu do jedného ventilu – staticko dynamické vyregulovanie.
• Regulačné ventily spojené s prístrojmi: Tie slúžia na zisťovanie a nastavenie tlaku.

3. Kľúčové oblasti rekonštrukcií v bytových domoch

Rekonštrukčné práce v bytových domoch sa primárne zameriavajú na riešenie kritických technických problémov v spoločných priestoroch, ktoré ovplyvňujú kvalitu a bezpečnosť bývania.

Hlavné technické výzvy v spoločných priestoroch:

Komplexná výmena rozvodov:

• Nahradenie starých potrubí vo spoločných priestoroch a inštalačných šachtách (vodovodné, kanalizačné a plynové potrubia).

Optimalizácia dodávky vody:

• Riešenie problému nedostatočného prietoku v nepriaznivo uložených stúpačkách.
• Riešenie nedostatočného tlaku v celom rozvode vody.

Zabezpečenie teploty TV:

• Riešenie problému nedostatočnej teploty teplej vody na výtokoch u užívateľov.

Zmena zdroja TV:

• Implementácia riešenia samostatného zdroja tepla na ohrev teplej úžitkovej vody (TV).

Dôležitosť odborných  zásahov v bytoch

Popri týchto závažných problémoch v spoločných rozvodoch je nutné nezanedbať aj rekonštrukcie realizované v rámci jednotlivých bytových jednotiek.

Upozornenie: Častou príčinou vážnych škôd na majetku susedov a celého bytového domu sú neodborné zásahy a nekvalitne prevedené rekonštrukcie v bytoch, ktoré sa vykonávajú bez riadneho projektu a dostatočnej kvalifikácie. Takéto chyby môžu viesť k rozsiahlym škodám.

3.1. Výmena starých rozvodov v spoločných priestoroch a inštalačných šachtách

V objektoch bytovej výstavby minulých rokov sa používali oceľové potrubia na rozvod studenej vody, teplej vody, cirkulácie a plynu. Pôvodná časť kanalizačnej sústavy zvislých potrubí je zvyčajne z azbestocementu. V novom stave môžu podľa nárokov a požiadaviek objednávateľa nastať rôzne varianty :

Studená, teplá voda a cirkulácia – plast, plyn – oceľ, kanalizácia – plast

Studená voda – plast, teplá voda a cirkulácia – oceľ, plyn – oceľ, kanalizácia – plast

Všetky potrubia – oceľ, kanalizácia – plast

V poslednom čase sa v nemalom množstve v bytových domoch postupne navrhuje aj medené potrubie. Nebudem sa zaoberať vlastnosťami jednotlivých materiálov potrubí, iba určitými zásadami, na ktoré sa nemá zabudnúť. Bez ohľadu, aké dimenzie mal pôvodný rozvod, je potrebné potrubnú sieť nanovo prepočítať a nadimenzovať. Prípojné potrubia do bytov môžu zostať ako v pôvodnom projekte.

Ak sa nové potrubia navrhujú oceľové, dimenzie v rozvodoch sa zväčša zhodujú s pôvodným projektom. Pri plastových a medených potrubiach sú nové potrubia menšej dimenzie. Pri plastových potrubiach je potrebné rátať s väčšou rozťažnosťou potrubia, ako pri pôvodných oceľových potrubiach a preto sa nanovo musia navrhnúť kompenzátory a vhodne uložiť pevné body uchytenia potrubí. Preto je veľmi dôležité, pre aký druh plastového materiálu sa rozhodneme. Pri návrhu plastových potrubí sa nesmie zabudnúť na uzemnenie zariaďovacích predmetov v bytoch, keďže pôvodné uzemnenie je väčšinou na oceľovom potrubí studenej, alebo teplej vody.

Pri vnútorných rozvodoch plynu v bytových domoch je tiež potrebný výpočet dimenzií, keďže pôvodné rozvody boli dimenzované na svietiplyn a v súčasnosti (aj do budúcna) sa dodáva zemný plyn. Vo výškových budovách sa často nachádza regulátor tlaku, ktorý pre rozvod zemného plynu už nemusí byť ( do 13 podlaží objektu).

3.2.           Riešenie nedostatočného prietoku v nepriaznivých stupačkách

Nedostatočný prietok v stúpacom potrubí studenej a teplej vody môže mať viacej dôvodov, ktoré sú všeobecne známe. Základom je obhliadka rozvodov v objekte a posúdenie dimenzií rozvodu. Treba vylúčiť mechanické prerušenie, alebo pritlmenie toku média v potrubí, alebo v armatúre. Zistiť, odkedy sa táto závada ukazuje, či je dlhodobá, alebo nárazovo sa ukazujúca. Posúdením tlakových strát so vstupným tlakom môžeme vylúčiť nesprávne dimenzie rozvodu.

3.3.            Riešenie nedostatočného tlaku v rozvode

Postupujeme podobne ako v prípade nedostatočného prietoku. Na vstupe je potrebné zistiť vstupný tlak, parametre čerpadla a regulačného ventilu a posúdiť s jestvujúcim rozvodom.

 

3.4.            Riešenie nedostatočnej teploty na výtokoch u užívateľov

Riešenie tejto závady môže mať niekoľko príčin, ktoré postupne je potrebné vylúčiť. Môže to byť – nedostatočný prietok v rozvode, nedostatočný zásobník, malý výkon čerpadla, nesmieme zabudnúť aj na kontrol funkčnosti cirkulačných potrubí. Vylúčením jednotlivých príčin sa pristupuje k riešeniu problému. Často je na vine hydraulika vnútorného rozvodu, ktorá po rokoch užívania zmenila svoje parametre. Vtedy je vhodným riešením kompletná výmena potrubí (hlavne ležatých častí) a hydronické vyregulovanie stúpacích rozvodov.

3.5.            Riešenie samostatného zdroja tepla na ohrev vody

Pri rekonštrukciách budov sa stretávame s požiadavkou samostatného zdroja teplej vody. Rieši sa v kombinácii s novou kotolňou – časť ústredného vykurovania, alebo samostatne napojené na jestvujúci vykurovací okruh ÚK.

Pri tejto rekonštrukcii je potrebné poznať cyklus odberu teplej vody počas dňa, skutočnú spotrebu za predošlé obdobie a na tieto hodnoty navrhnúť optimálny zásobník, prípadne prietokový ohrev (podľa možností, vhodnosti, veľkosti spotrebiska a požiadaviek objednávateľa).

4.      Regulácia rozvodov teplej vody

Systémy teplej vody bez správneho vyregulovania v jednotlivých okruhoch spôsobujú dodávateľom aj odberateľom problémy, ktoré súvisia s nesprávnymi teplotechnickými a tlakovými parametrami dodávanej vody. K zaisteniu správnej teploty aj v dobe minimálneho odberu je zavedená cirkulácia teplej vody. Dnes prichádza do úvahy iba nútená cirkulácia. Pretože dimenzie potrubí sú dané pri špičkovom odbere TV, je možné rozloženie teplôt a tlakov v rozvode TV ovládať iba nastavením prietoku cirkulácie.

Základné usporiadanie armatúr na stúpacom potrubí teplej vody je zrejmé z nasledovných obrázkov. Navrhnuté spätné ventily na odbočkách do odberného miesta slúžia k zabráneniu prieniku studenej vody do teplej vody cez zmiešavacie armatúry. Zátka slúži na prípadné osadenie odvzdušňovacej armatúry – automatického odvzdušňovacieho ventilu v prípade, ak sa byt na poslednom podlaží nebude dlhšiu dobu využívať.

Obr.2 : Zostava armatúr na stupačke teplej vody

Regulačné ventily na pätách stupačiek rozvodu TV môžu byť:

Samočinné ventily – pracujú samočinne, pokiaľ je dostatočná hydraulická rezerva pre stanovenú zvolenú teplotu. Pokiaľ tomu tak nie je, nedávajú informáciu o skutočných hydraulických možnostiach rozvodu a teda dosiahnutej teplote cirkulácie. Nastavená teplota sa potom musí znižovať dovtedy, až kým sa všetky osadené armatúry dostanú do regulačného režimu. Nedávajú informáciu o hydraulických pomeroch, o rezervách diferenčného tlaku, o možnostiach úspory čerpacej práce. V prípade poruchy na rozvode TV neumožňujú prevedenie diagnostiky.

Vyvažovacie ventily – sú lacnejšie a musia sa nastaviť pomocou špeciálneho prístroja. Nastavuje sa na nich prietok, nie teplota. Teplotu je však možné zmerať. Vyvažovací ventil dáva úplné informácie o hydraulických pomeroch rozvodu, je možné ľahko previesť korekciu výpočtu, prípadne optimálne nastavenie cirkulačného čerpadla. Umožňujú v prípade poruchy cirkulácie previesť diagnostiku rozvodu. Použitie je nevyhnutné pri rozsiahlych a vetvených rozvodoch TV, kedy je potrebný aj protokol o nastavení ventilov.

Regulačné ventily – je lacnejšia varianta s najväčším množstvom nedostatkov. Použitie je možné iba tam, kde je známa hydraulika rozvodu. Merať teplotu vody je možné iba kontaktným teplomerom. Nedávajú žiadne informácie o skutočnej hydraulike rozvodu. Použitie je iba pri nových rozvodoch malého rozsahu.

Termostat do cirkulácie – je to termostatický škrtiaci ventil pre cirkulačné potrubie teplej vody s obehovým čerpadlom, v podobe proporčného regulátora bez pomocnej energie.

Rozvodné časti majú byť zo špeciálnej mosadze odolnej voči vyplavovaniu zinku.   Termostaty sú umiestnené na cirkulačnom potrubí – na každej päte stúpačky. Nevyregulované okruhy sa vyznačujú nerovnomernou teplotou teplej vody na odberných miestach. Spôsobené je to chladnutím vody v potrubiach. Teplá voda preteká vo zvýšenej miere cez bližšie stúpačky. Koncové rozvody majú dlhšiu trasu pre prúdiacu vodu. Z tohto dôvodu majú vyšší odpor čo má za následok nižší prietok a vyššie vychladnutie. Inkrustácia v potrubiach spôsobuje nárast odporu v sieti. Systém je otvorený a počas prevádzky sú náhodné odbery, ktoré komplikujú diagnostikáciu. Pre hydraulické vyváženie sa uvažuje spravidla, že v systéme nie je odber TV, teplota vody na vstupe je vyhovujúca, beží cirkulačné čerpadlo.

Regulácia cien a zavedenie merania spotreby teplej vody malo za následok pokles spotreby teplej vody v bytovom sektore. Nepriaznivý účinok sa prejavil u výrobcov teplej vody zväčšením objemu cirkulovanej vody naspäť do vymenníkových staníc, jej následné dohrievanie bez adekvátneho odberu. Tým cena za m³ teplej vody stúpa. Tieto problémy v tepelnom hospodárstve je potrebné riešiť systematicky.

Znižovanie teploty TV na výstupe z ohrievačov – pokiaľ výrobcovia nemajú dostatočné rezervy v teplote TV na výstupe z ohrievača, potom sa porušuje dodávková norma. V zmysle ustanovenia Vyhlášky 206/1991 Zb. teplota na výstupe u užívateľa musí byť najmenej 45 °C.

Prerušovanie dodávok v noci – dochádza ku vychladnutiu veľkého množstva vody problémom nie je len nábeh dodávky, ale aj čas prerušenia dodávky pre obyvateľov pracujúcich v noci.

Prerušovanie dodávok na niekoľko dní  – je vhodné opatrenie z ekonomického hľadiska, nepriaznivo vplýva na komfort obyvateľov a obnova je tým komplikovanejšia, čím horšie je hydraulické vyregulovanie TV v okruhu vymenníkovej stanice.

5.      Prevádzkové nedostatky teplej vody

Prevádzkové poruchy teplej vody sa prejavujú najčastejšie v celkovom vyúčtovaní za spotrebovanú teplú vodu. Užívateľ je zaskočený cenou za odobraté množstvo teplej vody, prípadne je prekvapený množstvom pretečenej vody.

Tieto prevádzkové nedostatky sú spôsobené:

• neefektívnym odberom teplej vody (odpojenie časti užívateľov od jestvujúceho rozvodu). Pôvodný rozvod dimenzovaný na určité množstvo, má znížený odber a prevažná časť teplej vody sa bez adekvátneho odberu vracia do ohrievača. Špecifická spotreba teplej vody sa zvyšuje.
• nezaizolovanými, alebo nekvalitne zaizolovanými rozvodmi rozvodmi teplej vody – vznik tepelných strát v rozvodoch, dodávaná aj cirkulovaná voda je príliš vychladnutá
• pretláčaním studenej vody do teplej cez miešacie batérie – absentujúci spätný ventil na odbočke zo stupačky – zvýšený odber.
• nedodržiavanie doby na ciachovanie vodomerov na teplú vodu – tri roky
• priebežná kontrola pomerových meračov teplej vody- vylúči sa hromadenie chyby merača teplej vody – včasná diagnostika

6.      Činitele vplývajúce na kvalitu dodávky teplej vody

Projekčné chyby :

• nesprávne navrhnutý rozvod cirkulácie TV
• nedostatočná akumulácia (resp. výkon ohrievača v odberových špičkách)

Prevádzkové nedostatky :

• inkrustácia v rozvodoch
• nesprávne prevádzkované útlmy pri dodávke TV
• stav tepelných izolácií
• nevhodné (chýbajúce) hydraulické vyregulovanie rozvodov

Závažným nedostatkom tohto riešenia je, že väčšina nevyregulovaných rozvodov nie je schopná zabezpečiť na vstupe do odberných miest rovnakú teplotu TV. Spravidla vznikajú poruchy v cirkulácii, kde je nutné zdĺhavé odpúšťanie vody „kým dotečie teplá voda“. Množstvo odpustenej vody je merané aj napriek tomu že nespĺňa parametre TV. Ďalšou nepriaznivou vlastnosťou je rôzna teplota v odberných miestach.

Správne fungujúca cirkulácia by mala byť preukázaná pred alebo po rekonštrukcii, alebo pri novom objekte meraním teploty vody na výtoku.

Pre rýchle zistenie správnosti funkcie rozvodu teplej vody a cirkulácie vypracovalo VUT Brno (Dr. Pospíchal) metódu, ktorá spočíva v zaznamenávaní priebehu teploty vytekajúcej vody v závislosti na čase od začatia odberu.

Výsledkom je graf, uvedený nižšie.

krivka č. 1 – je prípad správne fungujúcej cirkulácie

čas od bodu A do bodu B je čas potrebný na odpustenie vody z prípojky, nahriatie potrubia a ustálenie tpeloty teplej vody na výtoku

krivka č. 2 – je prípad nesprávne fungujúcej cirkulácie, keď teplota vody je dlhú dobu neustálená

Takéto meranie by sa malo previesť v rôznych bodoch rozvodu, na viacerých miestach, aby sa overila správnosť hydraulického vyváženia cirkulácie TV.

Hydraulické vyregulovanie rozvodov TV zabezpečuje jednak správne parametre teplej vody a tiež znižuje špecifickú spotrebu energie. Teoreticky vypočítaná spotreba tepla 0,18738 GJ/m3 potrebná na ohriatie 1 m3 je čisto teoretická. V skutočnosti táto špecifická spotreba je vždy vyššia. Niekedy táto hodnota dosahuje aj násobky vypočítanej hodnoty. Spôsobuje to nevyregulovaný systém teplej vody, tepelné straty a znížená spotreba teplej vody (spotreba od zavedenia pomerových meračov vody značne klesla).  Fakty o hydraulickom vyregulovaní TV a následných úspor sú :

• pri zníženom odbere TV sa uzavrú regulačné ventily na stúpačke cirkulácie do doby, kým teplota vody neklesne na požadovanú teplotu. Až vtedy sa cirkulácia otvorí a nastáva obeh vody.
• regulovaním prietoku v cirkulačnom potrubí sa nezaťažuje zdroj – ohrievač na teplú vodu.
• zmenšia sa straty tepla, zastaví sa zbytočný obeh teplej vody v systéme
• obeh vody bude iba v nutných prípadoch pri útlme odberu (napr. v nočných hodinách)
• skutočná špecifická spotreba tepla na prípravu TV sa priblíži ku teoretickej.

7.       Záver

Pri médiách ako je elektrina a plyn je spôsob priamej dodávky konečnému spotrebiteľovi celkom bežný. Merače sú umiestnené na vnútornom rozvode, ktorý nie je vo vlastníctve obyvateľstva, ale vo vlastníctve prenajímateľa. Po technickej stránke by nemali byť závažné prekážky pre dodávku vody (studenej aj teplej) priamo ku konečnému spotrebiteľovi. Problémom je snáď iba technické vybavenie, ktoré s rozvojom meracej techniky a s možnosťou prenosu dát do miesta prístupných pre dodávateľa umožní podmienky priamej dodávky , ktoré sa stanú zrovnateľné s elektrinou. (Legislatívne nie je zakázaná priama dodávka konečnému spotrebiteľovi, ale nie je stanovená táto priama dodávka ako povinnosť).

Požiadavkou prípravy TV je zaručiť, aby prevádzka zariadenia bola technicky optimálna a hospodárna. Taktiež je potrebné, aby obsluha na zariadení a prípadná oprava bola technicky možná a aby bola sprístupnená kontrola predpísaných zabezpečovacích zariadení a armatúr. Systém má byť opatrený regulačnými armatúrami zaisťujúcimi požadované ohriatie TV a zabezpečujúce neprehriatie systému.