20 let vynálezu VIPA - 1 miliarda úspor

V roce 1979 se i v tehdejším Československu začínalo hovořit o nutnosti šetření energií a protože jediná neměřená energie bylo teplo pro vytápění a ohřev vody v bytové oblasti, proklamovalo se měření a rozúčtování nákladů na vytápění v bytech panelové výstavby, kde se využívalo dodávky tepla z ústředních zdrojů. Podle hesla: "Nejlacinější je energie ušetřená" a podle vzoru tehdejšího souseda SRN se správně předpokládalo, že hlavní motivací k šetření teplem v bytech bude levné poměrové měření, které zajistí aby jeden uživatel bytu neplatil za teplo, které jiný uživatel bytu proplýtvá otevřeným oknem.
V rámci Vysoké školy strojní a textilní v Liberci, dnešní Technické univerzity, byl v roce 1980 přihlášen vynález (PV 313-80) a v roce 1981 zahájen fakultní výzkumný úkol "Racionalizace spotřeby energie", jehož jednou částí bylo měření tepla v bytové oblasti. V té době už byl znám fyzikální děj využitelný pro konstrukci poměrového indikátoru, tehdy nazývaného "rozdělovače topných nákladů" podle německého "Heizkostenverteiler". Při hledání vhodného českého názvu pro tento druh technické pomůcky byl pro naši potřebu zaveden název "podílový měřič", později "podílový indikátor".
Nejprve byla provedena podrobná analýza vlastností tehdy ze zahraničí známých poměrových indikátorů, s cílem vyvinout nový patentově čistý indikátor z tuzemských surovin, perspektivní s ohledem na budoucí možnost hromadného sběru dat elektronickým způsobem, ale za přijatelnou cenu. Byly prověřeny vlastnosti tehdy v zahraničí nejpoužívanějších indikátorů odpařovacích a elektronických, umístěných na otopném tělese. Tím byl zmapován stávající stav techniky v oboru poměrového rozdělování nákladů na vytápění bytů ze společného tepelného zdroje. Současně byla prověřována možnost aplikace nadějného fyzikálního jevu, získaného z výsledků vojenského výzkumu. Tímto jevem je závislost optické hustoty - denzity transparentní látky na teplotě a času. Této závislosti v grafické podobě se říká vyhřívací charakteristika, která se dá přirovnat k odpařovací charakteristice indikátorů pracujících na principu odparu. Po prověření několika druhů skel, mezi nimiž byly např. český křišťál, sodnodraselné tabulové sklo nebo aluminofosfátové sklo, byla možnost zkonstruovat a vyrobit první variantu podílového indikátoru označeného VIPA. Měla být zachována nízká cena při co nejlepších vlastnostech a vyhnout se nedostatkům zjištěným u stávajících indikátorů odpařovacích a elektronických. Samotný indikátor nemůže obsahovat elektronickou část z důvodů cenových, tedy byl ponechán vlastní indikátor co nejjednodušší (čidlo, objímka, pouzdro) a drahá elektronika - denzitometr vznikl jako samostatný měřicí přístroj, který vystačí k vyhodnocení mnoha indikátorů a tím se jeho relativně vysoká cena jen málo projeví v ceně indikátoru. Tím byl získán indikátor citlivý jako elektronický, ale laciný jako odpařovací.

Z německých norem DIN 4713/14, které byly vytvořeny pro odpařovací a elektronické indikátory, dnes převzaté jako ČSN EN 834 a 835 nám bylo známo, že významnou vlastností je prostup tepla z otopného tělesa k měrné kapalině v ampuli odpařovacího indikátoru, s kterou mají tamní výrobci a aplikátoři značné starosti. Tato tzv. hodnota "c" musela být ověřena pro každý typ otopného tělesa a to ještě nezaručovalo, vlivem mechanických tolerancí, přesnost i u stejného typu otopných těles. Projektovaný indikátor byl tedy koncipován jako objímka na zpětné potrubí na výstupu z otopného tělesa v jeho těsné blízkosti. Tím se vyloučil vliv tvaru otopného tělesa na hodnotu "c" a tuto hodnotu představující soustavnou chybu systému se podařilo snížit minimálně o jeden řád. Tomu ovšem musel předcházet teoretický výzkum i celá řada praktických měření. Bylo třeba prozkoumat jak závisí teplota zpětného potrubí na parametrech vytápěcího systému (tedy na tepelném výkonu otop. tělesa v návaznosti na tepelné ztráty vytápěné místnosti a na teplotě místnosti při teplotě venkovní). Výsledky ukazují, že teplota zpátečky koresponduje s teplotou venkovní a teplotou místnosti přibližně lineárně zejména při nižších venkovních teplotách. U vyšších venkovních teplot, kdy intenzita topení je nízká, se mírná nelinearita projevuje na výsledku zanedbatelně. Porovná-li se citlivost odpařovacích indikátorů s citlivostí vyvíjeného denzitometrického typu, který má rozsah až 1000 dílků, pak odpar za jeden rok činí v průměru 10 mm a u nízkoteplotních otopných soustav ještě méně. Experimentálně bylo zjištěno, že odečet 10 dílků při uzavřeném topení (pokojová teplota) se vlivem velké teplotní roztažnosti měrné kapaliny u otevřeného ventilu otopného tělesa změnil na 7 dílků. To je chyba odečtu 30%. O této vlastnosti se v materiálech výrobců ani v normě DIN nic neuvádí. Zavedení elektronického odečtu denzitometrem koncipovaným jako samostatné měřicí zařízení, neomezené ani prostorem ani cenou, se ukázalo jako šťastný krok. Díky jeho vysoké citlivosti jsme získali trojciferný měřicí rozsah s reprodukovatelností 1 dílek bez jakékoliv teplotní závislosti. Skleněné čidlo, původně destička Ø 10 x 4 (mm) nyní 9 x 34 x 2,1 (mm) umožnilo zkonstruovat malý indikátor sestavený jen z několika dílů.

Denzitometr VIPA PM-3

Již při prvním experimentálním nasazení v terénu v roce 1982 bylo oponenty vyčítáno, že údaj indikátoru je po celé měrné období u použivatele anonymní, na rozdíl od indikátorů odpařovacích, kde je stupnice viditelná, takže nájemník plynule vidí jak topí a může podle toho topení regulovat! Bylo známo, že vypovídací hodnota odpařovacích indikátorů je velmi nízká, ale teprve podrobnější rozbor a zejména zkušenosti s odpařovacími indikátory v českých bytech ukázaly, že je téměř nulová, případně dokonce negativní. Tato "iniciativa" však byla impulsem k vážnému zamyšlení nad problémem průběžné informace pro uživatele bytu, dokonce již od okamžiku instalace poměrového indikátoru. Ze změny teploty vratné vody průkazně vyplývá, že je ukazatelem ekonomického chování uživatele bytu a tím využitelná nejen pro poměrové měření ale i pro přímou informovanost uživatele bytu. Již vyvinutý indikátor byl doplněn o teplotní čidlo, jehož stupnice není cejchována ve ^oC ale označena bezrozměrnou číselnou hodnotou, podobně jako u termostatických ventilů. Vzhledem k existenci závislosti mezi teplotou zpětné vody, teplotou vytápěné místnosti a venkovní teplotou bylo možné indikátor doplnit nomogramem poměrné spotřeby (výkonu) v závislosti na venkovní teplotě. Uživateli bytu tak je v souladu se skutečností dána možnost okamžitého porovnání intenzity vytápění jak mezi místnostmi bytu navzájem, tak samostatně v každé místnosti ve vztahu k průměrné celoroční úhradě. Tento indikátor VIPA-CT je na obrázku v smontovaném stavu na potrubí a v rozloženém stavu na jednotlivé díly. V pozadí je vyhodnocovací přístroj - elektronický přenosný denzitometr, jehož funkce je řízena mikroprocesorem. Má rozsah 500 nebo 1000 dílků, samočinné nastavování nulové hodnoty a ovládání až primitivně jednoduché.

Dosud jsme popisovali samotný indikátor. Je známo, že indikátor lze uplatnit pouze jako součást systému, jehož druhou částí je metoda využití údaje indikátoru k rozpočtu finanční částky za vytápění. Tato druhá část systému je nejméně stejně závažná. Významnou složkou systému je nakonec i osvěta zaměřená na objektivní informování uživatelů bytů a těch osob, které mají za výběr měřicích pomůcek největší odpovědnost.

Příspěvek se snaží objasnit cestu výzkumu a vývoje poměrového indikátoru VIPA, který je produktem dlouhodobého výzkumu na Technické univerzitě v Liberci od roku 1980. První publikace, jíž byl vynález uveden do podvědomí odborné veřejnosti, byl článek v časopisu TEPLO 1983 str. 4-9 s názvem: "Měření poměrné spotřeby tepla". V ČSFR bylo vynálezu uděleno autorské osvědčení č. 224 712 a během doby byl uznán i v zemích: SRN, Rakousko, Maďarsko, Dánsko a Finsko. Vynález byl oceněn zlatými medailemi poprvé na PRAGOTHERMU 1982 a naposledy v listopadu 1997 na světové výstavě vynálezů EUREKA 97 v Bruselu. V současné době výzkum pokračuje novou aktivitou, tentokrát v oboru elektronických indikátorů, kde je ovšem opět snaha vyhnout se nedostatkům stávajících, zejména závislosti na pohyblivém teplotním středu otopného tělesa.

Během této poměrně dlouhé doby jsme se setkali s mnoha příznivci, kteří nám mnohdy přispěli cennou radou a patří jim náš dík, ale stejně tak děkujeme těm příznivcům, kteří nám pouze fandili a tak přispěli k tomu, že byl celý výzkum a vývoj doveden až do dnešní podoby, kdy existují zkušenosti z více než 1,5 milionu instalací v ČR a SR navzdory velkému počtu odpůrců, kteří se snažili, dílem z nepochopení, dílem z nepřátelství, cestu výzkumu překazit. Výsledky, jichž dosahujeme v praktickém užití systému VIPA "šitého na míru" pro naše poměry nás ubezpečují, že práce vynaložená na tento projekt není marná. Úspory finančních částek za vytápění u uživatelů bytů využívajících poměrový systém VIPA již přesahují 1 miliardu Kč.