Nejčastěji používané typy indikátorů, jejich výhody a nevýhody (I)

Indikátory bez napájení elektrickou energií.

Stále ještě nejrozšířenějším typem indikátorů bez pomocné energie používaných v ČR jsou indikátory odpařovací. Jejich jednoduchosti odpovídá i jejich pořizovací cena (kolem 100,- Kč).

Pro definici indikátorů pracujících bez napájení elektrickou energií na principu odpařování kapaliny byla vytvořena norma ČSN EN 835. Ta stanovuje minimální požadavky na konstrukci, materiál, výrobu, instalaci, funkci a na vyhodnocování údajů (náměrů), které jsou výsledkem nasazení těchto indikátorů.

Indikátory podle této normy se nesmějí používat pro otopné soustavy, u nichž jsou překračovány meze provozních teplot, u nichž není jednoznačně definován vyhodnocovací součinitel KQ pro tepelný výkon, nebo u nichž není otopná plocha přístupná. To se týká těchto typů otopných soustav:

• podlahového vytápění;
• stropního sálavého vytápění;
• otopných těles řízených klapkami;
• otopných těles s ventilátorem;
• ohřívačů vzduchu;
• otopných těles vytápěných parou;
• horizontálních jednotrubkových otopných soustav propojených přes více než jednu spotřebitelskou jednotku.

Odpařovací indikátory se používají pro obvyklé konvekční soustavy s těmito základními typy otopných těles:

1. článkové otopné těleso litinové;
2. článkové otopné těleso ocelové;
3. deskové otopné těleso se svislými prolisy;
4. deskové otopné těleso s hladkou přední stěnou;
5. trubkové otopné těleso;
6. otopné těleso z hladkých trubek;
7. deskové otopné těleso s vodorovnými prolisy.

Indikátory podle této normy jsou zařízení pro registraci integrované teploty v čase. Základnou pro stanovení dodávky tepla otopnými tělesy, na nichž jsou indikátory instalovány, je teplota. Indikátory na principu odpařování kapaliny integrují charakteristickou teplotu povrchu v místě svého umístění. Získaný údaj je přibližná hodnota časového integrálu registrované teploty.

Vyhodnocený údaj označovaný jako spotřební hodnota se získá z nekorigovaného údaje násobením vyhodnocovacími součiniteli, a to zejména pro jmenovitý tepelný výkon otopného tělesa a pro tepelný styk mezi ním a indikátorem. Údaj je získán buď odečtem na stupnici spotřeby přímo na indikátoru, nebo se získá pozdějším přepočtem. Spotřební hodnota je přibližně úměrná teplu dodanému za období odečtu (zúčtovací období) otopným tělesem a spotřebovanému konečným uživatelem.

Spotřební hodnota je číselný údaj ovlivněný vlastnostmi indikátoru, otopného tělesa, dalšími požadavky a nejistotami vyhodnocovacích součinitelů a způsobem instalace. Odchylky zaznamenaného údaje nejsou proto závislé jenom na samotném indikátoru. Z toho vyplývá, že indikátory nemohou být kalibrovány stejným způsobem jako měřiče tepla.

Vzhledem k popsaným charakteristikám se údajům indikátorů nepřiřazují konkrétní fyzikální jednotky. Spotřební hodnota je veličina bezrozměrná. Používá se jí pouze jako poměrné hodnoty vztažené k součtu údajů v zúčtovací jednotce nebo v uživatelské skupině. Tímto způsobem určená poměrná část spotřeby může být interpretována jako podíl na spotřebě tepla zúčtovací jednotky nebo uživatelské skupiny. Tato hodnota se po skončení období odečtu vyhodnotí zvlášť pro každé otopné těleso. Ze součtu spotřebních hodnot všech otopných těles jedné spotřebitelské jednotky může být výše popsaná poměrná hodnota stanovena jako podíl spotřeby tepla příslušné spotřebitelské jednotky na celkové zúčtovací jednotky nebo uživatelské skupiny.

Indikátory sestávají přinejmenším z pouzdra, ampulky s kapalinou, stupnice, připevňovacích dílů a plomby. Plomba slouží k ochraně proti neoprávněné manipulaci. Každý indikátor je funkční jednotkou. Jeho jednotlivé díly musí být vyráběny za dodržení předepsaných tolerancí. Tím je pro jednotlivé druhy indikátorů při shodném způsobu použití dosahováno jednotné funkce.

Kapalina se odpařuje v otevřené a průhledné ampulce v závislosti na teplotě a na době působení této teploty. Po každém období odečtu zpravidla po 12 měsících) se původní ampulka nahradí novou, plnou.

Pro používání normy ČSN EN 835 platí následující definice:

Referenční podmínky.

Ke stanovení jednotlivých součinitelů a pro určení hodnoty c musí být definovány referenční podmínky. Referenční podmínky jsou volitelné v daném rozmezí. Referenční podmínky otopného tělesa jsou tyto:

• vstup teplonosné látky nahoře;
• střední teplota teplonosné látky t_m = 50 až 65 °C;
• referenční teplota vzduchu t_L = (20 ± 2) °C, která se měří v kalorimetrické komoře ve výšce 0,75 m nad podlahou ve vzdálenosti 1,5 m od povrchu otopného tělesa;
• průtok teplonosné látky (vody) otopným tělesem při t_v / t_R / t_L = 90/70/20 °C, kde
  t_V je teplota na vstupu do otopného tělesa;
  t_R teplota na výstupu z otopného tělesa.

Referenční teplota kapaliny.

Referenční teplota kapaliny je užívána k určení vyhodnocovacího součinitele K_c. Referenční teplota se stanovuje při referenčních podmínkách.

Projektovaná vstupní teplota, projektovaná výstupní teplota, střední projektovaná teplota teplonosné látky, projektovaná teplota kapaliny.

Projektovaná vstupní teplota t_V a projektovaná výstupní teplota t_R jsou teploty teplonosné látky otopných těles potřebné k dosažení projektované vnitřní teploty ve vytápěných místnostech při ustálených podmínkách při tepelném výkonu, který odpovídá určené referenční oblastní venkovní teplotě. Střední hodnota z projektované vstupní teploty t_VA a z projektované výstupní teploty t_RA je střední projektovaná teplota teplonosné látky t_mA. Ta se určuje z logaritmické střední hodnoty teplot překračujících referenční teplotu vzduchu 20 °C. Teplotou kapaliny při těchto podmínkách je projektovaná teplota kapaliny t_FlA.

Údaj indikátoru.

Údaj indikátoru je pokles hladiny kapaliny vyjádřený dílky stupnice od nulového bodu na stupnici. Zjištěný údaj smí být buď nekorigovaný údaj, nebo může již přímo představovat spotřební hodnotu. Interpolace je přípustná.

Spotřební hodnota.

Spotřební hodnota je údaj indikátoru vyhodnocený za použití vyhodnocovacích součinitelů.

Jmenovité odpaření.

Jmenovité odpaření je zjištěný údaj při teplotě kapaliny 50 °C po 210 dnech.

Rychlost odpařování.

Rychlost odpařování v je rychlost změny výšky hladiny kapaliny. Je funkcí teploty a výšky hladiny kapaliny. Udává se v milimetrech za jednotku času.

Rychlost záznamu.

Rychlost záznamu R je změna údaje indikátoru vyjádřená v dílcích za jednotku času. Nelineárním dělením stupnice, odpovídajícím požadavkům této normy, se docílí, že rychlost záznamu je nezávislá na výšce hladiny kapaliny.

Charakteristika indikátoru.

Charakteristika indikátoru je závislost mezi rychlostí záznamu a teplotou kapaliny (odpařovací křivka).

Podíl údajů.

Podíl R₅₀R₂₀ je podíl hodnot rychlostí záznamu při 50 °C a při 20 °C.

Stupnice spotřeby.

Při použití stupnice spotřeby má každé otopné těleso stupnici, která zohledňuje vyhodnocovací součinitele, takže údaj představuje přímo spotřební hodnotu.

Jednotná stupnice.

Je-li na indikátorech na všech otopných tělesech použita stejná stupnice, musí být označena jako jednotná stupnice. Shodný údaj na různých otopných tělesech je získán, pokud kapalina byla po stejnou dobu vystavena stejné teplotě. Vyhodnocování se provádí výpočtem za pomoci vyhodnocovacích součinitelů, čímž se získá spotřební hodnota.

Odpaření za studena.

Odpaření za studena je odpaření kapaliny při teplotě místnosti, když je otopné těleso mimo provoz.

Období odečtu.

Období odečtu je časový interval mezi nasazením ampulky a odečtením před výměnou ampulky.

Hodnota c.

Hodnota c charakterizuje tepelný styk teplonosné látky s kapalinou v ampulce indikátoru. Je definována jako podíl teplotních rozdílů podle následujícího vztahu:

c = (t_m - t_Fl) / (t_m - t_L),

kde

t_m je střední teplota teplonosné látky;
t_Fl teplota kapaliny;
t_L referenční teplota vzduchu.

Vyhodnocovací součinitele.

Následující vyhodnocovací součinitele převádějí údaje jednotlivých indikátorů na spotřební hodnoty ve formě vhodné pro výpočet rozúčtování nákladů na vytápění.

Vyhodnocovací součinitel K_Q pro tepelný výkon otopného tělesa.

Vyhodnocovací součinitel K_Q je číselná hodnota odpovídající jmenovitému tepelnému výkonu otopného tělesa (ve wattech).

Jmenovitý tepelný výkon otopného tělesa je tepelný výkon zjištěný v kalorimetrické komoře se stabilizovanou teplotou při vstupu a výstupu teplonosné látky 90/70 °C a teplotě vzduchu 20 °C, která je měřena ve výšce 0,75 m nad podlahou ve vzdálenosti 1,5 m od povrchu otopného tělesa. Je-li jmenovitý otopného tělesa určován při jiných zkušebních podmínkách, musí být přepočten na podmínky dříve uvedené.

Vyhodnocovací součinitel K_c pro tepelný styk.

Vyhodnocovací součinitel K_c zohledňuje změny prostupu tepla mezi teplonosnou látkou a kapalinou v závislosti na druhu povrchu otopných těles. K_c je podíl rychlosti záznamu při referenční teplotě kapaliny a při teplotě kapaliny na hodnoceném otopném tělese při referenčních podmínkách.

Vyhodnocovací součinitel K_T pro místnosti s nízkými projektovanými vnitřními teplotami, které se liší od referenční teploty vzduchu.

Vyhodnocovací součinitel K_T zohledňuje změnu tepelného výkonu otopného tělesa a změnu teploty kapaliny při projektovaných vnitřních teplotách nižších než referenční teplota vzduchu při referenčních podmínkách.

Celkový vyhodnocovací součinitel K.

Celkový vyhodnocovací součinitel K je součin činitelů

K = K_Q . K_C . K_T

Výrobce.

Výrobce ve smyslu této normy je osoba nebo společnost zodpovědná za řádnou dodávku a instalaci indikátoru.

Přídavek pro odpaření za studena.

K vyrovnání odpaření za studena musí být ampulka plněna nad nulovou značku stupnice. Tento přídavek pro odpaření za studena musí být stanoven na nejméně 120 dní při teplotě kapaliny 20 °C. U otopných soustav s projektovanou střední teplotou teplonosné látky méně než 60 °C se přídavek na odpaření za studena určuje pro nejméně 220 dní při stejné teplotě kapaliny.

Na stupnici nebo na ampulce musí být umístěny značky pro výšky hladiny kapaliny včetně přídavku na odpaření za studena. Úroveň hladiny kapaliny včetně přídavku na odpaření za studena musí být viditelná zvenku.

Plombování.

Indikátor musí být opatřen plombou, navrženou takovým způsobem, aby přístup k ampulce nebo její odstranění nemohly být provedeny bez zničení plomby nebo poškození indikátoru viditelného z vnějšku.

Pokud jsou u indikátorů použity stupnice spotřeby, musí být označeny číslem (číslem stupnice), které je úměrné celkovému vyhodnocovacímu součiniteli K a tím také postupně zaznamenávanému údaji jednoho dílku stupnice v určitém, pro celý systém stupnic stejném místě stupnice.

Při použití jednotných stupnic musí být každý indikátor v jedné zúčtovací jednotce označen vlastním číslem nebo číslem, které je úměrné celkovému vyhodnocovacímu součiniteli.

Jako místo instalace indikátoru musí být zvolena taková místa na povrchu otopného tělesa, na nichž je docilován po co největší podíl provozu dostačující závislost mezi jeho údajem a dodávkou tepla. Zpravidla je to místo, na němž teplonosná látka dosáhla 25 % své celkové dráhy.

Výška místa instalace leží u vertikálně protékaných otopných těles (článkových, trubkových a deskových) mezi 66 až 80 % celkové výšky otopného tělesa (měřeno zdola), vztaženo na střed indikátoru. S ohledem na nasazení termostatických ventilů na otopná tělesa se jako místo instalace doporučuje 75 % celkové výšky otopného tělesa. Odchylka od výšky místa instalace nesmí překročit ±10 mm.

Místo připojení v horizontálním směru musí ležet ve středu, popř. blízko středu celkové délky otopného tělesa.

V rámci jedné zúčtovací jednotky musí být místo instalace stanoveno podle jednotných pravidel.

V rámci jedné zúčtovací jednotky, nebo při přerozdělování spotřeby tepla v rámci jedné uživatelské skupiny je dovoleno použití jen indikátorů stejného výrobce a stejného typu s jednotným vyhodnocovacím systémem a s jednotnou charakteristikou. Každý typ indikátoru musí být označen tak, aby byl identifikovatelný.

Požadavky na vyhodnocení.

Vyhodnocovací součinitele K_C a K_T musí být určeny nejméně na dvě desetinná místa.

Do celkového vyhodnocovacího součinitele K musí být vždy zahrnut součinitel K_Q. Vyhodnocovací součinitele K_C a K_T se použijí případ od případu. Každý indikátor musí být viditelně označen celkovým vyhodnocovacím součinitelem nebo jemu úměrným číslem, nebo musí být uživateli tato informace poskytnuta v dokumentaci.

Každý indikátor musí být opatřen číslem indikátoru nebo číselným údajem úměrným celkovému vyhodnocovacímu součiniteli.

Pro každý indikátor je nutné použít celkový vyhodnocovací součinitel K, který musí umožnit vyhodnocení tepelného výkonu otopného tělesa s odstupňováním nejvýše po 60 W nebo po 5 % rozsahu tepelného výkonu od 300 W do a včetně 3 000 W a po 3 % v rozsahu tepelného výkonu nad 3 000 W.

Při použití stupnic spotřeby musí být k dispozici nejméně tolik stupnic, aby otopné těleso s K_C . K_T = 1 a s K_Q = 5000 mohlo být vyhodnoceno jedinou stupnicí.

Přepočet s použitím vyhodnocovacího součinitele K_Q se provede na základě skutečně instalovaného otopného tělesa.

Vyhodnocovací součinitel K_C musí být použit, jestliže tento součinitel v rámci jedné zúčtovací jednotky vykazuje rozdíly větší než 3 %.

Hodnota c se určuje podle již dříve uvedené definice. Kombinace otopných těles a indikátorů s hodnotou c > 0,3, měřenou při referenčních podmínkách, nejsou obvykle přípustné. Výjimečně jsou v jedné zúčtovací jednotce přípustné hodnoty c až 0,4, jestliže takto ovlivněná otopná plocha nepřekročí 25 % celkové otopné plochy, nebo jestliže střední projektovaná teplota teplonosné látky je větší než 80 °C.

Indikátory smějí být použity jen na taková otopná tělesa, pro něž je hodnota c v době odečtu známá.

Vyhodnocovací součinitel K_T musí být použit pro projektované vnitřní teploty místností menší než 16 °C.

Jedinou výhodou odpařovacích indikátorů je jejich jednoduchost a z ní vyplývající nízká pořizovací cena.

Hlavní nevýhodou jsou chyby vznikající při odečtu náměrů paralaxou. U kapalin s nízkou odpařivostí může touto chybou dojít k odchylkám od správné hodnoty ve výši až ± 30 %.

U kapalin s vysokou odpařivostí se naopak stává, že přeplnění ampulky pro tzv. letní odpar (odpařování za studena) nestačí. V tom případě se projeví odpaření za studena tím, že se před zahájením vytápění objeví pokles kapaliny v ampulích o jistý počet dílků, který by měl být u všech indikátorů přibližně stejný. Tím se ovšem vnáší do vyhodnocování a rozúčtování nákladů chyba, která více postihne spotřebitele, kteří s teplem zacházejí hospodárně a naopak zvýhodní spotřebitele teplem nešetřící.

Pro všechny indikátory s jedním čidlem na otopném tělese (odpařovací i elektronické) pak platí, že se náklady na vytápění rozúčtovávají na základě poměrné doby využití otopných těles. Základním předpokladem pro správné rozúčtování je, aby celá otopná soustava byla rovnoměrně dimenzována. Tento požadavek umožňuje aplikaci i u soustav s otopnými tělesy rovnoměrně předimenzovanými nebo poddimenzovanými.

Při jakékoliv dílčí změně tepelných vlastností obvodové konstrukce budovy (např. při zateplení jenom štítových stěn, nebo při výměně oken nebo zasklení lodžií jenom v některých bytech) je nutno změnit i dimenze otopných těles ovlivněných těmito změnami. Pokud k takovéto změně dimenzí nedojde, budou indikátory s jedním čidlem pro správné rozúčtování nákladů jen těžko použitelné.

O odpařovacích indikátorech lze obecně konstatovat, že jsou z dnešního hlediska již zastaralé. Rozhodně se nehodí tam, kde máme v úmyslu rozdělovat náklady na vytápění nemovitosti v závislosti na skutečně spotřebovávané tepelné energii. Přesto však lze odpařovacím indikátorům přiznat jistou průkopnickou zásluhu na tom, že se koneční spotřebitelé učili tepelnou energií šetřit.