Úloha termostatických ventilů v ústředně vytápěných budovách

Dne 31. prosince 2004 vyšel ve Sbírce předpisů České republiky zákon č. 694/2004 Sb., ze dne 9. prosince 2004, kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií. Zákon č. 406/2000 Sb. ve znění zákona č. 359/2003 Sb. se mění takto:

1. 1. V § 6 odst. (8) je nové znění toto:

   Vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek se musí řídit pravidly pro vytápění a dodávku teplé užitkové vody a pro regulaci ústředního vytápění stanovenými vyhláškou, s výjimkou:

   1. dodávky uskutečňované výhradně pro vlastní osobní potřebu,
   2. dodávky uskutečňované pro nebytové prostory za podmínky nepřekročení limitů stanovených vyhláškou a neohrožení zdraví a majetku,
   3. dodávky uskutečňované pro byty, při souhlasu alespoň dvou třetin nájemníků nebo vlastníků těchto bytů s odlišnými pravidly, za podmínky nepřekročení limitů stanovených vyhláškou a neohrožení zdraví a majetku.
2. 2. V § 14 odst. (2) se slova "do 4 let" nahrazují slovy "do 6 let".

Tímto zákonem se na poslední chvíli k 31. prosinci 2004 odstranila možnost ukládání pokut za nedodržení lhůty pro povinné zavedení termostatických ventilů a jim předřazené regulace tlakového rozdílu při dodávce tepelné energie konečným spotřebitelům podle vyhlášek MPO č. 151/2001 Sb. a č. 152/2001 Sb.

Výše uvedená novela zákona byla sama o sobě nešťastná i z čistě technického hlediska, jak bude uvedeno dále. Kromě toho byla plivnutím do tváře těm občanům, kteří se ukázněně podřídili požadavkům zákona č. 406/2000 Sb. a z něho vycházejících vyhlášek MPO č. 151/2001 Sb. a 152/2001 Sb. Naopak uspokojila a povzbudila všechny ty, kdo se zákony a vyhláškami zásadně řídit nehodlají. Smutné na tom je zejména to, že se tohoto činu dopustili sami zákonodárci, jejichž posláním je kvalitní zákony vytvářet, chránit a dodržovat.

Tato formulace byla později odstraněna zákonem č. 177/2006 Sb., který se vrátil k původní formulaci zákona č. 406/2000 Sb., kde je instalace termostatických ventilů povinností nezávisející na vůli konečných spotřebitelů.

Současně s tímto právním opatřením se znovu vyrojily pochybnosti laické veřejnosti i některých odborníků o tom, jakou funkci mají termostatické ventily v ústředně vytápěných budovách plnit a jsou-li pro správný a hospodárný provoz otopných soustav nezbytné.

Znovu se začaly objevovat hlasy, že pro individuální úspory tepla na vytápění u konečných spotřebitelů hrají rozhodující úlohu indikátory na otopných tělesech, zatímco přínos termostatické regulace k těmto úsporám je vlastně zanedbatelný, a to zvláště, porovná-li se ekonomický efekt těchto úspor (resp. jejich podílu) k nákladům na realizaci daného opatření.

Aby bylo možno na tyto otázky a pochybnosti vyčerpávajícím způsobem odpovědět, je nutno vrátit se zpět do druhé poloviny 60. let minulého století. V době bouřlivého rozvoje navrhování a výstavby panelových sídlišť v tehdejším Československu došlo mimo jiné i typizaci soustav ústředního vytápění v jednotlivých konstrukčních systémech, kterou prováděl tehdejší Studijní a typizační ústav v Praze. Na jeho podkladové materiály pak navázaly typizaci otopných soustav u upravených konstrukčních soustav Krajské projektové ústavy v jednotlivých krajích Československa.

Typizační podklady otopných soustav obsahovaly především tyto závazné údaje:

1. velikost otopných těles v jednotlivých vytápěných místnostech;
2. dimenze přípojek těchto otopných těles včetně armatur;
3. dimenze stoupacích potrubí, a to od paty stoupačky až po přípojky otopných těles.

Základním předpokladem pro to, aby mohla být tato typizace vůbec vytvořena bylo, že tlakový rozdíl vyvolaný oběhovým čerpadlem, směšovacím ejektorem nebo tlakovým rozdílem v místě připojení otopné soustavy budovy k tepelné síti bude beze zbytku spotřebován přivedením teplonosné látky na patu stoupacích potrubí. Ve stoupacím potrubí a přípojkách otopných těles měl být oběh teplonosné látky spotřebován pouze gravitačním vztlakem vyvolaným rozdílem měrné hmotnosti vody v přívodním a vratném potrubí. Pro konkrétní případy měl projektant ústředního vytápění navrhnout vždy pouze horizontální rozvod otopné soustavy.

Tento výchozí předpoklad se ukázal být základním kamenem úrazu při praktickém provozu otopných soustav. Zatímco u nuceného oběhu je tlak v přívodním potrubí otopné soustavy vyšší než v potrubí vratném, u gravitačního vztlaku je tomu právě naopak. Zatímco u nuceného oběhu má např. oběhové čerpadlo tendenci prohánět otopnou soustavou konstantní množství vody, gravitační vztlak a tím i oběhové množství se mění v závislosti na rozdílu teplot vody v přívodním a vratném potrubí soustavy v poměru 1 : 4 (konkrétně např. od cca 39 do 156 Pa/m výšky budovy).

Důsledky těchto základních rozdílů mezi nuceným a přirozeným oběhem topné vody jsou tyto:

1. v otopné soustavě dochází k tomu, že v jistém místě je mezi přívodním a vratným potrubím tlakový rozdíl Δp = 0;
2. bod, v němž je Δp = 0 neleží na patě stoupacího potrubí, ale dochází k jeho posouvání v potrubním rozvodu, a to většinou ve stoupacím potrubí.

V praktickém provozu takto navržených otopných soustav pak docházelo k tomu, že u nejníže položených otopných těles (obvykle v 1. a 2. nadzemním podlaží) zatéká teplonosná látka do otopných těles z vratného potrubí do potrubí přívodního. U otopných těles připojených k potrubí v místě, kde Δp = 0, pak dojde k úplnému přerušení proudění.

Ve vertikálním směru naopak tlakový rozdíl v místě připojení otopných těles stoupal a do otopných těles mělo tendenci proudit větší množství otopné vody. Důsledkem toho bylo, že teplota vzduchu ve vytápěných místnostech stoupala ve vertikálním směru s teplotním gradientem 1 K/6 m výšky budovy.

Zatímco u šestipodlažních budov činil teplotní rozdíl mezi nejteplejšími (nejvýše ležícími) a nejchladnějšími (nejníže ležícími) místnostmi cca 3 K, u patnácti- nebo šestnáctipodlažních budov byl teplotní rozdíl daný pouze způsobem dimenzování vnitřního rozvodu topné vody 8 K. Přitom se způsob vytápění a teplotní poměry v budově vždy podřizovaly požadavkům nejchladnějších místností celé budovy.

V konkrétním případě šestnáctipodlažní budovy v Praze - Ďáblicích dosáhlo rozmezí vnitřních teplot od +18 °C v prvním nadzemním podlaží až po +27 °C u místností v nejvyšším podlaží.

V případě pražských sídlišť Prosek a Ďáblice byla ze začátku hledána příčina těchto nerovnoměrností v použití regulovatelných směšovacích ejektorů, s nimiž až do té doby nebyly žádné praktické zkušenosti. Pravou příčinou však bylo nevhodné dimenzování vnitřního rozvodu tepla, které vycházelo z typizace otopných soustav.

Tímto problémem jsem se zabýval ve Výzkumném ústavu energetickém - pobočce Praha v létech 1968 a 1969. Kromě provedení kontrolních výpočtů byly otopné soustavy namodelovány i na analogovém modelu tepelných sítí, který v době absence malých osobních počítačů k vyřešení daného problému velice účinně přispěl.

Řešení problému vyšlo zcela jednoznačně:

1. zvýšit tlakový rozdíl Δp vyvozovaný nuceným oběhem (např. čerpadlem) tak, aby se dosáhlo na patě stoupaček přibližně nejméně dvojnásobku hodnoty gravitačního vztlaku;
2. opatřit přípojky otopných těles armaturami s vysokým hydraulickým odporem, které umožní stabilizaci průtoků v celé otopné soustavě.

Přenesení co nejvyššího hydraulického odporu co nejblíže ke konečnému spotřebiči přibližuje de facto poměry v otopné soustavě v maximální míře poměrům v soustavě elektrizační.

Zavedení výše uvedených opatření do praxe vedlo:

1. k radikálnímu zvýšení průtoku celou otopnou soustavou (obvykle minimálně na dvojnásobek);
2. k snížení výpočtového ochlazení topné vody z původních 25 °C přibližně na polovinu nebo 40 %;
3. k podstatnému snížení vlivu rušivého gravitačního vztlaku na průtoky otopnou soustavou především ve vertikálním směru;
4. k likvidaci obráceného průtoku u nejníže ležících otopných těles;
5. k potlačení teplotního gradientu vnitřní teploty vytápěných místností ležících nad sebou na jedné stoupačce.

Souhrnně by se tedy dalo označit působení armatur s vysokým hydraulickým odporem v přípojkách otopných těles za stabilizaci hydrauliky otopné soustavy jako celku.

Pokud se k takovým armaturám přidají i termostatické hlavice, umožní se konečným odběratelům i poměrně velice přesné nastavení výše požadované vnitřní teploty v každé vytápěné místnosti.

Druhotným účinkem stabilizace hydrauliky otopné soustavy je samozřejmě i úspora tepelné energie. Výše této úspory se bude lišit v závislosti na výšce (podlažnosti) posuzované budovy. Pokud se vytápění objektu řídilo podle nejslabšího článku (nejchladnější místnosti ležící obvykle v nejnižším nadzemním podlaží vytápěné budovy), bude střední vnitřní teplota budov při teplotním gradientu 1 K/6 m výšky budovy různá v závislosti na jejich podlažnosti:

Jestliže uvažujeme, že střední vnitřní teplota vzduchu ve vytápěných místnostech (včetně nočního útlumu) by se měla pohybovat kolem +20 °C, přinesla by pouhá stabilizace hydrauliky otopných soustav za předpokladu, že snížení vnitřní teploty o 1 °C znamená úsporu cca 6% energie, tyto úspory energie v závislosti na podlažnosti (výšce) budov:

Tyto úspory energie se vztahují pouze na působení armatur s vysokým hydraulickým odporem v přípojkách otopných těles, tj. na ventilovou část termostatických ventilů (případně regulovatelných šroubení), aniž by byl uvažován účinek manipulace s jejich termostatickými hlavicemi.

Diskutuje-li se dále problematika možného přínosu termostatických ventilů jako celku (tj. včetně jejich termostatické části) k celkové úspoře tepla ve spolupráci s indikátory umístěnými na otopných tělesech nebo ve vytápěném prostoru, půjde nutně o pouhou spekulaci, a to vždy ve vztahu k výchozímu stavu konkrétní otopné soustavy. Čím vyšší bude posuzovaná budova, tím větší bude i přínos termostatických ventilů u budov s typizovanými otopnými soustavami.

Dosáhne-li se po instalaci termostatických ventilů a indikátorů vytápění na všechna otopná tělesa konkrétní soustavy úspory např. 30 % energie, lze tuto úsporu jenom velice těžko rozklíčovat na přínos termostatických ventilů a indikátorů vytápění odděleně. Je ovšem nesporné, že nejvyšších úspor lze docílit pouze optimální součinností regulační a indikační techniky.

Termostatické ventily samy o sobě nikdy nepřinesou optimální úspory energie, nebudou-li na úsporách ekonomicky zainteresováni všichni koneční spotřebitelé tepla. Na druhé straně ani indikátory vytápění samotné nepřinesou nejvyšší dosažitelné úspory, nebudou-li mít koneční spotřebitelé možnost nastavit si výši požadované vnitřní teploty ve vytápěných místnostech na termostatických hlavicích armatur u otopných těles s co nejvyšší přesností.

Povinnost instalovat termostatické ventily spolu s předřazenou regulací tlakového rozdílu zákonným opatřením lze v každém případě ospravedlnit tím, že tyto armatury s vysokým hydraulickým odporem povedou k stabilizaci hydrauliky otopné soustavy se samozřejmým dopadem na hospodárnost užití energie.

Instalace indikátorů na otopných tělesech nebo ve vytápěných místnostech je zase nezbytná vzhledem k nutnosti navození hmotné zainteresovanosti konečných spotřebitelů na úsporách tepelné energie na vytápění. Pro tuto instalaci však dosud chybí opora, kterou bychom očekávali zejména v zákoně o hospodaření energií.

Z tohoto hlediska se jevila jako plně vyhovující původní formulace uvedená v § 6 odstavci (7) návrhu zákona č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, která zněla: "Vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek musí vybavit vnitřní tepelná zařízení budov přístroji regulujícími a registrujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům v rozsahu stanoveném vyhláškou." Z konečné verze zákona se však zmínka o registraci tepelné energie zcela vytratila.

Z hlediska výše uvedených argumentů nám, bohužel, zůstávají naši zákonodárci stále dlužni zásadnější novelizaci zákona o hospodaření energií, která by měla obsahovat jak část o regulaci, tak i část o povinné indikaci či měření u konečných spotřebitelů. Zákon č. 694/2004 Sb., kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, takovouto novelou rozhodně nebyl a oblast hospodaření energií spíše poškodil.

Ani poslední novela zákona o hospodaření energií ve znění zákona č. 177/2006 Sb. ze dne 29. března 2006, kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů v této oblasti nepřinesl žádnou změnu, protože se v § 6a o energetické náročnosti budov v odstavci (10) praví: "Stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek musí vybavit vnitřní tepelná zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům v rozsahu stanoveném prováděcím právním předpisem. Konečný spotřebitel je povinen umožnit instalaci, údržbu a kontrolu těchto zařízení." Opakuje se tak téměř doslova formulace obsažená již v § 6 odstavci (7) zákona č. 406/2000 Sb.

Dne 15. srpna 2006 předložili poslanci V. Exner, M. Opálka a M. Bayerová návrh na vydání zákona, kterým se mění zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.

Navrhují v něm opět, aby se rozšířil výčet úprav v systému vytápění a ohřevu teplé vody, o nichž může rozhodovat kvalifikovaná většina vlastníků nebo nájemců jednotek i o regulaci ústředního vytápění. Opakují tak poslaneckou iniciativu poslance Beneše z roku 2004.

V důvodech navrhované úpravy se navrhovatelé opírají o zjevné desinformace o ventilech s termostatickými hlavicemi.

1. Uvádějí, že nejsou plně využity např. v místnostech obrácených k severu, kde nedochází k tepelnému zisku od slunečního záření. Tyto ventily však mají umožnit spotřebitelům nastavení požadované teploty ve vytápěné místnosti, ať již při jejím užívání nebo nevyužití.
   
   
2. Uvádějí, že tyto ventily dokonce přímo působí proti jiným typům regulace, jako je např. teplotní útlum v noci.
   
   Termostatické ventily však plní pouze právo uživatele bytu na volbu vnitřní teploty v jednotlivých místnostech bytu. Pokud by byla tato teplota vyšší než teplota daná nočním útlumem, termostatické ventily to v žádném případě nemůže měnit.
   
   
3. Uvádějí, že instalace termostatických ventilů před výměnou oken nebo zateplením domu by byla vždy nehospodárná.
   
   V této souvislosti je však nutno si uvědomit, že termostatické ventily mají především zajistit hydraulickou stabilitu otopné soustavy a teprve až v druhé řadě možnost individuální volby teploty ve vytápěných místnostech. Kromě toho neznám v praxi případ, kdy by se po zateplení domu (ať již úplném nebo částečném) jakkoliv měnila otopná soustava a přizpůsobovala by se tak novým podmínkám.

Lze pouze doufat, že současná iniciativa poslanců KSČM bude odmítnuta stejně jako tomu bylo v roce 2004, protože by se na poslední chvíli zcela nevhodně změnil zákon v části týkající se regulace otopných soustav.

Úkolem našich zákonodárců do budoucna tak zůstává zapracovat do zákona o hospodaření energií kromě části o regulaci tepelné energie i část o jejím měření nebo indikaci u konečných spotřebitelů.