Aktivní úspory tepla metodou termohydraulického řešení pro 21. století - II díl

Hluk v otopných soustavách má různé příčiny, různou intenzitu i různý charakter v závislosti na zdroji hluku.

Příčinou hluku může být

1. mechanický zdroj
2. hydraulické poměry v teplovodních otopných soustavách.
3. teplotní dilatace

Příčiny vzniku hluku se často kombinují.

1. Mechanický zdroj hluku v teplovodních otopných soustavách.

Mechanickým zdrojem hluku bývá např. cirkulační čerpadlo. Hluk se šíří do objektu potrubím. V některých případech nepomůže ani uložení čerpadel mezi pryžové kompenzátory. Kmity od čerpadla se přenášejí též teplonosnou kapalinou proudící potrubím.

Potrubí bývá někdy zazděno do nosných zdí, případně uloženo na kovových rámech dveří. Nosné zdi rezonují a v bytech nad zdrojem tepla a v bytech sousedících s výměníkovou stanicí je hlučnost vyšší než uvnitř stanice.

Prochází-li potrubí stropem, ukládá se do ocelových průchodek. Příliš těsné průchodky a potrubí instalované s předpětím směřujícím kolmo na průchodky bývá často místem přenosu hluku.

Ve vertikálním potrubí se mohou vyskytovat okuje či jiné mechanické nečistoty, které ve vznosu narážejí na stěny potrubí a jsou zdrojem permanentního klepání a šramotu.

2. Hydraulické poměry v teplovodních otopných soustavách.

Častým zdrojem hluku v otopné soustavě je zpracovávání příliš velkého dynamického tlaku v regulačních armaturách. Kvalitní termostatický radiátorový ventil se projevuje nadměrným hlukem zpravidla až při dispozičním tlaku na ventilu vyšším než 20 kPa. Předpokladem je však odplyněná teplonosná kapalina. Obsahuje-li kapalina rozpuštěné i volné plyny, dochází ve ventilu k náhlému poklesu tlaku, dalšímu uvolňování plynů ve formě drobných bublinek a ke hlukovým projevům.

Není-li kapalina odplyněná, je termostatický ventil nadměrně hlučný již při zpracovávání dynamického tlaku 4 kPa.

Každou otopnou soustavu je nutné při uvádění do provozu po rekonstrukci opakovaně odvzdušnit při vypnutých oběhových čerpadlech. Je-li zdrojem tepla kotelna v objektu, je vhodné topnou vodu ohřát na maximální provozní teplotu bez ohledu na venkovní teplotu, nejlépe na 90°C. Počkat nejméně hodinu a následně odvzdušnit všechna tělesa v nejvyšších patrech. Opakovat tak dlouho, dokud se vyskytují volné plyny. Nespoléhat na automatické odvzdušňovací ventily.

Je-li instalováno zařízení pro aktivní odlučování plynů, např. typu Spirovent, nebo Olymp, stačí provést jednorázové odvzdušnění pří uvedení do provozu.

Pokud je vše v pořádku, nebudou problémy se vzduchem až do dalšího zásahu do otopné soustavy.

Pokud se i po řádném odvzdušňění teplonosné kapaliny opakovaně vyskytují plyny, je třeba zjistit příčinu. Zpravidla se jedná o korozní procesy probíhající v otopné soustavě, při kterých vznikají plyny. Korozi je třeba zabránit.

Druhy koroze.

Obvykle se koroze rozlišuje na chemickou a elektrochemickou. Rozdíl mezi elektrochemickou a chemickou korozí není zásadní. Zpravidla se jedná o kombinaci těchto korozních procesů.

V otopných soustavách se vyskytuje též koroze biologická.

Koroze chemická a elektrochemická.

Korozi oceli zásadním způsobem ovlivňuje kyslík rozpuštěný v teplonosné kapalině.

Není-li ve vodě rozpuštěný kyslík, je koroze oceli velmi malá.

Korozi též ovlivňuje přítomnost chloridů. Ve vodě obsahující rozpuštěný kyslík chloridy zrychlují korozi. Za nepřítomnosti rozpuštěného kyslíku nemají chloridy na rychlost koroze podstatný vliv.

Důležitým činitelem v korozi oceli je koncentrace vodíkových iontů. Optimální pH pro otopné soustavy je 9. Při nižší pH rychlost koroze vzrůstá.

Každý konstrukční materiál se vyznačuje standardním elektrochemickým potenciálem.

Standardní potenciál kovu je aktivita kovových iontů v roztoku za standardních podmínek (teplota T=293,15 K, tlak P=101325 Pa). Standardní potenciál charakterizuje elektrochemickou ušlechtilost kovů, t.j. elektrochemickou snahu kovu přecházet do oxidovaného stavu a uvolňovat elektrony. Kovy ušlechtilé, t.j. s vyšším standadním potenciálem, mají tuto snahu menší než kovy s nižším standardním potenciálem. Podle elektrochemické ušlechtilosti lze sestavit kovy do řady, kde na jedné straně jsou kovy ušlechtilé (platina, zlato), a na druhé straně kovy neušlechtilé (zinek, alkalické kovy). Standardní potenciály ušlechtilých kovů jsou označovány jako pozitivnější (+), standardní potenciály neušlechtilých kovů jako negativnější (-).

Standardní potenciály konstrukčních kovů nemají absolutní význam. Praktický význam má pouze vzájemné srovnání potenciálů konstrukčních materiálů použitých v konkrétní otopné soustavě. Počátek stupnice (nula) byl stanoven konvencí. Za nulový byl přijat potenciál standardní vodíkové elektrody, který leží přibližně uprostřed stupnice.

Při rozdílných teplotách se rozdíly elektrochemických potenciálů oproti standadním hodnotám mění. Důsledkem rozdílných teplot materiálů je zpravidla větší rozdíl potenciálů.

Rychlost koroze závisí též na poměru velikosti ploch materiálů s různým potenciálem. Korozi ovlivňuje i rychlost a směr proudění teplonosné kapaliny.

Spojením dvou kovů s odlišnými korozními vlastnostmi v korozním prostředí vzniká makročlánek. Proud mezi oběma kovy je měřitelný. Spojení kovů nemusí být přímé. Elektrolytické korozi nelze zabránit tím, že se materiály s rozdílným elektrochemickým potenciálem oddělí např. vřazením části potrubí z plastů. Teplonosná kapalina se chová jako elektrolyt.

Jsou-li v otopné soustavě použity konstrukční materiály s výrazně rozdílným potenciálem, dochází ve vodním prostředí ke korozi za současného uvolňování plynů, nejčastěji vodíku. Korozí je zpravidla ohrožen materiál s menším potenciálem. To nemusí platit vždy. Existuje t. zv. výměnná proudová hustota, jejíž velikost určuje rychlost koroze v aktivním stavu. Někdy je rychlost koroze s větší výměnnou proudovou hustotou větší, ačkoliv podle standardního potenciálu by tomu mělo být naopak.

Výměnná proudová hustota závisí na vlastnostech teplonosné kapaliny.

Biologická koroze.

Koroze kovů může být ovlivněna nebo způsobena mikrobiologickou činností. Mikroorganismy mohou mít přímý vliv na rychlost anodických nebo katodických reakcí, mohou měnit odolnost kovu metabolickými produkty (produkty látkové přeměny), nebo mohou vytvářet korozní mikroprostředí tím, že při svém růstu a množení vytváří bariéry, čímž vznikají koncentrační články na povrchu kovu.

Korozně nejvýznamnější jsou baktérie redukující sírany. Žijí v mírně alkalickém prostředí. Využívají elementární vodík z katodické korozní reakce železa k redukci síranů na sirníky a tím urychlují korozi. Za přítomnosti CO₂ produkují sirovodík. Odolávají teplotám i nad 80°C.

Ochrana před kontinuálním zavzdušňováním otopných soustav způsobeným korozními procesy.

1. V otopné soustavě nepoužívat konstrukční materiály s příliš velkým rozdílem standardních elektrochemických potenciálů (např. měď-hliník, měď-hořčík, měď-zinek).
2. Otopnou soustavu napouštět a doplňovat upravenou a odplyněnou vodou.
3. Používat aktivní automatická odplyňovací a expanzní zařízení, zařízení pro fyzikální úpravu topné vody.
4. Pokud se plyny v otopné soustavě opakovaně vyskytují bez zjevné příčiny, je nutné odebrat vzorek teplonosné kapaliny a provést analýzu. Určuje se zpravidla hodnota pH, vodivost, celková tvrdost, koncentrace kyslíku a jiných plynů, vápníku, hořčíku , těžkých kovů, chloridů, síranů a j.

Doporučuje se provést rovněž analýzu kalů obsahujících korozní produkty. Z provedených rozborů lze určit příčinu vývinu plynu a doporučit účinná opatření.

3. Teplotní dilatace jako zdroj hluku.

Teplotní změny teplonosné kapaliny způsobují změny délky potrubí v otopných soustavách. Při chybném uložení potrubí dochází k praskání v potrubí, nesoucí se celým objektem.

Jedná se o t. zv. trakční hluky způsobené dilatací potrubí. K tomuto jevu dochází zejména v souvislosti s instalací termostatických radiátorových ventilů.

TRV střídavě uzavírají a otevírají otopná tělesa. Mění se průtok topného media i jeho teplota. Při teplotních změnách se mění délka potrubí. Projektanti tuto skutečnost často opomíjejí. Nezabývají se pevnými a kluznými body pro uložení potrubí. V lepším případě jsou vyznačeny pevné a kluzné body u horizontálních rozvodů. Stoupačky je zpravidla nezajímají. Výsledkem bývají časté reklamace po výměně dvojregulačních ventilů za termostatické.

U vícepodlažních budov stavební firma opatří prostupy stropy ocelovými průchodkami. Průchodky mívají délku odpovídající tloušťce stropu. Montážní topenářská firma přivaří stoupačky v prvním nadzemním podlaží k ocelovým průchodkám, aby stoupačky nebyly zavěšeny na otopných tělesech. Při dokončovacích pracích podlaháři ucpou ostatní průchodky maltou. Stoupačky dilatují po celé délce a vlivem tření v průchodkách dochází k trhavým pohybům stoupaček. To se projevuje praskavým zvukem, klepáním, případně skřípáním.

Náprava nebývá vždy jednoduchá. Nejprve je třeba lokalizovat místa vzniku trakčních hluků. K lokalizaci pomůže opět lékařský stethoskop. Pak se určí a následně vytvoří pevné body. Chybně zhotovené původní pevné body je nutné zpravidla vybourat. Ocelové průchodky se vyčistí a opatří kluzným materiálem.

Jsou-li stoupačky deformovány a mimoosové síly způsobují příliš velký tlak na stěny průchodek, je nutné předpětí odstranit. Někdy pomůže lepší usazení otopného tělesa.

Dilatační pohyby významně snižuje optimalizace a zavedení nízkoteplotních parametrů teplonosné látky u termohydraulicky vyvážených soustav a rozvodných sítí po zateplení budov. Sníží se tím namáháním materiálu, prodlouží životnost všech otopných zařízení a omezí se výskyt havarijních stavů. Sníží se uvolňování plynů.

Trakční hluk je zapřičiněn střídavým uzavíráním a otevíráním termostatických radiátorových ventilů. Tato činnost ventilů je nežádoucí. Uzavíráním ventilů se neustále mění průtoky potrubím a dochází k náhlým změnám teplot. Správně projektované, správně seřízené a správně provozované otopné soustavy nejsou hlučné. Teplotní změny jsou pozvolné a ke hlukovým projevům nedochází. Termostatický ventil by měl zasáhnout jen v případě vnějších nebo vnitřních tepelných zisků (osluněním, vařením).

Chyba bývá často již v projektu. Projektant navrhuje otopnou soustavu včetně regulačních armatur z hlediska hydrauliky. Zanedbává skutečnost, že topné médium je jen nosičem tepla. Výkony otopných těles jsou poměrně málo závislé na průtoku teplonosné kapaliny. Velká změna průtoku kapaliny nad jmenovitou hodnotou jen málo ovlivní výkon tělesa. Naopak při průtoku kapaliny 60% jmenovité hodnoty se sníží výkon tělesa přibližně jen o 8%.

Obr.1: Velká změna průtoku ovlivní výkon topného tělesa jen nepatrně.

Výkon tělesa je však do značné míry závislý na teplotě protékající kapaliny.

Každá stávající otopná soustava by měla být vyvážena z hlediska termohydrauliky. Termohydraulika zaručí, že nosičem tepla jsou správně aktivována teplotní čidla termostatických ventilů a k nadměrným výkyvům průtoků nedochází. Termohydraulickým vyvážením a správným nastavením otopové křivky se proto zamezí hlučnosti provozu otopné soustavy. Termohydraulická soustava je vyvážena v koncových bodech. Tím jsou eliminovány zvýšené diferenční tlaky zpracovávané ventilem, které jsou jednou z hlavních příčin hlučnosti otopných soustav. Zamezí se nedotápění koncových těles otopné soustavy, sníží se tepelné ztráty v potrubní síti a uspoří se až 25% tepelné energie. Termohydraulické vyvážení také umožní přechod na nízkoteplotní parametry po zateplení staveb, a další úspory tepla při jeho výrobě a distribuci.

Závěr:

Pro zamezení hlučnosti otopných soustav je nutné:

• Nevytvářet podmínky pro vznik hluku v otopné soustavě.
• Projektant může hladinu hluku významně ovlivnit.
• Oběhová čerpadla oddělit od potrubí pryžovými kompenzátory.
• Věnovat péči pevným a kluzným bodům pro uložení horizontálního i vertikálního potrubí.
• Dynamický tlak zpracovávaný radiátorovým ventilem by neměl překračovat 20-25 kPa a zdvih kuželek TRV by měl být vymezen seřízením hlavic.
• Otopnou soustavu po montáži důkladně propláchnout a odvzdušnit.
• Otopnou soustavu doplňovat upravenou a odplyněnou vodou.
• Věnovat pozornost čistotě média a údržbě filtrů.
• Instalovat zařízení pro aktivní odlučování plynů z teplonosné kapaliny.
• Instalovat průchodky stropem a zdmi v místech kluzných bodů přesahující tloušťku tropu nebo zdiva, aby nedošlo k jejich zanesení při dokončovacích pracích.
• Používat konstrukční materiály s malým rozdílem el. potenciálů a po zavedení nízkoteplotních parametrů teplonosné látky využívat možnosti navrhování plastových potrubí.

Pokud ke hlukovým projevům dojde, zjistit příčinu, lokalizovat zdroj hluku, navrhnout a provést opatření k zmezení vzniku hlukových projevů:

• Dodatečně vytvořit pevné body. Průchodky potrubí stropy uvolnit. Potrubí procházející nosnými zdmi uložit bez předpětí do pryžových manžet.
• Otopnou soustavu termohydraulicky vyvážit.
• Je-li otopná soustava termohydraulicky vyvážena a stavební objekt zateplen, snížit otopovou křivku. Termohydraulickým vyvážením stabilizovat průtokové i teplotní poměry v dynamických otopných soustavách a v rozvodných sítích, ve kterých jsou veškeré průtoky řízeny právě úrovní přenosu tepla.

Literatura:

Bartoníček R. a kol. - Koroze a protikorozní ochrana kovů
Matějček J. - Zavzdušňování otopných soustav - Topenářství - instalace 2/2005.
Matějček J. Hluk v otopných soustavách a jeho odstraňování - Topenářství - instalace 2/2007.
Ráž J. - www.usporyteplaets.cz