Poznatky z vyhlášky č. 151/2001 Sb.

V tomto článku bych rád prezentoval svůj pohled na některé paragrafy a články ve vyhlášce č. 151, které jsou mezi kolegy topenáři nejvíce diskutované a pokusil se o vlastní vysvětlení. Na úvod si však musíme uvědomit, že vyhláška patří k zákonu "o hospodaření s energií" a tak prioritní jsou úspory energie (tepla a chladu) a optimalizace zařízení k dosažení maximálních úspor energie.

§6, odst. 9
Tloušťka tepelné izolace u vnitřních rozvodů se volí do DN 20 ≥ 20 mm; DN 20 až DN 35 ≥ 30 mm; DN 40 až DN 100 ≥ DN; nad DN 100 ≥ 100 mm. U vnitřních rozvodů plastových a měděných potrubí se tloušťka tepelné izolace volí podle vnějšího průměru potrubí nejbližšího vnějšímu průměru potrubí řady DN. U rozvodů se tloušťka tepelné izolace stanoví optimalizačním výpočtem.

§6, odst. 8
Pro tepelné izolace rozvodů se použije materiál mající součinitel tepelné vodivosti λ u rozvodů menší nebo roven 0,045 W/m.K a u vnitřních rozvodů menší nebo roven 0,040 W/m.K (hodnoty λ udávány pro 0 °C) , pokud to nevylučují bezpečnostně technické požadavky.

Požadavky na tepelnou ochranu rozvodů tepla a chladu jsou převzaty z německého zákona "Heizungsanlage-Verordnung über einen energiesparenden Wärmeschutz", §4 až 9, který vešel v platnost 1.6.1994. V naší vyhlášce jsou požadované součinitele tepelné vodivosti požadavky zmírněny směrem nahoru tak, že např., kde německý zákon vyžaduje hodnotu 0,035 W/m.K vyhláška č. 151 požaduje 0,045 W/m.K. Takto tedy vyhláška neomezuje uvádění výrobků na trh a není ani v rozporu se zákonem č. 22/1997 Sb., ale pouze určuje vzhledem k nutnosti dosahování energetických úspor limitní vlastnosti použitelných tepelně-izolačních materiálů na trubní rozvody tepla a chladu u nových zařízení a celkových rekonstrukcí zařízení stávajících. Pokud by tak nečinila, veškeré snahy o úspory energie jsou liché a vyhlášky věnující se této snaze se stávají bezpředmětné.

Součinitel tepelné vodivosti uváděný v některých firemních materiálech při střední provozní teplotě teplonosné látky lze použít pouze u stavebních materiálů. Nelze ho použít v tepelné technice, kde rozsah teplot je značný. Uvádění součinitele tepelné vodivosti pro tepelné izolace u rozvodů tepelné techniky při 0 °C je tak ve vyhlášce celkem rozumné a získáme ho při znalosti součinitele tepelné vodivosti alespoň při třech teplotách proložením křivky. V žádném případě nelze použít jako kriteriálního parametru např. liniový součinitel prostupu tepla. Ten je vhodný u stavebních materiálů resp. ve stavební tepelné technice, kde rozmezí teplot je poměrně malé. V tepelné technice rozvodů, kde je rozmezí teplot teplonosné látky od -40 do 150 °C se již lineární průběh výrazně odklání od skutečného, který není v žádném případě přímkový a tak bychom se dopouštěli závažné chyby ve výpočtech. Součinitel tepelné vodivosti by naprosto zkresleně a chybně při vyšších teplotách vycházel výrazně menší.

Hodnota λ = 0,045 W/m.K u rozvodů (pozor na rozdíl mezi rozvodem a vnitřním rozvodem) při 0 °C je nastavena tedy tak, aby nediskriminovala dosud standardně používané tepelné izolace. Je však potřebné získat od výrobce izolací alespoň tři hodnoty λ při třech různých teplotách a zkontrolovat pomocí proložené křivky, zda izolace splňuje podmínku λ = 0,045 W/m.K při 0 °C, neboť s rostoucí teplotou λ roste.

Přesto, že je předpis poměrně přísný, domnívám se, že nebrání optimálnímu a hospodárnému návrhu izolace např. pro předizolované potrubní systémy ani pro jiné systémy, neboť platí §3 odst. 5 "Při navrhování nových a při rekonstrukci stávajících tepelných sítí se použije řešení, pro které má minimální hodnotu energetická účinnost z hlediska dopravy tepelné energie n_c a účinnost z hlediska tepelných ztrát n_z. Minimální hodnoty nemusí být dodrženy, pokud je navrženo výhodnější řešení na základě optimalizačního výpočtu, který porovnává různou tloušťku a druh tepelné izolace, druh a parametry teplonosné látky a teplotní rozdíl a zahrnuje náklady na pořízení, zejména odpisy a úroky z úvěrů, dále dopravní a tepelné ztráty, údržbu a dobu provozu a životnosti.

Vyhláška č. 151 je vyhláškou o úsporách energie a tudíž hodnota k = 0,35 W/m.K stanoví maximální měrný tepelný tok do okolí u vnějších rozvodů, který je z hlediska energetického hospodaření státu únosný. Nelze tak srovnávat dopravované teplo v potrubí dimenze např. DN 20 a DN 800 neboť tepelné ztráty potrubí nelze odvíjet od dopravovaného tepla v potrubí. Pokud si spočteme dopravované množství tepla v potrubí o stejném průměru s teplotou teplonosné látky např. 120 °C, kdy nejdříve to bude horká voda a pak pára dopravované množství tepla bude u páry značně vyšší než u vody (pára má větší schopnost přenosu tepla), ale tepelné ztráty do okolí budou stejné. Pro tepelné ztráty je rozhodující, za konstantního k, povrchová teplota (resp. rozdíl teplot) a plocha. Přenášený tepelný tok v potrubí je rovněž v průběhu roku proměnný. Z těchto důvodů nelze kalkulovat s přenášeným teplem. Pokud by se hodnota k = 0,35 W/m.K odstupňovala pro jednotlivé dimenze a vždy pro vyšší dimenzi by byla mírnější, vedlo by to, proti smyslu zákona o úspoře energie, k úmyslnému předimezovávání potrubních sítí, aby se dosáhlo menší tepelné izolace. Hodnota k = 0,35 W/m.K je tak nastavena s ohledem na maximální používané dimenze a uznávám, že přísně. Ale cílem jsou úspory energie a nikoli podpora obchodních organizací na úkor šetření energií. Rovněž je důležité si uvědomit, že do vztahu v příloze č. 3 se dosazuje součinitel tepelné vodivosti izolace λ_iz [W/m.K] při střední teplotě izolace, určené kvalifikovaným odhadem na základě povrchových teplot.

Domnívám se, že pokud nám výrazně nevyhovuje znění konkrétně taxativních paragrafů a odstavců, můžeme používat vlastní komplexně ucelenou metodiku pro optimalizační výpočet vyplývající z §3 odst. 5 Vyhlášky č. 151, což však obnáší shromáždit mnohem více údajů o projektu a věnovat optimalizaci příslušné penzum času.

§5, odst. 3
Pro vytápění s nuceným oběhem otopné vody se volí teplota vody na přívodu do otopného tělesa do 75 °C. Pro vytápění s přirozeným oběhem otopné vody se volí teplota vody na přívodu do otopného tělesa do 90 °C.

Zde je třeba si uvědomit, že odstavec hovoří o teplotě 75°C na vstupu do otopného tělesa u soustav s nuceným oběhem vody a nikoli o teplotě vody v otopné soustavě, u kotle či dokonce o teplotním spádu. Z moderních kotlů na plynná a kapalná paliva nedostaneme (pokud neuděláme neoprávněný zásah do nastaveného regulátoru kotle) vyšší teploty jak 80 až 85 °C. Než voda doteče k tělesu, a většinou ještě projde směšovačem, bude mít díky tepelným ztrátám v potrubí na vstupu do tělesa 75 °C a splníme tak požadavek. Domnívám se, že požadavek 75 °C je třeba přednostně uvažovat jen pro obytné a kancelářské prostory, nikoli pro průmyslové haly s otopnými tělesy. Neboť podíváme-li se na důvody proč je tento požadavek stanoven, dospějeme k třem základním bodům:

• Hygienické požadavky
  Nedochází k tepelnému rozpadu a změně struktury a vlastností prachových částic, zmenší se intenzita teplých konvekčních proudů a tím i vznos a turbulizace prachových částic ve vytápěném prostoru.
• Požadavky na tepelnou pohodu
  Nové budovy odpovídají ČSN 73 0540 a tudíž vychází výrazně menší tepelná ztráta než dříve. Tělesa by vycházela při vysokých teplotách pod oknem příliš krátká a jejich teplý konvekční proud by nebyl schopen obrátit a promísit chladné padající proudy od ochlazované okenní plochy. Takto by v rozsáhlé oblasti vznikala lokální tepelná nepohoda způsobená chladnými padajícími proudy, které "tečou" po podlaze až do výšky kotníků.
• Norma ČSN EN 442
  Tato norma stanovuje, že jmenovitý výkon otopných těles se zjišťuje a udává při teplotním spádu 75/65 °C již s ohledem na nové tepelně-technické vlastnosti stavebních konstrukcí budov. Definitivně zrušila jako jmenovité podmínky 90/70 °C, na které se výkon pouze přepočítává pro účely soustav s přirozeným oběhem vody.

Ptáme-li se proč byla ponechána teplota 90 °C na vstupu do otopného tělesa u soustav s přirozeným oběhem vody, musíme konstatovat, že hygienické požadavky a požadavky na zajištění optimální tepelné pohody pokud možno v celém vytápěném prostoru jdou stranou, neboť rozhodující je požadavek na vytvoření dostatečně velikého přirozeného vztlaku tak, aby otopná soustava vůbec fungovala a docházelo k potřebnému oběhu otopné vody.

§5, odst. 1
Každý spotřebič tepla se opatří armaturou s uzavírací schopností pokud to jeho technické řešení a použití připouští. Každé otopné těleso se opatří ventilem s uzavírací a regulační schopností s regulátorem pro zajištění místní regulace a u dvoubodového napojení vyjma jednotrubkových otopných soustav též regulačním šroubením pokud se nejedná o případ podle §8 odst. 5.

§8, odst. 5
Spotřebiče se vybavují místní regulací tak, aby se dosáhlo zohlednění tepelných zisků z oslunění a vnitřních tepelných zisků. U skupin spotřebičů a u skupin místností stejného typu a druhu využití v nebytovém objektu se připouští skupinová regulace.

Vzhledem maximalizaci úspor energie se zde vlastně předepisují na otopných tělesech TRV. K návrhu termostatických ventilů je potřebný diagram jeho hydraulických vlastností, který znázorňuje závislost hmotnostního průtoku a tlakové ztráty ventilu s vymezeným pásmem proporcionality, tj. teplotním rozsahem, ve kterém ventil pracuje. Takovéto diagramy poskytuje vždy výrobce armatury a obvyklé pásmo proporcionality je 2K. Jinak řečeno jmenovitý zdvih ventilu se stává zdvihem, který dosáhne za zcela otevřené polohy zvýšení teploty snímače o jmenovitý uzavírací teplotní rozdíl, který je většinou 2K.

Označme zdvih kuželky odpovídající pásmu proporcionality 1K hodnotou k_v1, pro 2K hodnotou k_v2 , a pro 3K hodnotou k_v3. Podle polohy pracovního bodu v pracovním pásmu ventilu usoudíme s jakým teplotním rozdílem bude ventil pracovat. Pokud leží pracovní bod vlevo od charakteristiky k_v2 (bod A), bude jeho uzavírací teplotní rozdíl menší než 2K a pokud leží vpravo (bod C), bude uzavírací teplotní rozdíl větší než 2K.

Když se pracovní bod ventilu nachází před a nad pracovním pásmem (bod A), můžeme ho posunout do pracovního pásma seškrcením přebytečného tlaku např. radiátorovým regulačním šroubením osazeným na zpětném potrubí u otopného tělesa. Seškrcením přebytečného tlaku se pracovní bod A posune o tlakový spád -Δp do bodu A₂ na přímku jmenovitého průtoku ventilu k_v2. Pokud se pracovní bod nalézá v oblasti za a pod pracovním pásmem ventilu (bod B), je možné ho posunout do oblasti pracovního pásma ventilu zvýšením dynamického dispozičního tlaku o hodnotu +Δp a tak ho posunout na čáru jmenovitého průtoku k_v2 do bodu B2. Jako projektanti musíme mít tedy na paměti, že volbou nízkých čísel přednastavení u termostatických radiátorových ventilů zmenšujeme i pásmo proporcionality.

Poddimenzování či předimenzování má negativní vliv na provozní chování ventilu. Pokud je ventil poddimenzován protéká ventilem nedostatečné množství a tepelný výkon otopného tělesa je nedostačující. Ventil zůstává stále otevřen a neplní tak svou regulační funkci. Předimenzování způsobí zhoršení regulačních poměrů. Příliš velké protékající množství ventil škrtí a tak většinu provozní doby pracuje v poloze téměř zavřeno. Tepelné zisky tuto situaci ještě zhorší, neboť na ně už ventil nemůže reagovat pokud zcela nezavře. To vede k neustálému otevírání a zavírání ventilu, tudíž i ke kolísání teplot. Rovněž tak i ke škrcení velkého průtoku a tomu odpovídajícím hlukovým projevům. Při zátopu to vede k opožděnému náběhu ostatních těles se správně dimenzovanými ventily a zvyšujeme riziko zanesení a hlukových projevů.

Domnívám se, že toto byly i důvody, které do odstavců zahrnuly regulační šroubení. Kdybychom však bezmyšlenkovitě přečetli odstavce, mohli bychom se domnívat, že v referenční místnosti s termostatem má být také TRV. To však není pravda, neboť termostat v referenční místnosti je již "místní regulací tak, aby se dosáhlo zohlednění tepelných zisků". Rovněž se nemusíme obávat toho, že bychom museli např. ve výrobních halách dávat ke každému tělesu TRV a regulační šroubení, neboť platí §8, odst. 5: "U skupin spotřebičů a u skupin místností stejného typu a druhu využití v nebytovém objektu se připouští skupinová regulace".

Vyhláška č. 151 Sb. uvádí mnohé nové poznatky do praxe a je nutné ji číst celou bez předčasných soudů podle jednoho odstavce, neboť jiné odstavce ho upřesňují či umožňují výjimky nebo jiná řešení. Věřím, že topenáři si rychle osvojí nové poznatky a zásady, které vyhláška prezentuje.

Úplné znění vyhlášky č. 151/2001 Sb. včetně příloh (PDF, 290 kB)