Komentář k Vyhlášce č. 151/2001 Sb.

Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ze dne 25. října 2000 stanoví podmínky, za kterých se uskutečňuje hospodárná výroba, přenos, přeprava, distribuce a spotřeba všech forem energie (zejména teplo a elektřina) a všech druhů paliv (tuhá, kapalná a plynná paliva). Lze konstatovat, že zákon vyjadřuje hlavní cíle státu v energetickém hospodaření s výhledem na 20 let.

Realizaci zákona o hospodaření energií zajišťují vyhlášky a další legislativní předpisy. K zajištění realizace jednotlivých ustanovení zákona slouží následující vyhlášky event. nařízení vlády:

• Vyhláška, kterou se stanoví minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie.
• Vyhláška, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie pro rozvod tepelné energie a vnitřní rozvod tepelné energie.
• Vyhláška, kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé užitkové vody, měrné ukazatele spotřeby tepla pro vytápění a pro přípravu teplé užitkové vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům.
• Vyhláška, kterou se stanoví podrobnosti pro přípravu a uskutečňování kombinované výroby elektřiny a tepla.
• Vyhláška, kterou se stanoví postup označování energetických spotřebičů energetickými štítky a zpracování technické dokumentace a podrobnosti účinnosti užití energie pro spotřebiče uváděné na trh.
• Vyhláška, kterou se stanoví podrobnosti náležitostí energetického auditu.
• Vyhláška, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách.
• Vyhláška, kterou se stanoví vymezení zdrojů energie, které budou hodnoceny jako obnovitelné.
• Vyhláška, kterou se stanoví účinnosti užití energie při přenosu, distribuci a vnitřním rozvodu elektrické energie.
• Nařízení vlády, kterým se stanoví podrobnosti zpracování územní energetické koncepce.
• Nařízení vlády, kterým se stanoví pravidla pro poskytování dotací na podporu Národního programu hospodárného nakládání s energií a využívání jejich obnovitelných a druhotných zdrojů.

K prováděcím vyhláškám obdržela SEI různé dotazy. Věnujme se nyní vysvětlení některých ustanovení. Vzhledem k odbornému zaměření čtenářů VVI se zaměřme na Vyhlášku č. 151/2001 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie pro rozvod tepelné energie a vnitřní rozvod tepelné energie.

§ 3, odst. (1)
Tepelná síť se dimenzuje tak, aby roční využití její schopnosti přenosu energie bylo co největší. Prokáže-li optimalizační výpočet výhodnost samostatného potrubí pro provoz mimo otopné období, dimenzuje se potrubí podle ekonomické měrné tlakové ztráty.

Důležitým slovem v tomto odstavci je roční. Nejde zde o přenosovou schopnost potrubí jako takovou, neboť dovedeno ad absurdum bychom volili maximální teplotu teplonosné látky s maximálním ochlazením, minimální průměr potrubí a na druhou stranu čerpadlo s minimálním dopravním tlakem. V tomto odstavci jde o to, aby potrubní sítě nebyly z jakýchkoli důvodů předimenzovány. Pokud by např. byla v letním období potrubní síť zásobující teplem jen ohřev TUV vytížena např. jen z 20 % je bez ohledu na počáteční investice vhodné volit přívodní potrubí zvlášť pro letní období (ohřev TUV).

§ 3, odst. (1)
Hodinová ztráta oběhové vody netěsnostmi při provozu v uzavřené tepelné síti může dosáhnout nejvýše 0,15 % z celkového objemu soustavy, při dlouhodobějším překračování se provádí opatření k jejímu snížení. Hodnota vyšší než 0,5 % je považována za poruchu, kterou provozovatel dotyčeného zařízení pro rozvod tepelné energie neprodleně odstraní. O provedených opatřeních se činí záznam v provozní evidenci.

Argument, že je pod patronací vyhlášky možno vyměnit při 0,15 % 13x za rok a při 0,5 % 43x za rok teplonosnou látku v soustavě, je lichý. Tento odstavec je tak benevolentně dimenzován, aby vyhověly i parní a technologické sítě, kde se nevrací 100 % vody či kondenzátu a zcela jasně se předpokládá, že čtenář pochopí, že ho k těmto hodnotám vyhláška nenabádá, ale že jsou to zcela maximální nepřekročitelné hodnoty. Předpokládá se, že každý provozovatel okamžitě odstraňuje každý nežádoucí únik teplonosné látky neboť náklady na vodu a její úpravu zvyšují jeho provozní náklady a rovněž, že dodržuje všechny příslušné ČSN a ČSN EN, které se týkají teplonosné látky a uzavřených otopných soustav.

§ 3, odst. (4)
Při navrhování nových a při rekonstrukci stávajících tepelných sítí se použije řešení, pro které má minimální hodnotu energetická účinnost z hlediska dopravy tepelné energie η_c a účinnost z hlediska tepelných ztrát η_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 u úvěrů, dále dopravní a tepelné ztráty, údržbu a dobu provozu a životnosti.

V tomto odstavci bude pro technickou veřejnost zarážející, že čím je účinnost nižší tím je to lepší. Zde nelze uvažovat o účinnosti, jako je tomu u kotle. Je skutečností, že ve vyhlášce se tento hodnotící parametr měl jmenovat spíše hodnotící faktor energie na dopravu a na tepelné ztráty. Zcela lichý je argument, že nízké hodnoty dosáhneme předimenzováním čerpadla protože platí § 8, odst. 1.

§ 3, odst. (6)
V provozních podmínkách se účinnost užití energie z hlediska dopravy a z hlediska tepelných ztrát vyhodnocují ročně.

Tento odstavec nepředpokládá, že by obsluha měla pravidelně zapisovat jaké mělo čerpadlo otáčky a po jakou dobu. Hodnocení nevychází z přesných provozních údajů, ale základem jsou projektované hodnoty (např. denní provoz se jmenovitými otáčkami, noční útlumový provoz s polovičními či 0 otáčkami). Tento odstavec umožňuje postihnout např. svévolné či úmyslné znehodnocení projektovaného provozování soustavy (např. svévolně vypnutý noční útlumový provoz v regulaci apod.).

§ 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. Rovněž tak tento požadavek neuplatňovat tam, kde dochází pouze k výměně těles a nikoli celé otopné soustavy včetně potrubní sítě, která byla dimenzována již na určité teplotní parametry a při přenosu určitého výkonu jim odpovídající průtoky. 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 víření prachových částic ve vytápěném prostoru.
• Požadavky na tepelnou pohodu.
• Nové budovy odpovídají ČSN 73 0540 a proto vychází výrazně menší tepelná ztráta než dříve. Tělesa pod oknem by vycházela při vysokých teplotách 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 "se rozlévají" 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.
• Výhody nízkoteplotních zdrojů.
• Snížení teploty teplonosné látky umožní hojnější, státní energetickou politikou podporované, využití kondenzační techniky, tepelných čerpadel a dalších nízkopotenciálních zdrojů tepla.
• Snížení tepelných ztrát v rozvodech.
• Snížením teploty teplonosné látky dochází i ke snížení tepelných ztrát rozvodů do okolí. Tato úprava je dalším krokem k naplnění zákona, který požaduje maximalizaci úspor tepelné energie.

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. Otopná soustava s přirozeným oběhem otopné vody samozřejmě musí být funkční i při např. teplotách 75/55 °C. Na tyto teploty, jako jmenovité, je však nemůžeme projektovat, neboť přirozený vztlak je malý a dimenze potrubí, již tak velké, by vycházely ještě větší. Projektování otopné soustavy s přirozeným oběhem vody můžeme dnes považovat spíše za anomálii, a tak jakási výjimka vzhledem k hygienickým a dalším požadavkům je zcela namístě.

Obr. 1 Posun pracovního bodu termostatického radiátorového ventilu

§ 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.

S ohledem maximalizaci úspor energie se zde vlastně předepisují na otopných tělesech TRV. K návrhu termostatických ventilů je potřebný diagram jeho hydraulických vlastností, který zobrazuje 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 2 K. 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 2 K.

Označme zdvih kuželky (obr. 1) odpovídající pásmu proporcionality 1 K hodnotou k_v1, pro 2 K hodnotou k_v2 a pro 3 K 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 2 K a pokud leží vpravo (bod C), bude uzavírací teplotní rozdíl větší než 2 K.

Obr. 2 Vliv přednastavení TRV na velikosti pásma proporcionality

Když se pracovní bod ventilu nachází před a nad pracovním pásmem (obr. 2) (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 -Δ_p 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 +Δ_p a tak ho posunout na čáru jmenovitého průtoku k_v2 do bodu B₂. 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, jeho důsledkem je kolísání teplot. Při škrcení velkého průtoku dochází k odpovídajícím hlukovým projevům. Při zátopu to vede k opožděnému náběhu ostatních těles se správně dimenzovanými ventily a zvyšujeme riziko zanesení a hlukových projevů.

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".

§ 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.

§ 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. 11
Při nižších hodnotách λ, než je uvedeno v ustanovení odstavce 8, se minimální tloušťka izolace (d_e - d)/2 stanoví výpočtem tak, aby součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky potrubí k byl menší nebo roven 0,35 W/m.K. Výpočet se provede podle vztahu uvedeného v příloze č. 3.

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 zmírněny požadované hodnoty součinitele tepelné vodivosti směrem nahoru tak, že např. tam, 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 potrubní 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 proložením křivky, zda izolace splňuje podmínku λ = 0,045 W/m.K při 0 °C, neboť s rostoucí teplotou u většiny tepelných izolací λ roste.

§ 6, odst. (9) je ve vyhlášce především pro rychlý návrh kratších úseků potrubní sítě či pro projektanty a montážní firmy, které se nechtějí zabývat výpočtem. Rozhodujícím je tak § 6. odst. (11), který platí jak pro vnitřní, tak pro vnější rozvody, a kde vycházejí tloušťky izolace nižší.

Vyhláška č. 151 je vyhláškou o úsporách energie a proto hodnota k = 0,35 W/m.K stanoví maximální měrný tepelný tok do okolí u vnějších i vnitřních 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 přísněji než dříve. 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.

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 η_c a účinnost z hlediska tepelných ztrát η_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.

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.

§ 8, odst. (7)
U rozvodu tepelné energie a vnitřního rozvodu vytápění a teplé užitkové vody se prokazuje seřízení průtoků v jednotlivých větvích otopné soustavy měřením tak, aby odpovídaly projektovaným jmenovitým průtokům s maximální odchylkou ± 15 %.

Otopná soustava je technické zařízení jako každé jiné a tak i otopná soustava musí být před předáním a plným uvedením do provozu seřízena, neboť mezi dílem a projektem jsou rozdíly. Pokud by soustava nebyla hydraulicky vyvážena, nezajistili bychom požadované průtoky jednotlivými odběrnými místy dle požadavku projektu a docházelo by v některých místech k přetápění (úspory energie jdou vniveč) a jiných k nedotápění a nezajištění tak základního požadavku na zajištění tepelné pohody.

V příspěvku je uvedeno stanovisko k Vyhlášce č. 151/2001 Sb. a zároveň informace, jak a v jakém smyslu vyhovět kladeným požadavkům v každodenní praxi. Kontrolou dodržování ustanovení zákona o hospodaření energií (tj. i dodržování jednotlivých ustanovení vyhlášek), je na základě zákona č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), pověřena Státní energetická inspekce.

Vyhláška č. 151/2001 Sb. uvádí mnohé nové poznatky do praxe a je nutné ji číst celou, neboť další odstavce upřesňují odstavce předchozí či umožňují výjimky nebo jiná řešení. Věřím, že si technická veřejnost rychle osvojí nové poznatky a zásady, které vyhláška uvádí, neboť platí od 3. 5. 2001.

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