Regulačné ventily vo vykurovacích systémoch: Kľúč k účinnosti a komfortu

Energetická hospodárnosť je už dlhšie aktuálnou témou, týkajúcou sa nielen dostupnosti zdrojov energie a dôsledkov ich využívania na životné prostredie, ale aj priameho dosahu na ekonomickú situáciu spotrebiteľov energie. Budovy majú podiel na dlhodobej spotrebe energie, na ktorú vo výraznej miere vplývajú nielen tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií, ale aj ďalšie faktory, zohrávajúce čoraz dôležitejšiu úlohu. Na zabezpečenie efektívnej prevádzky a komfortného vnútorného prostredia sú nevyhnutné regulačné ventily, ktoré sú srdcom každého vykurovacieho systému.

Všeobecný význam a funkcia regulačných ventilov

Voda v potrubí je pod určitým tlakom, ktorý je pre správnu funkciu rozvodov dôležitý. Ak je tlak vody príliš nízky, vysoký alebo kolíše, nesie to so sebou značné problémy. Na reguláciu a stabilizáciu tlaku vody slúžia tzv. regulačné ventily na vodu. Tieto ventily upravujú množstvo pretekajúcej vody, a tým pádom aj tlak v teplovodných vykurovacích systémoch.

Niektoré regulačné ventily navyše slúžia aj na uzatváranie, rozdeľovanie a miešanie pretekajúcej vody. Vďaka tomu môžu riadiť nielen prietok a tlak, ale aj teplotu výstupného média. Regulačné ventily zabezpečia rovnomernú distribúciu teplonosnej kvapaliny na všetkých odberných miestach, a tým pádom tepelný komfort bez nadbytočných nákladov. Zároveň chránia sústavu pred nadmerným mechanickým opotrebením spôsobeným vysokým tlakom. Regulačné ventily sa používajú najmä vo viacpodlažných domoch, kde je potrebné zabezpečiť dostatočný tlak aj vo vyššie umiestnených odberných miestach. Regulačné ventily na vodu upravujú množstvo pretekajúcej vody v rozvodoch - môžu teda tlak zvýšiť aj znížiť.

Typy a parametre regulačných ventilov

Na trhu nájdete veľké množstvo rôznych typov regulačných ventilov na úpravu tlaku vody. Redukčné ventily sa inštalujú na domové alebo bytové prípojky vody a ako ich názov napovedá, slúžia na zníženie a stabilizáciu tlaku vody privádzanej z vodovodného radu. Modulácia: Modulačný plavák riadi hladinu vody v definovanom nastavenom bode. Nemodulačné: Nemodulačný plavák udržuje ventil zatvorený, kým hladina nádrže/zásobníka nedosiahne minimálnu nastavenú hodnotu. Automaticky riadený elektrickými signálmi.

Rozdelenie podľa počtu vstupov a výstupov a ovládania

• Dvojcestné ventily na vodu: Majú jeden vstup a jeden výstup, regulujú prietok a tlak na jednom potrubí.
• Trojcestné ventily na vodu: Slúžia aj na miešanie, prípadne rozdeľovanie tokov. Sú určené pre otvorené a uzavreté systémy teplej a studenej vody a sú ovládané otočným pohonom, ktorý je riadený bežne dodávanými regulačnými systémami (spojito alebo 3-bodovo). Guľa guľového kohúta pôsobí ako regulačný orgán a presúva sa do polohy zadanej riadiacim signálom. Otvorenie kohúta prebieha proti smeru hodinových ručičiek, uzatvorenie v smere hodinových ručičiek.

Regulačné ventily s manuálnym ovládaním sa nastavujú pomocou kolieska. Zdvihové regulačné ventily na vodu sa ovládajú automaticky pomocou servopohonu. Invertor je frekvenčný menič.

Dôležité parametre pri výbere

Základnými parametrami sú okrem typu ventilu (dvojcestný, alebo trojcestný) a jeho ovládania (manuálne, alebo automatické) aj typ média. Regulačné ventily na vodu totiž väčšinou nie sú kompatibilné s inými typmi média. Dôležitý je aj typ vody, teda či ide o rozvody pitnej vody, TÚV alebo vykurovacej vody. V závislosti od typu vody a aplikácie zvoľte zodpovedajúcu dimenziu ventilu a výrobný materiál - ten je dôležitý pre zachovanie požadovaného hygienického štandardu aj zabránenie korózii. Ďalšími parametrami pri výbere sú maximálny prietok a tlak či typ a veľkosť pripojenia.

Trojcestné regulačné ventily a ich špecifiká

Trojcestný ventil, často nazývaný aj trojcestný zmiešavač, sa inštaluje do vykurovacieho systému na reguláciu objemových prietokov, napríklad na stanovenie prívodnej teploty alebo reguláciu teploty spiatočky. Ventil sa dá nastaviť tak, aby voliteľne otváral alebo zatváral. Vo vykurovacom systéme musia všetky komponenty dokonale spolupracovať, aby bola zaručená bezpečnosť, efektivita a bezchybná prevádzka. Trojcestný ventil zabezpečuje potrebné zníženie prívodnej teploty.

Trojcestný termostatický ventil

Trojcestný termostatický ventil je kľúčovou súčasťou vykurovacej inštalácie, ktorá umožňuje presné miešanie dvoch prúdov vody s rôznymi teplotami. Vďaka použitiu termostatu ventil automaticky reguluje pomer horúcej a studenej vody, čím udržiava stálu požadovanú výstupnú teplotu. Týmto spôsobom ventil zabezpečuje nielen komfort, ale aj úsporu energie eliminovaním náhlych teplotných skokov a zabraňuje riziku popálenín v systémoch TÚV.

Konštrukcia trojcestného zmiešavacieho termostatického ventilu zahŕňa tri pripojenia: jedno pre prítok studenej vody, druhé pre prítok horúcej vody a tretie pre výstup miešanej vody. Termostat v tomto ventile zohráva kľúčovú úlohu pri udržiavaní stabilnej teploty vody, ktorú mieša. Presne prispôsobuje prietok studenej a horúcej vody, čím zabezpečuje stálu teplotu na výstupe. Ventil funguje na princípe dynamickej regulácie prietoku vody. Vnútorný mechanizmus obsahuje termostatický prvok, ktorý reaguje na zmeny teploty vody prechádzajúcej ventilom. V prípade poklesu teploty na výstupe ventil znižuje množstvo studenej vody a zvyšuje prítok teplej. Proces regulácie teploty je vďaka termostatu plynulý a rýchly, čo zlepšuje komfort používania systému.

Elektricky ovládané zónové alebo prepínacie ventily

Zónové alebo prepínacie ventily s tromi cestami sa zvyčajne prevádzkujú pomocou 230 V motora. Tento motor zabezpečuje otvorenie ventilu do prevádzkového stavu „OTV“. Po odstránení napätia sa ventil zatvorí do stavu „ZATV“. Ovládanie sa realizuje cez reléový kontakt v riadiacom systéme. Ak ventil pracuje v polohe „OTV“, môže dôjsť k prechodu z cesty A na AB. Alternatívne možno ventil obsluhovať aj prostredníctvom servomotora s napájaním 230 V. V tomto prípade ovládacie napätie variuje medzi nulou a desiatimi voltami, čo umožňuje postupné prestavovanie ventilu podľa potrieb vykurovacieho okruhu. Táto metóda nekladie striktné obmedzenia medzi jednotlivé cesty a prevádzkové stavy. Trojcestné ventily ovládané servomotorom sa spravidla používajú predovšetkým ako zmiešavače vo vykurovacích okruhoch. Elektricky prevádzkované regulačné ventily sa z dôvodu nižších teplotných zaťažení inštalujú väčšinou vo vratnom potrubí vykurovacieho systému.

Legislatívny rámec a technické normy

Aktivity smerujúce k hospodárnemu využívaniu energie sa v rámci Európskej únie koordinujú a harmonizujú na základe príslušných smerníc. V prepracovanej smernici Európskeho parlamentu a Rady č. Dokument obnovy fondu bytových a nebytových budov v Slovenskej republike, ktorého vypracovanie vzniklo z požiadavky zo smernice Európskeho parlamentu a Rady 2012/27/EÚ z 25. októbra 2012 o energetickej efektívnosti a tieto požiadavky boli prenesené aj do národnej legislatívy a to zákonom č. 321/2014 Z.z. V našej legislatíve sú to predovšetkým:

• Zákon č. 321/2014 Z. z.
• Zákon č. 300/2012 Z. z. z 18. septembra 2012, ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb.
• Zákon č. 657/2004 Z. z. o tepelnej energetike + zákon č. 100/2014 Z. z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 657/2004 Z. z.

Relevantné technické normy

• STN EN 12828: Vykurovacie systémy v budovách. Ide o technologickú normu určenú na navrhovanie teplovodných vykurovacích systémov v budovách, ktorá však obsahuje aj osobitný článok venovaný riadeniu, doplnený samostatnou podrobnou prílohou. Norma uvádza aj príklady klasifikácie riadiaceho systému vykurovania podľa rôznych objektov.
• STN EN 14337: Vykurovacie systémy v budovách. Táto technologická norma určuje kritériá navrhovania elektrických vykurovacích systémov v individuálnych a hromadných obytných budovách, obchodných a priemyselných budovách. Jedna časť sa venuje riadeniu. Klasifikácia riadiaceho systému spočíva v úrovni riadenia (miestne, zónové a centrálne riadenie) a v spôsobe vykonávania jeho funkcie (ručné, automatické, časovo závislé a optimalizované časovo závislé riadenie). Pri riadení kombinovaných vykurovacích systémov zložených z rôznych typov elektrického vykurovania sa musí zabezpečiť ich vzájomná spolupráca.
• STN EN 215: Termostatické radiátorové ventily. Norma platí pre dvojcestné regulačné ventily s termostatickou hlavicou s predvoľbou alebo bez nej, osadené na prívodnom potrubí vykurovacej vody, alebo zabudované v konštrukcii vykurovacieho telesa. Ide o najjednoduchší spôsob individuálnej regulácie. Dôležitou súčasťou normy sú definície častí ventilu, druhov zostáv termostatických hlavíc podľa konštrukčného vyhotovenia.
• STN EN 15232 - 1: Energetická hospodárnosť budov.
• STN EN 15500 - 1: Energetická hospodárnosť budov. Riadenie pre aplikácie HVAC. Účelom normy je špecifikovať aplikácie, nastavenie funkcií a účinnosť aplikácií na reguláciu jednotlivých zón pri elektronických zariadeniach. Tieto parametre - ako napríklad teplota, vlhkosť a prietok vzduchu - sú regulované v požadovaných medziach v závislosti od obsadenosti miestnosti alebo zóny. Norma platí pre regulátory s pevne nastavenými funkciami, konfigurovateľné a programovateľné regulátory. Riadiace a regulačné zariadenia môžu alebo nemusia byť pripojené k dátovej sieti.
• STN EN 12098 - 1: Energetická hospodárnosť budov. Regulácia vykurovacích systémov. Norma sa zameriava na najpoužívanejší typ regulácie tepelného výkonu teplovodných vykurovacích systémov s teplotou vykurovacej vody do 120 °C - na reguláciu vykurovania v závislosti od vonkajšej teploty známu pod pojmom ekvitermická regulácia. Dôležitou súčasťou normy sú termíny a definície zariadení regulačného obvodu, vstupných a výstupných signálov, fyzikálnych veličín a režimov a funkcií regulátora. Na grafické zobrazenie závislosti teploty vykurovacej vody od vonkajšej teploty sa zavádza termín charakteristická vykurovacia krivka. Regulátory majú umožňovať automatickú prevádzku, komfortný režim a jeden redukovaný prevádzkový režim (ekonomický režim/režim ochrany budovy), pričom sa musí zobrazovať aktuálny režim.
• STN EN 12098 - 3: Energetická hospodárnosť budov. Regulácia vykurovacích systémov. Toto regulačné zariadenie riadi distribúciu/výrobu tepla v závislosti od vonkajšej teploty a času a ďalších referenčných veličín.
• STN EN 12098 - 5: Energetická hospodárnosť budov. Regulácia vykurovacích systémov. Norma je určená zariadeniam, ktoré regulujú časový rozvrh vykurovacích systémov. Signály môžu byť spracované s použitím analógových alebo digitálnych techník, alebo obidvoch techník súčasne. Spínacie zariadenie umožňuje dosahovať úspory energie redukovaním výkonu alebo vypnutím prevádzky vykurovacích systémov v závislosti od očakávaného využitia.

Regulácia vykurovania v praxi: Výzvy a riešenia

O tom, či hydraulicky vyregulovať alebo nevyregulovať vykurovaciu sústavu v bytových domoch prebehlo mnoho zásadných diskusií a dohovorov medzi odborníkmi z oblasti tepelnej energetiky, nielen na národnej úrovni, ale aj v medzinárodnom merítku. V súčasnosti sú bytové domy, aj tie po zateplení, vybavené termoreguláciou na spotrebičoch, avšak toto samotné dosahuje maximálne 5% úspory z celkových nákladov na tepelnú energiu bytového domu.

Hydraulické vyváženie a regulátory diferenčného tlaku

Päty stúpacích potrubí vykurovania sú vybavené regulátormi prietoku, tzv. prepúšťacími armatúrami. Táto základná regulácia však narazí na nedostatky ako náhle je bytový dom zateplený a zrazu sa v systéme hlučne prihlási zvýšený tlak v systéme, šum vo vykurovacích telesách, pískanie na termoregulačných armatúrach. Preto sa teraz budeme zaoberať rozdielom medzi jestvujúcimi regulačnými armatúrami zabudovanými vo väčšine našich bytových domoch, tzv. regulátormi na konštantný prietok, oproti armatúram, ktoré sú po významnej obnove bytového domu odporúčané zabudovať do vykurovacieho systému vzhľadom na ich schopnosť regulácie aj pri nízkom prietoku stúpačkou.

V sústave s reguláciou prietokom je osadený regulačný ventil (regulátor prietoku) navrhnutý tak, aby jeho tlaková strata bola minimálne rovná tlakovej strate spotrebičov pri menovitom prietoku a bolo dosiahnuté rozdelenie prietokov podľa výpočtov projektanta. Pri významnej obnove bytového domu, do ktorej jednoznačne patrí aj zateplenie objektu je rozhodujúce aj konečné zatriedenie takéhoto objektu do triedy energetickej hospodárnosti budov (EHB), ktorú vykonáva autorizovaná osoba. Zatriedenie do vyššej skupiny EHB si skutočne vyžaduje aj nákladnejšiu úpravu a z dlhodobého úsporného hľadiska podstatný zásah do vyregulovania jestvujúceho systému vykurovania.

Jednou z možností zabezpečenia stabilizácie diferenčného tlaku v sústave je použitie regulátorov diferenčného tlaku. Sú založené na princípe obmedzovania (škrtenia) nadbytočného tlaku pri čiastočnom uzavretí dvojcestných regulačných ventilov a tým preberajú ich zvýšenú tlakovú stratu (s výhradami ich možno všeobecne prirovnať k redukčným ventilom). Z podstaty svojej funkcie tak podporujú riadne vychladnutie spiatočky a súčasne ich použitie v kombinácii s frekvenčne riadenými čerpadlami prináša zásadné úspory čerpacej práce (mení sa prietokové množstvo sústavou). V prospech regulátora diferenčného tlaku hovorí aj skutočnosť, že pokiaľ je tento správne nastavený, môže plniť funkciu obmedzovača prietoku, ktorý zabezpečí, aby sa pri meniacich tlakových pomeroch vykurovacej sústavy nedochádzalo k neželanému zvýšenému prietoku vykurovacej vody, zároveň pri uzatváraní termoregulačných armatúr na spotrebičoch, tento regulátor tlakovej diferencie rozpozná meniaci sa stav tlaku systému a svojou dômyselnou konštrukciou nedopustí neželaný prietok do objektu, resp. stúpacieho potrubia.

Regulačné ventily pre podlahové vykurovanie

Teplovodné podlahové vykurovanie predstavuje nízkoteplotný, ekonomicky úsporný a esteticky nerušivý vykurovací systém. Jeho prevádzkové náklady je možné významným spôsobom pozitívne ovplyvniť kombináciou s nízkoteplotnými zdrojmi, ako sú napríklad tepelné čerpadlá THERMIA. Využitím princípu prenosu tepla sálaním je možné dosiahnuť ďalšie úspory energií, a to v rozsahu 10 % až 13 %.

Podlahové vykurovanie ako nízkoteplotný vykurovací systém využíva pre dosiahnutie požadovanej teploty v priestore vykurovaciu vodu s teplotou nižšou, než klasické systémy radiátorové. Pri prenose tepla do priestoru je využívaný fyzikálny proces sálania, pri ktorom sa energia šíri do priestoru vo forme elektromagnetického žiarenia, prostredníctvom naakumulovanej vykurovacej dosky. Stále častejšie sa pri inštaláciách podlahového vykurovania stretávame s nevhodne zvolenými a následne použitými typmi zmiešavacích zostáv, ktoré majú zabezpečiť zodpovedajúcu teplotnú reguláciu vykurovacej vody podlahového vykurovania. Správny výber zmiešavacej zostavy je kľúčový pre optimálnu funkciu podlahového vykurovania.

Nedodržanie stanovených teplotných (hygienických) limitov podlahového vykurovania podľa ČSN EN 1264-1÷4 môže za určitých ďalších okolností spôsobiť problémy osobám v priestore sa vyskytujúcim, predovšetkým problémy s krvným obehom. Trojcestný termostatický ventil je kľúčovým prvkom v inštaláciách podlahového vykurovania. Kontroluje teplotu vody dodávanej do systému, čím zabezpečuje rovnomerné rozdelenie tepla a zabraňuje poškodeniu podlahového vykurovania alebo zníženiu jeho účinnosti v dôsledku príliš vysokej teploty.

Regulácia teplej úžitkovej vody (TÚV)

Teplá voda ako energetické médium predstavuje v obytných domoch, rodinných domoch a objektoch na bývanie nemalú položku, ktorá pri nesprávnom návrhu, alebo prevádzkovaní predstavuje pri súčasných cenových reláciách neraz rovnakú, niekedy aj vyššiu cenu ako príprava tepla pre vykurovanie. Systémy teplej vody bez správneho vyregulovania v jednotlivých okruhoch spôsobujú dodávateľom aj odberateľom problémy, ktoré súvisia s nesprávnymi teplotechnickými a tlakovými parametrami dodávanej vody. K zaisteniu správnej teploty aj v dobe minimálneho odberu je zavedená cirkulácia teplej vody. Dnes prichádza do úvahy iba nútená cirkulácia.

V inštaláciách teplej úžitkovej vody (TÚV) termostatické ventily chránia pred popálením. Aj keď je voda v zásobníku ohriata nad 60 °C na elimináciu baktérií Legionella, miešací trojcestný ventil znižuje teplotu úžitkovej vody dodávanej do kohútikov, čím zaisťuje bezpečnosť používateľov. Keďže dimenzie potrubí sú dané pri špičkovom odbere TÚV, je možné rozloženie teplôt a tlakov v rozvode TÚV ovládať iba nastavením prietoku cirkulácie. V systémoch, kde je na koncovom úseku odberu (napr. v bytovej prípojke TÚV) nainštalované meracie zariadenie, ktoré meria nie množstvo tepla, ale objem, sú tieto cirkulačné potrubia priam nevyhnutnosťou.

Závažným nedostatkom tohto riešenia je, že väčšina nevyregulovaných rozvodov nie je schopná zabezpečiť na vstupe do odberných miest rovnakú teplotu TÚV. Spravidla vznikajú poruchy v cirkulácii, kde je nutné zdĺhavé odpúšťanie vody „kým dotečie teplá voda“. Správne fungujúca cirkulácia by mala byť preukázaná pred alebo po rekonštrukcii, alebo pri novom objekte meraním teploty vody na výtoku. Na vyregulovanie systému sa používajú regulátory tlaku s vnútornou plochou z červeného bronzu.

Moderné riadenie a automatizácia regulačných ventilov

Regulátory zmiešavacích ventilov sú odporúčané pre investorov, ktorí chcú vo svojich domovoch implementovať moderné vykurovacie systémy. Tieto zariadenia automaticky miešajú horúcu a studenú vodu v presnom pomere, čím zabezpečujú konštantnú teplotu v budove. Naše systémy sú určené na ovládanie trojcestných aj štvorcestných ventilov a umožňujú pripojenie prídavného ventilového čerpadla. Regulátor zmiešavacieho ventilu môže komunikovať a spolupracovať s modulmi i-1 alebo i-1m, čo umožňuje riadenie až troch zmiešavacích ventilov súčasne. Používanie regulátorov pre zmiešavacie ventily prináša výhody v podobe ekonomickej a efektívnej prevádzky celého systému.

Vďaka efektívnej prevádzke regulátora dochádza k automatickému miešaniu horúcej a studenej vody v správnom pomere. Tým je zabezpečená efektívna prevádzka celej vykurovacej inštalácie. Intuitívne ovládanie pomocou štyroch tlačidiel (pri modeloch i-1, i-1 TÚV): EXIT, PLUS, MINUS, MENU slúži na zadávanie a potvrdzovanie prevádzkových parametrov potrebných pre správnu funkciu systému. V závislosti od konkrétneho modelu sú k dispozícii rôzne funkcie, vrátane: Ekvitermická krivka, Týždenný prevádzkový režim, Nastavenie dátumu a času. Rozsah podporovaných funkcií regulátora je možné rozšíriť úpravou nastavení, vrátane pripojenia izbového regulátora k zariadeniu.

Ovládanie cez internet

Vybrané modely ponúkajú možnosť pripojenia riadiaceho modulu EU-505, čo umožňuje online riadenie prevádzky inštalácie pomocou mobilnej aplikácie eModul.pl.

Inštalácia a údržba regulačných ventilov

Inštalácia prebieha podľa typu pripojenia, vždy však podľa smeru prúdenia, ktorý je vyznačený na ventile. Inštalácia regulátorov pre zmiešavacie ventily je úloha, ktorá musí byť zverená odborníkom s príslušnou kvalifikáciou. Pred začatím prác je nevyhnutné odpojiť napájanie a zabezpečiť ho proti náhodnému zapnutiu. Nesprávne zapojenie káblov môže viesť k poškodeniu regulátora zmiešavacieho ventilu. Regulátory zmiešavacích ventilov sú bezúdržbové, avšak aby ste predišli ich poškodeniu, odporúčame pred ventil inštalovať filter mechanických nečistôt. Mechanické nečistoty totiž vedú k zanášaniu ventilu, skracujú jeho životnosť a znižujú funkčnosť.

Pokiaľ je v objekte zabezpečené meranie spotreby tepla nielen na päte objektu, ale aj na jednotlivých spotrebičoch, vlastníci / nájomníci sú motivovaní škrtiť prietok na vykurovacích telesách a tým dosahovať úspory. Pri návrhu plastových potrubí sa nesmie zabudnúť na uzemnenie zariaďovacích predmetov v bytoch, keďže pôvodné uzemnenie je väčšinou na oceľovom potrubí studenej alebo teplej vody.

tags: #regulacny #ventil #vykurovanie