IMI Hydronic Engineering ukazuje, kde pramení úspory energií ve vodních soustavách vytápění a chlazení
Text: Martin Šerý STAVEBNISERVER®, foto vizualizace IMI Hydronic Engineering
Inovace, efektivní kombinace špičkových produktů a práce s provozními daty v reálném čase. To je na úvod stručné shrnutíbohatého know-how synergické trojice značek IMI PNEUMATEX, IMI TA a IMI HEIMEIER, sestávajícího z desítek let zkušeností v klíčových oblastech vytápění, chlazení a vzduchotechniky. Věděli jste, že právě HVAC dnes představují 20 % celosvětové spotřeby energie? V tomto článku se kromě jiného dozvíte, jak řešit problémy spojené s vodními soustavami, jak jim předcházet i jak maximálně využít potenciál úspor v moderních budovách. Představíme si také nejnovější trendy v regulaci a vyvažování soustav. Co je klíčem k jejich vysoké účinnosti a dlouhé životnosti? Přečtěte si, jak lze dosáhnout optimální pokojové teploty i výrazných úspor na energiích jednou provždy.
Společnost IMI Hydronic Engineering působí ve 34 zemích včetně České republiky, kde poskytuje zákazníkům komplexní a energeticky účinná řešení pro soustavy HVAC. Oceňují je nejen investoři, ale usnadňují práci také projektantům nebo montážníkům, kterým jsou pracovníci firmy IMI Hydronic Engineering k dispozici v průběhu celého procesu od návrhu projektu přes instalaci a uvedení do provozu až po následný servis. Na každou soustavu se v souladu s firemní filozofií pohlíží individuálně, neboť každá budova musí splňovat stále přísnější normy energetické účinnosti. Hlavním cílem je vždy správné vyvážení a regulace soustavy HVAC tak, aby dlouhodobě fungovala podle návrhu projektanta a dosahovala vyšších výkonů při co nejnižších nákladech
Hydronická soustava začíná zdrojem. Tím může být například kotelna, zdroj chladu nebo některý z obnovitelných zdrojů energie. Vyrobená energie poté putuje od zdroje přes distribuční soustavu (potrubí, regulační ventily, čerpadla atd.) až ke koncovému spotřebiči, kterým je nejčastěji otopné těleso, fancoil, indukční jednotka či vzduchotechnika. Společnost IMI se stará o to, aby požadovaného výkonu dosahoval každý spotřebič v každé části vodní soustavy pro vytápění či chlazení. Značka IMI PNEUMATEX se zaměřuje na udržování tlaku a separaci nečistot či plynů. IMI TA se soustředí na vyvažování, regulace a pohony ve švédském městě Ljungu, kde vznikají ikonické produkty v čele s inovativními ventily, jejichž výhody a využití si o něco dále rozhodně ještě podrobně rozebereme. IMI HEIMEIER se specializuje na termostatickou regulaci.
Správný průtok a kvalita kapaliny jako základ požadovaného výkonu spotřebičů
Vyvážení distribuční soustavy pro správný průtok zdaleka nebývá samozřejmostí dokonce ani u těch nejmodernějších projektů. Proto se také běžně stává, že ani nová a drahá zařízení netopí, anebo nechladí tak, jak by měla. V jednotlivých místnostech pak navzdory poměrně vysokým nákladům nepanuje ideální klima a moderní či přímo zelené budovy, slibující na papíře úsporný provoz, jsou s náklady na energie daleko za hranicí původních výpočtů. „Dosáhnout správného průtoku, a tím pádem i správného výkonu na každém spotřebiči v rámci celé soustavy je základem pro veškeré úspory energie. Nelze dosáhnout garantovaných úspor bez potřebných vlastností soustavy, je potřeba ji vyvážit,“ říká technický ředitel Josef Jáchim. Správný průtok v soustavě zajišťují ventily. Ty mohou být vyvažovací, regulační, tlakově nezávislé nebo kombinované a chytré, jak se můžete přesvědčit o pár řádků dále.
Pod značkou IMI PNEUMATEX se pracovníci společnosti starají také o kapalinu jako takovou, neboť právě ta je základem přenosu energie od zdroje až ke koncovému spotřebiči. Požadovaný výkon dokáže přenést pouze kapalina, která má správnou kvalitu a tlak. Z kvalitativního hlediska musí být zbavená plynů (např. kyslíku viz dále) i nečistot a kalů. Účinná separace kalů pomocí malých nebo velkých separátorů ochrání důležité části hydronické soustavy před závadami způsobenými vlivem nečistot. Když se do soustavy neustále dodává kyslík, vzniká koroze, v jejímž důsledku dochází k usazování magnetitu coby černého prášku ve vodě, který má na rozdíl od rzi magnetické vlastnosti. Do separátoru se proto umístí magnetická tyč, aby tento černý prášek přitahovala. Až 9x účinnější separace nečistot je možná díky separátoru nečistot s cyklónovou technologií Zeparo Cyclone, který funguje na principu odstředivé síly. Voda se roztočí v cyklónu, čímž dochází k hromadění veškerých kalů na stěně separátoru, odkud padají dolů do sběrného koše. Při správné údržbě soustavy se v průběhu celé její životnosti výrazně snižuje počet neplánovaných odstávek i výše nákladů, které jsou s nimi spojené. IMI PNEUMATEX vyrábí nejen odplyňovací zařízení a separátory kalů, ale také automatická zařízení na udržování tlaku vody. Jde o automaty na principu čerpadel nebo kompresorů pro přesné udržování tlaku v soustavách, jejichž prostřednictvím je zároveň možné provádět podtlakové odplyňování a také doplňování vody do soustavy.
Dozvěděli jsme se, že je zapotřebí pohlídat i další klíčové parametry, aby voda nepoškodila části distribuční soustavy, kam řadíme maximální tvrdost, ideální pH a v neposlední řadě je klíčová i její vodivost. Následně je neméně důležité zajistit, aby byla soustava správně natlakovaná, a to jak při napouštění systému, tak v rámci údržby tlaku při provozu soustavy. Nízký tlak v soustavě totiž vede k zavzdušnění jejích horních pater. Vysoký tlak zase obvykle vede k únikům přes pojistné ventily apod. Vzhledem k faktu, že kapalina má tendenci měnit spolu s teplotou také svůj objem, používají se expanzní nádoby i další zařízení se schopností automatické regulace tlaku v soustavě. Pokud již dojde k úniku vody přes netěsnost nebo například při odvzdušňování, přichází na řadu monitorované doplňování kapaliny. Systémy, kterými IMI disponuje, nejenže jsou schopny včas detekovat úniky vody a zamezit tak velkým škodám, ale také přesně měřit doplňovanou vodu v průběhu provozu soustavy. Veškerá zařízení s řídící jednotkou BrainCube Connect lze napojit také na rozličné nadřazené systémy budov, jejichž obsluha či majitel má neustálý přehled kromě zobrazení havarijních stavů také o aktuálních hodnotách tlaku v soustavě nebo mimo jiné doplňovaného množství vody. Řídicí jednotky fungují i vzdáleně pomocí webové aplikace.
„Investorům, kteří si u nás objednávají vyvážení hydronické soustavy, garantujeme funkčnost a poskytujeme protokol o zaregulování soustavy. Pro investora jsme tedy schopni jednak vykonávat určitou supervizi, a zároveň sloužíme jako kontrola toho, že montážní fi rma vše správně realizovala, což je pro naše zákazníky další benefi t. Tím spíše, pokud si naše služby objednají už ve fázi projektové přípravy, kdy jim dokážeme projekt kompletně zkontrolovat, případně i přepočítat, objevit chyby i možné úspory a následně doporučit konkrétní armatury včetně jejich přesného nastavení. Kromě kontroly pomáháme ve fázi realizace projektu montážním fi rmám s montáží a zprovoznění systému. Funkční systémy zaregulujeme a zkontrolujeme, takže investor si může být jistý, že bude vše fungovat tak, jak má. Navíc tím, že například chlazení jsme schopni vyvážit během zimních měsíců, získává investor garanci toho, že mu soustava bude fungovat správně v létě, kdy je potřeba. Často se stavby dokončují v zimě, kdy není reálné provedení zkoušky chlazení a čeká se na léto. Teprve v létě pak mnohdy dochází k zjištění, že chladicí soustava nefunguje správně. A to už je samozřejmě pozdě, neboť ani pro nájemníky budovy není příjemné něco vystěhovávat, předělávat a omezovat se na provozu či komfortu. Těmto problémům se lze tedy efektivně vyhnout vyvážením soustavy v době zprovoznění, kdy v budově ještě nikdo není nastěhován. Stejný princip lze uplatnit také při vyvážení hydronických soustav pro vytápění, které bez problému realizujeme v létě a do studených zimních měsíců tak investorům nabídnout jistotu jejich správné funkce a výkonu, takže do konce topné sezóny už tam nemusí nikdo chodit a hledat příčinu náhlých problémů,“ doplnil z praxe Josef Jáchim. Z jeho slov je zároveň jasně patrné, že zákazníkům se komplexní portfolio produktů a služeb, kterým IMI Hydronic Engineering disponuje, vyplatí využít jak ve fázi přípravy, tak po dokončení stavby či během rekonstrukce objektu.
Nežádoucí provozní stavy
Než si představíme možnosti řešení, zajímaly nás nejčastější příčiny výše uvedených problémů a klasické nežádoucí provozní stavy, které mohou nastat. Diagnostika hydronických soustav prostřednictvím kvalifi kovaného personálu je totiž také součástí širokého souboru činností fi rmy IMI Hydronic Engineering, disponující množstvím vyspělé techniky pro náhled na danou soustavu zevnitř a rychlé odhalení problému od zanesení až po zavzdušnění soustavy. Co dělají majitelé rozličných objektů, jakmile si někdo z nájemníků stěžuje na nedostatek nebo přemíru tepla? Ano, většinou jdou a zvýší, případně sníží nastavenou teplotu. To má ovšem negativní dopad na účinnost zdroje. Dozvěděli jsme se, že velice častým problémem, jehož řešením je správné vyvážení soustavy, jsou nadprůtoky. Nadprůtok v praxi znamená, že v koncovém spotřebiči nedochází ke spotřebě veškeré energie a její přebytek se následně vrací zpět ke zdroji. Další problém představuje skutečnost, že zdroje chladu se většinou navrhují na 60–70 % celkového potřebného výkonu při projektovaných podmínkách, což například u chlazení může být +32 °C. Proč se uvažuje, že celý objekt nepotřebuje stoprocentní výkon soustavy? Obecně se bere v potaz například, kterým směrem je orientována fasáda, je- -li východní nebo západní. Ráno je v případě chlazení objektu zapotřebí větší výkon na východní straně, večer pak zase na západní. Přitom je počítáno s určitou výkonovou současností na zdroji. To znamená, že nikdy nebude stoprocentní výkon na jedné či druhé straně. A jakmile se v soustavě vyskytují nadprůtoky, není již možné využít této současnosti. Proto se může vracet zpátečka s nižší teplotou, načež dochází ke snížení výkonu zdroje chladu místo toho, aby pokryl aktuálně potřebný chladící výkon.
Prostřednictvím ventilů a pohonů je možné udržovat optimální teplotu v prostoru. Zde přicházejí na řadu k řešení pojmy jako autorita regulačních ventilů či pásmo proporcionality u termostatických ventilů. Se správnou funkcí termostatických hlavic je nerozlučně spjata funkční hydraulika. Pokud je hydraulika nefunkční, ať už jsou na vině nadprůtoky, příliš vysoké teploty nebo příliš velké diferenční tlaky, termostatické ventily nejsou schopny správně držet teplotu, v důsledku čehož bývají místnosti přetopené nebo naopak nedostatečně vytápěné, přestože hlavice je otočená, jak se říká, na doraz. Dalším problémem je nesprávná obsluha a nastavení termostatických hlavic ze strany uživatelů, kteří často při odchodu z prostoru hlavice uzavírají a po příchodu je otevírají na maximum a chtějí mít komfortní teplotu během chvíle.
Aktuální trendy a high-tech novinka, která oslnila tuzemský trh
Podíváme-li se na vývoj produktů v oblasti regulace, dojdeme po časové ose k řešení pomocí manuálních vyvažovacích ventilů s klasickými regulačními ventily s pohony a přes tlakově nezávislé ventily dospějeme až k sofi stikovaným, chytrým regulačním ventilům neboli automatické regulaci. Je tudíž zřejmé, že trend pro dnešní vyvážení a regulaci soustav spočívá jedním slovem v automatizaci.
Automatická regulace průtoku
Patentovaná technologie AFC® (Automatic Flow Control) představuje perfektní řešení pro obytné i administrativní budovy, kde jsou instalována otopná tělesa nebo podlahové vytápění. Využívají ji ventily Eclipse, které umí omezit maximální průtok spotřebičem (např. otopným tělesem), a tudíž umožňují cílené a lokální řešení pro rychlé úspory na energiích. Průtok ventilem Eclipse nikdy nepřekročí nastavenou maximální hodnotu bez ohledu na změny tlakové diference, způsobené otevíráním či uzavíráním ostatních ventilů. Takže už žádné zbytečné prohánění kubíků vody soustavami v budovách. S progresivní technologií AFC® je snadné dosáhnout i správného rozdílu mezi přívodem a zpátečkou, které má dopad na vysokou účinnost zdroje tepla.
Na první pohled jsou tyto ventily k nerozeznání od standardních typů ventilů. Uvnitř se však nachází speciální vložka, která kromě toho, že po namontování termostatické hlavice umožňuje regulaci podle teploty, disponuje zároveň omezovačem průtoku. Po odejmutí hlavice lze tedy nastavit na požadovaný průtok na stupnici od 1 do 15 (1 = 10 l, 15 = 150 l atd.). Nastavíme-li tedy požadovaný průtok na stupnici 10, tedy 100 l a hlavice se otevře, ventil automaticky omezí průtok na 100 litrů, takže nikde nevznikají nadprůtoky a celou sestavu je následně velice jednoduché zaregulovat a vyvážit. Montážník jen pomocí klíčku nastaví požadované průtoky podle projektu a spustí čerpadlo. Zjednodušení práce je patrné také pro projektanta, který nemusí složitě počítat hydrauliku a přednastavení všech ventilů. Stačí když si napočítá jen průtoky pro každý spotřebič a do projektu zapíše hodnotu nastavení v rámci stupnice. Pro investora je obrovskou výhodou prevence mnoha problémů, jednoduché zaregulování i jakákoli další změna v soustavě, kdy není potřeba řešit vyvážení zbytku soustavy. Termostatické ventily Eclipse s technologií AFC® pro dynamické vyvažování jsou k dispozici v široké škále produktů od termostatických ventilů až po rozdělovače podlahového vytápění, kde lze nastavit a omezit požadovaný průtok pro každou smyčku a zajistit tak jednoduché vyvážení a nepřetápění jednotlivých místností.
Kromě obdivuhodného množství dalších projektů byla technologie AFC® využita také při rekonstrukci budovy Státní opery v Praze, kde byly aplikovány produkty: Eclipse, Multilux Eclipse, Regulux, Regutec, Mikrotherm, STAD, STAP, TA-COMPACT-P, EMO-T, TA-Slider 160 a termostatické hlavice K. Řešení využívající technologii AFC® udělalo dojem také na projektanta projektu Zelené Vlčince na Slovensku. Ten je pro změnu příkladem úplně nového objektu, který se skládá hned z několika budov. Zde představovaly hydronickou výzvu rozdílné velikosti bytů, a tedy i odlišné průtoky a nároky na vytápění. Bylo třeba, aby byl systém termostatické regulace fl exibilní, energeticky efektivní, snadno použitelný a aby dokázal reagovat na přizpůsobení systému různým prostorům. Ve spolupráci s technickým a projekčním týmem IMI byly zvoleny produkty Multilux Eclipse, vložky Eclipse pro tělesa Ventil kompakt, ventily Eclipse a DX hlavice.
Tlakově nezávislé ventily
Ventily tohoto typu jsou schopny danou soustavu automaticky vyvážit. Hodí se především pro vzduchotechniku, fan-coily či indukční jednotky, kde zajišťují optimální výkon po celou dobu životnosti. Příkladem tlakově nezávislého ventilu je TA-MODULATOR. Plynulé nastavení maximálního průtoku umožňuje dosažení projektovaného průtoku a eliminaci nadprůtoku. Pro přesné řízení výkonu je důležitá rovnoprocentní kuželka a udržování stabilní tlakové diference přes tuto kuželku pomocí integrovaného regulátoru. Pro automatické vyvážení sestavy stačí nastavit projektovaný průtok na armatuře, která omezí případný přebytek průtoku. Další výhodou těchto armatur je možnost kontrolních měření a diagnostiky. Z hlediska regulace, což může být na uzlových rozdělovačích nebo u spotřebičů, radí firma IMI v případě regulačních ventilů s výběrem správného typu zapojení, a to nejen investorovi, ale také projektantům či montážní firmě. Dokáže přepřepočítat celou soustavu a definovat její správné nastavení.
TA-Smart aneb Co dokáže ventil
To nejlepší jsme si pro vás nechali na konec, neboť chytré ventily TA-Smart, určené pro optimalizaci každé soustavy HVAC, povznesly regulaci na zcela novou úroveň. Ať už jde o úplně nové soustavy nebo rekonstrukce objektů, sofi stikovaná technologie přináší majitelům budov dokonalý přehled v rámci celého objektu! Nájemníkům tak mohou garantovat nejen projektovaný průtok, ale dokonce i požadovaný výkon a zároveň mají tyto ventily energie v celé budově dokonale pod kontrolou. Příkladem ideální investice do ventilů TA-Smart je obchodní centrum, ale také celá řada dalších objektů včetně kanceláří, nemocnic nebo třeba výrobních závodů. „Pro zelené budovy a další takové projekty je to absolutní základ, který umožňuje srovnat problémy s hydraulikou, a hlavně maximálně využít potenciál úspor, na kterých je budova postavena,“ dodává technický ředitel Josef Jáchim. Úspor lze dosáhnout pouze tam, kde máte detailní přehled o tom, co se v soustavě skutečně děje. TA-Smart vám poskytne veškerá potřebná data 24 hodin denně, 365 dní v roce. Přesné nastavení parametrů soustavy a následná optimalizace dle skutečného provozu budovy jsou základem pro efektivní provoz zdrojů tepla a chladu s nejnižší možnou spotřebou primární energie.
Novinka TA-Smart byla uvedena na západním trhu na jaře loňského roku, přičemž ve střední a východní Evropě je implementována teprve v této chvíli. Pro český trh se jedná o úplně nový a ojedinělý produkt, poskytující investorům v otázce hospodaření s energiemi dosud nebývalé možnosti. S podobnými systémy začínají i jiné fi rmy, ale IMI Hydronic Engineering dokázala implementovat všechny funkce a prvky do jediného kompaktního ventilu („all in one“), který dokonale komunikuje s nadřazenými systémy. Nespornými benefi ty jsou tedy i úspora prostoru a jednoduchá montáž.
Základní schopností TA-Smart je nepřetržité měření průtoku kapaliny ventilem. A nejde jen o schopnost měřit nepřetržitě, ale hlavně o vysokou přesnost měření pro celé spektrum průtoků včetně velice nízkých hodnot. Ačkoli se budovy projektují pro provoz za extrémních podmínek, ve skutečnosti je tento výkon potřebný méně často, než si myslíte. Soustavy HVAC pracují 80 % času na méně než 50 % výkonu s průtokem pod 20 %. Proto revoluční ventily TA-Smart vynikají unikátní schopností regulace i velmi malých průtoků. Tato vlastnost je opravdu důležitá, protože otopné a chladicí soustavy fungují s průtokem pod 20 % až 80 % své provozní doby. Přesnost měření se pro převážnou část hodnot průtoků blíží 97 % a ve spodní části spektra pro nominální hodnoty průtoku až 2 % dosahuje až 95 %. Některá zařízení na trhu uvádějí dodávanou přesnost pouze pro průtoky nad 20 % až 25 % nominálního průtoku, což je dost zvláštní, uvážíme-li fakt, že hydronické soustavy fungují za takových podmínek reálně pouze zlomek provozní doby. Pro měření teploty používá TA-Smart dvě teplotní čidla, která jsou párově kalibrována pro zajištění vyšší přesnosti měření i při malých hodnotách delta T. Díky tomu, že TA-Smart je schopen měřit jak průtok, tak teplotu, znalost obou proměnných jej předurčuje také pro měření výkonu. To vše se z konstrukčního hlediska povedlo integrovat do velmi malého těla s regulační kuželkou situovanou hned za ultrazvukovou komorou, což se také výrazně podepisuje na výjimečné přesnosti měření. Konstrukce umožňuje snadnou a rychlou instalaci bez větších prostorových požadavků i bezproblémovou montáž při renovaci. Jednoduchou montáž oceníte zejména při renovaci, kdy stačí vymontovat starý ventil a do uvolněného místa instalovat TA-Smart bez komplikovaných spojovacích dílů navíc nebo úprav potrubí. TA-Smart umí regulovat průtok až po nominální hodnotu 0,5 % při tlakové diferenci až 400 kPa. Flexibilní regulace nabízí 3 volitelné režimy: regulace průtoku, výkonu a zdvihu ventilu. Režim lze zvolit v aplikaci HyTune v chytrém telefonu nebo v místní síti a cloudu. Obrovskou výhodou je, že všechny konfi gurace TA-Smart a všechny hydronické informace jsou dostupné přímo v mobilní aplikaci. Žádné dodatečné zařízení (kabely, adaptéry ad.) již nejsou potřeba.
Aktuální přehled celého sortimentu včetně cen stejně jako spoustu dalších informací naleznete na webových stránkách společnosti www.imi-hydronic.com.
