Dynamicko - chemické čištění otopné soustavy

Přeji hezký den. Pracuji jako energetik a osobně si myslím, že je to opravdu tahání peněz od SVJ.

Níže uvádím podrobné stanovisko k tomuto problému od ing.Vladimíra Galáda (je dlouhé, ale podrobně vysvětluje proč NEPROVÁDĚT toto čištění).

Velice často se objevují různé články a nabídky, které začínají otázkami „Co je chemické čištění a jaké problémy způsobují?“.

Z různých veřejně dostupných materiálů v písemné či jiné podobě, i na stránkách www, se lze seznámit s řadou názorů, které se pokoušejí taxativním způsobem přesvědčit čtenáře o dosahování vysokých úspor po chemickém čištění a naopak o téměř „hororovém“ dopadu na vytápění a komfort, pokud se chemické čištění neprovede.

Aby se dalo odlišit názorové spektrum různých autorů o chemickém čištění, bude v textu uváděno kurzívou. Jejich názory a tvrzení jsou rozsáhlá a prakticky nepodložená, proto je žádoucí se k nim postavit kriticky a provést oponenturu. Co je chemické čištění?

Cituji z jednoho z reklamních podkladů:

➢ Jedná se o efektivní metodu odstranění usazenin z radiátorů a rozvodů topné soustavy, což zvýší tepelný výkon, ale současně sníží spotřebu tepla a zákazník získá výrazné finanční úspory nákladů na vytápění.

Toto sdělení neříká vůbec nic o podstatě chemického čištění, použitých chemikáliích (kyseliny nebo hydroxidy), jejich vhodnosti nebo nevhodnosti pro odlišnou materiálovou skladbu například téže otopné soustavy, jen to, že jde údajně o obecně efektivní metodu.

Podle fyzikálních zákonů platí, že zvýšení tepelného výkonu vyžaduje také zvýšení spotřeby tepla. Výkon má jednotku kW (kilowatt) = kJ/s (kilodžaul za sekundu). Zvýšení výkonu znamená, že se zvýší počet kJ tepelné energie prostupujících z otopné soustavy do místností za každou sekundu. Neznámý autor reklamního materiálu však tvrdí pravý opak, tedy že se zvýšením výkonu se sníží spotřeba. Respektive, že dokonce při zvýšeném výkonu dojde ke snížení spotřeby. Ale to je v zásadním rozporu s fyzikou. Odkud se ta tepelná energie na zvýšení výkonu vezme, když se ušetří?

V otopných soustavách je obvyklé usilovat o to, aby se výkon snižoval a tím i spotřeba a bez negativních dopadů na stav vytápění v bytě. Údajné problémy způsobované usazeninami

Dalším tvrzením je, že usazeniny na vnitřním povrchu těles jsou příčinou:

➢ Vznik velkých tepelných ztrát a zbytečně vysoké náklady na vytápění

Toto tvrzení je absurdní a zcela naruby. Jelikož čím více jsou jednotlivé prvky otopné soustavy tepelně izolovány, ať záměrně či nechtěně (konkrétně vnitřními nánosy, ale mohlo by to být i zvenku pomocí izolací), tím méně tepla z otopné soustavy uniká. Při nedostatečném výkonu těles bude v bytech logicky chladno. Čím je v bytě chladněji, tím méně tepla se spotřebuje. Dokonce i trubky s nánosy mají ztráty tepla do okolí nižší. Kde a jak tedy nánosy zvyšují tepelné ztráty? Když se sníží výkon, sníží se spotřeba a také náklady… Jde o absolutní absurditu, anebo snad o nový obsah doposud používaných slov a pojmů?

S nánosy prý souvisí:

➢ Nedostatečné vytápění bytů

Nedostatečné vytápění bytů může mít celou řadu příčin. Než budou vynaloženy peníze na jakékoliv úpravy, měly by být podle osvědčené praxe tyto příčiny přesně odhaleny. Nejen z mých cca 40letých zkušeností, ale i poznatků všech mých kolegů, je nejčastější příčinou nedostatečného vytápění bytů například zavzdušnění, nedostatečné seřízení otopné soustavy, nerespektování projektovaných otopových křivek (například jejich nízké teploty), nesprávné zatékání topné vody do těles vlivem nesprávného výpočtu a seřízení TRV (termostatické ventily) na tělesech a ST (stoupačkách), atd., ale také závady na funkcích ventilů, apod.

Četnost a míra vlivu nánosů v otopné soustavě je ve spektru problémů nedostatečného vytápění velmi málo zastoupena, lépe řečeno výjimečně, a to hlavně u velmi zanedbaných soustav.

Ve vytápěném bytě není třeba výkon těles zvyšovat. Ten byl navržen tak, aby mělo těleso ještě rezervy = přebytek výkonu! Přitom vypočítaný výkon se téměř nikdy nevyužije na 100 %. Běžná zima v otopové sezoně z valné části roku vyžaduje cca 50 až 60 % instalovaného výkonu těles.

Proto je třeba se ptát, a také si nechat podrobně odůvodnit, jakým technickým a fyzikálním mechanismem lze po chemickém vyčištění uspořit energii a teplo, to znamená snížit náklady a o kolik. Protože jinak budou finance vynaložené na chemické čištění vyhozeny z okna, případně jen prostředkem ke korupci.

Hlavním důvodem chemického čištění má být skutečnost:

➢ Negativní tepelná izolace radiátorů a špatný přenos tepla do místnosti

Jde o obecnou psychologicky negativní frázi, kterou mají v oblibě marketéři. Pokud se něco neví přesně, tak se vloží slovo „negativní“ a na to lidi zaberou.

Hlavní „brzdou“ při přenosu tepla z vody do místnosti není nános na vnitřním povrchu tělesa. Hlavní „brzdou“ (odporem) je samotný přestup tepla z povrchu tělesa do vzduchu místnosti. Při přestupu tepla z povrchu tělesa do vzduchu není žádný nános, kromě barvy.

Ostatní odpory přenosu tepla z vody na povrch tělesa, tedy „brzdy“ z vnitřní strany tělesa, jsou do značné míry zanedbatelné. Jak zanedbatelné, je popsáno dále.

Když se použije pojem, že vnitřní nánosy v tělese jsou „negativní izolace“, potom lze říci, že v soustavě máme i vnitřní „pozitivní izolaci“, a to nános v trubkách, který snižuje nežádoucí tepelné ztráty, únik tepla z trubek, do okolí.

Použitý přívlastek „špatný“ v sousloví „špatný přenos tepla“ je pouze řečnickým pojmem a nemá žádnou vypovídací schopnost, jelikož nijak nekvantifikuje míru „špatnosti“ ve vztahu k „dokonalosti“. Skutečný vliv vnitřních nánosů na přenos tepla

Na tomto místě lze dokumentovat skutečný vliv nánosů na prostup tepla z topné vody do vzduchu v místnosti. Základními vstupními hodnotami pro výpočet vlivu nánosů byla střední teplota topné vody 80 °C a teplota vzduchu v místnosti 20 °C. Pro porovnání byly použity vlastnosti nánosů (nejčastěji vápenaté a hořečnaté uhličitany, částečně snad i oxidy železa) v rozsahu vodivosti 0,1; 0,2; 0,4 a 0,55 W/mK (watt na metr a Kelvin). Obr. 1 Zhoršení prostupu tepla podle tloušťky nánosu a jeho vodivosti Obr. 1 Zhoršení prostupu tepla podle tloušťky nánosu a jeho vodivosti

Nejen ve starší literatuře, ale i v novějších pramenech se udává, že kovové materiály na výrobu těles mají vodivost tepla cca 50 až 100× větší, než jakou mají nánosy. Když vezmeme vodivost ocele 55 W/mK, potom bude mít nános 100× menší vodivost, tj. 0,55 W/mK, a tato hodnota byla použita pro výpočty. Aby bylo patrné, jak působí i horší nánosy (s nižší vodivostí 0,1 W/mK), byly i tyto varianty zohledněny v grafu na obr. 1. V jedné studii VŠCHT (Vysoká škola chemicko-technologická) byla uvedena vodivost 0,8 W/mK, což je cca o 50 % „lepší“, jelikož je menší „brzdou“ pro přenos tepla skrze nánosy.

Graf vyjadřuje zhoršení účinnosti předávání tepla tělesem, která je dána poměrem výkonu ovlivněného nánosem různé tloušťky až do 3 mm vůči tělesu bez nánosů. Například pro výkon 1000 W je při účinnosti 95 % snížen výkon vlivem nánosů na 950 W, atd.

Z uvedeného grafu lze odečíst, že pokud je v otopném tělese nános tloušťky cca 0,8 mm s vodivostí 0,55 W/mK, pak se sníží výkon tělesa pouze o 1 %!

S nánosem tloušťky cca 1,6 mm by byl pokles pouze 2 % výkonu. Účinnost přestupu tepla se při tloušťce nánosu sníží při vodivosti 0,2 W/mK na hodnotu cca 97,3 %, tj. cca o 2,7 %.

I při neobvykle velké tloušťce nánosu 3 mm by byla ještě účinnost cca 96,5 %.

Uvážíme-li, že jsou tělesa navržena s určitou rezervou a využití těles i v zimním období je průměrně jen 50 až 60 %, pak i při neobvyklé tloušťce nánosu existuje stále velká rezerva výkonu tělesa.

Zcela jiná situace nastává v okamžiku, kdy dojde k zateplení objektu a tepelné ztráty objektu se sníží i na 40 % výkonu instalovaných těles. V takovém případě existuje z hlediska nánosů prakticky nevyčerpatelná rezerva výkonu tělesa, a pokud by nastal nějaký kolaps, pak jen kvůli hydraulickému „ucpání“, tedy například zanesením štěrbin ventilů. Takový stav se však může objevit pouze u zanedbaných otopných soustav, bez funkčních filtrů!!!

Rovněž je třeba upozornit na nereálnost výskytu tlustých nánosů. Například trubka pro připojení tělesa o DN 10 (3/8“) má vnitřní průměr cca 17 mm. Při vnitřním nánosu s tloušťkou 3 mm by byl průměr zmenšen na 11 mm. Za takových podmínek by již těleso prakticky vůbec nedostávalo potřebné množství vody, neboť jde o pokles průtočného profilu trubky na cca 42 %! Obdobně je třeba se dívat i na průtočné profily v tělesech.

Silné nánosy jsou zpravidla možné pouze u soustav s nedostatečnou filtrací a z důvodů nedostatečné péče o otopnou vodu. Mohou být objeveny dílčí úsady tam, kde je nedostatečný proud vody (malá rychlost) z důvodů nesprávně řešené hydraulické rovnováhy. Nízké rychlosti v potrubí a tělesech způsobují stagnaci vody a usazování i jemných frakcí, které by za normálních okolností mohly být filtrovány a vyloučeny. Otázka životnosti

Často se v souvislosti s nutností aplikovat chemické čistění uvádí:

➢ Snížení životnosti otopné soustavy

Poznatky z praxe vedou k závěrům, že i v objektech postavených před 60 lety se běžně vyskytují „zdravé“ trubky, do nichž lze bez problémů, například svářením, připojovat různé armatury a prvky. Tímto se nezpochybňuje, že různé korozivní účinky mohou snižovat životnost zařízení a prvků otopných soustav. Důležité je soustavu posuzovat podle vzorků z daného místa, a nikoliv podle obrázků z různých reklamních materiálů záměrně pořízených v nejméně příznivém, zpravidla ojedinělém místě. Co je to „správný“ průtok?

➢ Omezení správného průtoku topné vody

Autoři reklamních podkladů nikde nedefinují, co je to „fyzikálně správný průtok“. V provozovaných otopných soustavách existují vždy proměnlivé průtoky otopné vody a všechny lze v dané situaci často považovat za správné.

Výrazné změny po zateplení objektů vyžadují změny v nastavení otopných soustav, a to se může dotknout i změn průtoků. Někdy jsou průtoky otopné vody sníženy na 60 %, ale dokonce až na 25 %! Ano, tak výrazné snížení průtoků již lze považovat za nesprávné, neboť nízkými rychlostmi proudění se zvyšují možnosti usazování filtrovatelných částic nánosů, a to provozně ohrožuje spolehlivost otopné soustavy. Při náhlé změně výkonu čerpadla může dojít k rozvíření částic, které se pak mohou usadit v průtočném profilu ventilů, až dojde ke znehodnocení zatékání do tělesa apod. Tyto částice lze odfiltrovat, není třeba je odstraňovat chemicky.

Snížení průtoku na 25 % znamená snížit na ¼ původní diferenční tlak. Když bylo původně zapotřebí například 40 kPa, potom po omezení průtoku stačí jen (0,25 × 40) = 10 kPa! Tím vzniká rezerva 30 kPa. Nelze jinak než žádat, aby autor takového tvrzení o správném průtoku jasně definoval, co je správný průtok a do jaké míry je ovlivněn nánosy. Nabízené zisky po chemickém čištění

Že v nabídkách nechybí ani poněkud přehnané a nereálné sliby, se v současné době již zřejmě stalo společensky přípustnou normou.

Další částí reklamních materiálů bývá otázka „Co díky chemickému čištění získáte?“

➢ Okamžité zvýšení tepelného výkonu topné soustavy

Snížením či dokonalým odstraněním nánosů může dojít nanejvýše k obnovení původního výkonu tělesa. Dosáhnout na původní výkon tělesa před jeho zanesením nánosem (viz graf) lze ovšem také zvýšením střední teploty topné vody o téměř zanedbatelný necelý 1 °C (pro výše popisovaný příklad z grafu). U tělesa se vyčištěním může obnovit výkon. U trubek po vyčištění rovněž dojde ke zvýšení výkonu předávání tepla, ale to je pro nás ztráta, neboť teplo uniká tam, kde to nechceme. Proto vzniká otázka, za jakým účelem potřebujeme zvyšovat výkon tělesa? Když mají tělesa větší výkonové rezervy, než je třeba, a tudíž případné zvýšení výkonu těles nemá využití… Je rychlejší prohřátí otopných těles výhodou?

➢ Až 3× rychlejší prohřátí radiátorů (a to po celé jejich ploše), větší tepelný komfort v bytech a zamezíte zbytečným tepelným ztrátám

Rychlé prohřátí radiátoru má i svůj rub, a tím je rychlé vychladnutí. Pokud se má zachovat teplotní stabilita vytápění, pak jsou rychlé změny nežádoucí. Rychlý a intenzivně zvýšený výkon tělesa vyžaduje zvýšený příkon tepla (jak jsme uvedli více kJ/s, kilodžaulů za sekundu) a to má spíše negativní vliv na kapsu odběratele tepla. Proč? Protože zvýšený výkon tělesa vykazuje zvýšenou spotřebu tepla, a tím se nezamezí zbytečným tepelným ztrátám, naopak.

A navíc! Pokud odběratel platí teplo ve dvousložkové sazbě, kde je měřeno i čtvrthodinové maximum výkonu, pak není ekonomické, aby měl superrychlá otopná tělesa. Neboť mohou přispět ke zvýšení tzv. sjednaného maxima. Například platba za výkon 2 kW v bytě bez překročení ¼ hodinového maxima (označme P4) bude podle ceníku cca 1600,– Kč/kW, tj. celkem 3200,– Kč. Pokud si zvýšíme P4 na výkon 3 kW, již zaplatíme paušální cenu za navýšený výkon celkem (3 × 1600) = 4800,– Kč. Tento výkon lze zpravidla využít pouze při ranním, či odpoledním zátopu, celkem asi tak 2 až 3 hodiny denně. Tímto způsobem se zvyšuje jednotková cena tepla v Kč/GJ. Takže je ekonomicky výhodnější případné zátopy a útlumy omezit, k čemuž může přispět i pomalejší prohřátí otopných těles.

Pojem „větší tepelný komfort v bytě“ je pouze heslem, jelikož otopné soustavy nejsou konstruovány na vytváření zcela individuálního komfortu v bytech. Ušetříte po chemickém vyčištění na provoze?

➢ Ušetříte každý rok až 30 % za vytápění a eliminujete další náklady (výměna čerpadel, atd.)

Snížením teploty v místnosti o 1 °C se sníží tepelné ztráty místnosti a tím i spotřeba tepla kolem 6 až 7 %. Abychom ušetřili 30 % za vytápění, museli bychom snížit teplotu v místnosti o (30/6) cca 5 °C. Pokud vytápíme na 27 °C, bude to asi snadné, snížit teplotu na 22 °C. Pokud vytápíme pouze na 22 °C, pak je třeba si zvyknout na teplotu v bytě (22 − 5) = 17 °C, a to rozhodně není komfortní teplota pro obytné místnosti. Získat touto cestou úspory snížením komfortu lze i bez chemického čištění.

Pokud je mi známo, nikdo doposud nedoložil exaktně ověřené úspory po chemickém čištění.

Z mnohaleté praxe lze odvodit závěr, že to nejsou zrovna čerpadla, která by měla na prvním místě trpět nánosy v otopné soustavě. Čerpadla jsou v drtivé většině chráněna instalovanými filtry. Někdy se objevuje problém zanášení u moderních čerpadel se silnými permanentními magnety. V tomto případě se jedná o magnetické úsady na bázi oxidů železa. Proto je běžné a v souladu s dobrou praxí v souvislosti s instalací takových čerpadel používat i odkalovače s magnetickou vložkou, kde se magnetické částice zachytávají.

Spíše se mohou objevit dílčí nedostatky v provozu způsobené zúžením průtočných profilů, například mezi kuželkou a sedlem u termostatických ventilů, na patách stoupaček, anebo zanesení kapilárních potrubí u automatických omezovačů diferenčních tlaků atp.

Příčinou zrychleného a významného usazování drobných částic z vody, pokud se tak stane, je nerespektování a ignorování úprav parametrů topné vody, které po zateplení neodpovídají fyzikálně správným parametrům pro zateplenou budovu, což umožňuje stagnaci vody a usazování nečistit, zejména pak i těch jemných. Po několika letech mohou usazeniny zmenšit průtočný profil armatur s malým přednastaveným pootevřením. V takovém stavu získají armatury „pokřivené“ průtočné charakteristiky. Potom se vyplatí jejich výměna za nové, neboť chemické čištění celé soustavy nezaručí 100% jistotu vyčištění všech ventilů.

Je nutné vzít v úvahu, že žádný z prvků používaných v otopných soustavách, není testován na odolnost vůči působení silných kyselin nebo hydroxidů. A to jak potrubí, tak armatury, čerpadla, tělesa, těsnění atd. V souvislosti s předepsanými provozními parametry je zpravidla citován předpis VDI 2035–2 (zmínky o něm viz např. Změkčování a odsolování otopné vody, koroze, samoalkalizace, Vlastnosti teplonosných kapalin a jejich vliv na korozi), který kyselost nebo zásaditost otopné vody omezuje do rozsahu pH 8,2 až 10. A to se týká i nyní stále více používaných termostatických ventilů k otopným tělesům s integrovaným regulátorem diferenčního tlaku. V návodu k nim je uveden požadavek podmiňující garanční záruku na ně vlastnostmi otopné vody právě podle VDI 2035–2 a o nějaké přípustné chemii se tam nepíše.

Z uvedených důvodů se naskýtá otázka, jaký smysl a energetické či finanční přínosy má chemické čištění otopných soustav? Každému rozhodnutí by měla předcházet odborná analýza dopadů na teplotní a hydraulickou stabilitu otopné soustavy, vč. konkrétního výpočtu dosažitelných úspor a nákladů chemickým čištěním.

Projektovaná tělesa měla dříve výpočtový teplotní spád třeba 90/70/20 °C, nyní 75/60/20 °C i méně. Z toho vyplývá, že by pro venkovní výpočtovou teplotu třeba −12 °C na vstupu do tělesa měla být teplota například 90 °C a na výstupu u šroubení o 20 °C nižší. To je stav pro 100% výkon tělesa. Pro jiný výkon tělesa se ekvitermně teploty snižují a tím i teplotní rozdíl mezi přívodem a zpátečkou, ale nikdy není nulový.

Navíc není uvedeno, na jaký stupeň byla nastavena termostatická hlavice u snímaného otopného tělesa, pokud tam byla. Podle „čističů“ by ideální stav měl být ten, kdy je teplotní pole otopného tělesa rovnoměrné, a pak by snímky z infrakamery asi měly mít jen jednu barvu. To je však fyzikální nesmysl a odporuje projektovaným parametrům. Mezi přívodem a zpátečkou musí být za normálních okolností teplotní rozdíl podle ekvitermní teploty. A kvůli přesnosti fakturačního měření nesmí být menší než cca 3 °C, neboť pak kalorimetry, například na vstupu do bytu, neměří přesně.

Všude stejná teplota na ploše tělesa svědčí o špatném seřízení otopné soustavy a znamená tedy špatnou funkci otopné soustavy.

Použití takových snímků jako součást argumentace ve prospěch chemického čistění těles, bez uvedení všech okrajových podmínek (venkovní teploty, teplot topné vody ≈ otopová křivka, teplot v okolí tělesa a průtoků), by se mohlo považovat za klamání spotřebitele a je zřejmě jen otázkou času, kdy se některý nespokojený zákazník za nedodržení slibů obrátí se svou stížností na soud.

Závěr

Ve většině případů nemůže chemické čistění vnitřku otopných těles přinést snížení provozních nákladů, o které jde provozovatelům v první řadě. Pokud otopná soustava vykazuje poruchy, pak je žádoucí poruchy identifikovat a podle jejich charakteru zvolit řešení. Postup pokus – omyl se vyplatí jen těm, kteří mají nadměrnou dávku štěstí – a těch je málo, jak dokumentují statistiky výherců v hernách a kasinech.

Chemicky čistit velmi zanedbané soustavy, vzhledem k nutné vysoké agresivitě chemikálií a dlouhé době jejich působení, ve většině případů povede k tomu, že se objeví prokorodovaná místa, potřeba měnit těsnění či ventily. Mohu uvést negativní zkušenost z chemického čištění vodního prostoru lodního parního kotle, kdy po ukončení chemického čištění nebyly dotčené plochy dostatečně neutralizovány a zbytky nevysušeného roztoku, které zůstaly „ležet“ na dně válce vodního prostoru, způsobily dílem plošné a dílem důlkové koroze. Vzhledem ke značné rezervě v tloušťce pláště nebyla narušena jeho pevnost pod předepsanou hranici.

Chemické čistění by snad mohlo působit jako určitá prevence. Ovšem prokázání významu takové prevence považuji za velmi sporné a prakticky nemožné. Nejlepší prevencí je dodržení osvědčených zásad návrhu otopných soustav, instalace vhodných filtrů a odkalovačů, včetně dodržení dlouhodobě doporučených provozních podmínek.

Chci však sdělit čtenáři, že vůbec nepochybuji o profesní zdatnosti chemiků, kteří jistě dobře znají mechanismus a procesy reakcí při chemickém čištění, a to nejen otopných soustav.

Bohužel, v porovnání reality a teorie dopadů na otopné soustavy vítězí realita a v plné nahotě se ukazuje nesprávné pochopení (?) všech souvislostí ve spojení s otopnými soustavami při nabízení služby chemického čištění. To vrhá velmi negativní světlo na proces i tam, kde by si zanedbané soustavy snad i chemické čištění „zasloužily“.

Z uvedených důvodů je třeba se na nabídky dívat i kriticky, tj. s jistou vyšší dávkou zvědavosti ke smyslu a významu nabízených výhod. A v případech, kdy odborná problematika přesahuje možnosti osobního rozlišení skutečnosti a teorie, přizvat k posouzení odborné osoby, které nemají jenom znalosti, ale zejména dovednosti v oboru a dokážou posoudit fyzikální, chemickou i právní závaznost slibů.

Komentář recenzenta Ing. Jiří Matějček, CSc.

V teplovodních otopných soustavách probíhají poměrně složité chemické procesy. Intenzita chemických procesů je ovlivňována vlastnostmi teplonosné kapaliny i vlastnostmi materiálů použitých konstrukčních prvků. Nastanou-li provozní problémy otopné soustavy, např. zavzdušňování, špatná funkce regulačních armatur, netěsnosti ve spojích či zanášení filtrů apod., svědčí to o porušení chemické rovnováhy v otopné soustavě. Toho využívají tzv. „čističi otopných soustav“ a nabízejí různé způsoby chemického čištění, aniž by znali příčinu nežádoucích jevů. Doporučují i preventivní čištění. Ve snaze získat lukrativní zakázku, uvádějí nepravdivé a nepodložené informace o odstraňování problémů jejich metodou čištění. Článek je reakcí na některá nepravdivá tvrzení firem, zabývajících se chemickým čištěním otopných soustav.

V devadesáti procentech případů jde o tahání peněz z kapsy. Jedině pokud se v soustavě nahromadilo velké množství kalu, který zabraňuje průtoku topné vody (zpravidla v radiátorech v nejnižším podlaží), pak je možno ten kal prostě vypustit spodním šroubením.

Justitianus