Hlavní myšlenka
Voda ohřátá v kotli nebo tepelném čerpadle se nepohybuje sama; budovou ji pohání oběhové čerpadlo. Úkolem čerpadla je dodat zvolený průtok měřený v litrech za sekundu (l/s) proti odporu okruhu. Tím odporem je ztrata tlaku (tlaková ztráta): každý metr potrubí, každý koleno a t-kus, každý radiátor a ventil vzali vodě trochu energie. Jejich součet se nazývá dostupná tlaková výška čerpadla a udává se v metrech vodního sloupce (m v.sl.) nebo kilopascalech (kPa).
Celou oblast řídí dva vztahy:
- Q = V × A — průtok Q (m³/s) se rovná rychlosti vody V (m/s) krát průřez potrubí A (m²). Velikost potrubí určuje, jak rychle se musí voda pohybovat, aby odnesla teplo.
- Δp = R × L — tlaková ztráta Δp roste s délkou potrubí L a s měrnou tlakovou ztrátou R, která prudce stoupá s rychlostí — zhruba s její druhou mocninou: dvojnásobná rychlost znamená téměř čtyřnásobnou ztrátu. Oblouky a armatury ji dále zvyšují.
Návrh hydronického systému je většinou kompromisem na rychlosti. Příliš pomalá voda — v potrubí se usazují vzduchové kapsy a kal. Příliš rychlá — ztráty rostou s druhou mocninou, proudící voda opotřebovává potrubí a hluk se nese všemi zdmi. Návrháři obvykle udržují rychlosti v maloprůměrovém potrubí přibližně na 0,5–1,0 m/s.
Praktický příklad
Chalupa potřebuje radiátorový okruh o výkonu 10 kW s teplotním spádem 20 K na okruhu. Potřebný průtok je 10 / (4,19 × 20) = 0,12 l/s. V měděné trubce 15 mm to znamená svižných 0,68 m/s a tlakové ztráty podél zhruba 40 m potrubí a armatur; malý oběhový čerpadlo, které zdolá tuto ztrátu plus několik kPa kotlem a radiátory — tlaková výška 2–3 m — stačí. To je přesně mokré ústřední topení většiny evropských domů: čerpadlo je dimenzováno na okruh, radiátory dostávají projektový průtok a obtok udržuje průtok i když termostatické ventily uzavřou.
U větších akcí se objevuje jiný stroj: čerpadlo s proměnnými otáčkami. S elektronickým motorem sleduje vlastní tlak a když ventily uzavřou, zpomalí, čímž dramaticky klesá spotřeba energie. V škrtícím (konstantních otáčkách) okruhu čerpadlo prostě spálí přebytečnou tlakovou výšku na ventilu; v okruhu s proměnnými otáčkami čerpadlo pokryje požadavek a nic navíc. V nových budovách je to standardní praxe a stará čerpadla s konstantními otáčkami se vyměňují už jen kvůli úspoře elektřiny.
Častá chyba
Předimenzování čerpadla „pro jistotu“. Příliš velké čerpadlo nejen plýtvá elektřinou — vynucuje nadměrný průtok a vratná voda se vrací tak teplá, že kotel nebo tepelné čerpadlo nemůže kondenzovat, což snižuje účinnost. Také vytváří hluk od rychlosti, erozi potrubí a může omezovat ostatní větve na sdílených okruzích. Správné pořadí je: spočítat projektový průtok, dimenzovat potrubí na rozumnou rychlost, sečíst ztráty podél kritické (indexové) větve a pak vybrat nejmenší čerpadlo, jehož charakteristika prochází těsně nad tímto bodem.