Akumulaฤnรฉ zรกsobnรญky teplej vody na princรญpe stratifikรกcie
Na zabezpeฤenie maximรกlnej energetickej รบฤinnosti, znรญลพenie energetickรฝch nรกkladov na minimum a splnenie vysokรฝch poลพiadaviek na hygienu prรญpravy teplej vody sa v krajinรกch Eร ฤoraz ฤastejลกie navrhujรบ vysokoefektรญvne systรฉmy z obnoviteฤพnรฝch zdrojov tepla. Jeden z nich predstavuje aj prรญprava teplej vody a vykurovanie prostrednรญctvom stratifikรกcie v akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch.
Prรญprava teplej vody a vykurovanie budov predstavujรบ asi 40 % celkovej spotreby tepelnej energie. V novรฝch budovรกch a ostatnรฝch stavbรกch sa preto v sรบฤasnosti musia navrhovaลฅ iba energeticky รบspornรฉ systรฉmy podฤพa smernice Eurรณpskeho parlamentu a Rady ฤ. 2010/31/Eร o energetickej hospodรกrnosti budov. Vyลพaduje sa projekt a realizรกcia optimรกlnych rieลกenรญ spรดsobu prรญpravy a distribรบcie teplej vody aลพ na odbernรฉ miesto.
Poลพiadavky na hygienu prรญpravy teplej vody
Kvalite vody treba venovaลฅ dostatoฤnรบ pozornosลฅ, t. j. pri jej trvalom pouลพรญvanรญ sa nesmie zmeniลฅ zdravotnรฝ stav uลพรญvateฤพov v dรดsledku prรญtomnosti mikroorganizmov, organizmov alebo lรกtok ovplyvลujรบcich zdravie akรบtnym, chronickรฝm alebo neskorรฝm pรดsobenรญm. Kvalitatรญvne vlastnosti vody vnรญmateฤพnรฉ zmyslami zรกroveล nemรดลพu zabraลovaลฅ jej poลพรญvaniu. To, ลพe pitnรก voda by nemala spรดsobovaลฅ uลพรญvateฤพovi ลพiadne zdravotnรฉ problรฉmy, sa hodnotรญ podฤพa ukazovateฤพov kvality a ich hygienickรฝch limitov (4). Zneฤistenie pitnej vody a s tรฝm sรบvisiace zdravotnรฉ rizikรก mรดลพu najmรค u chorรฝch ฤพudรญ a ฤพudรญ so znรญลพenou imunitou (napr. v nemocniciach alebo lieฤebnรฝch zariadeniach) zaprรญฤiniลฅ aลพ รบmrtie โ v dรดsledku legionelรณzy.
Kontaminรกciu vodovodnรฝch systรฉmov baktรฉriou legionella zaprรญฤiลuje teplota vody medzi +20 aลพ +45 ยฐC, nรญzky tlak vody, stagnujรบce รบseky vodovodnej siete, resp. รบseky siete s malรฝm prietokom vody. Akumuยญlรกcia organickej hmoty sa mรดลพe zvรคฤลกovaลฅ vo vodovodnรฝch armatรบrach, v slepรฝch ramenรกch, nevyregulovanรฝch systรฉmoch rozvodu vody a v dlhรฝch potrubnรฝch systรฉmoch so stagnujรบcim prรบdenรญm vody, s ลฅaลพkou dostupnosลฅou dezinfekฤnej lรกtky a nedostatoฤnou รบdrลพbou. Veฤพkรฉ zรกsobnรญkovรฉ ohrievaฤe a akumulaฤnรฉ nรกdrลพe majรบ takisto tendenciu k stagnรกcii vody, napr. pri malรฝch odberoch a veฤพkom objeme. ลฝivnou pรดdou pre baktรฉrie legionelly sรบ biofilmy, sedimenty, kal a moลพnรฉ inkrusty v spodnej ฤasti ohrievaฤov a akumulaฤnรฝch nรกdrลพรญ.
Vrstvenie tepelnej energie v akumulaฤnom zรกsobnรญku โ stratifikรกcia
Podstata ukladania tepelnej energie sa rozliลกuje podฤพa zvolenรฉho fyzikรกlneho princรญpu. Na zvรฝลกenie vyuลพitia energie zo solรกrnych kolektorov a inรฝch zdrojov tepla sa pouลพรญva princรญp tzv. teplotnej stratifikรกcie, t. j. ukladanie po vrstvรกch, napr. v stratifikaฤnom akumulaฤnom zรกsobnรญku. V ลom nastรกva gravitaฤnรฉ rozvrstvenie vody podฤพa objemovej hmotnosti vody v zรกvislosti od jej teploty. Spรดsob obehu vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch zรกvisรญ od teploty vykurovacรญch okruhov od jednotlivรฝch zdrojov tepla.
Spรดsob obehu vody teda zรกvisรญ napr. od toho, ฤi ide o nรญzkoteplotnรฝ systรฉm (+40 aลพ +60 ยฐC), alebo vysokoteplotnรฝ systรฉm (+60 aลพ +90 ยฐC). Teplotnรก stratifikรกcia predstavuje vrstvenie objemu zรกsobnรญka podฤพa teploty riadenรฝm ukladanรญm tepelnej energie do vrstiev s rovnakou alebo podobnou teplotou. Chladnejลกia a ลฅaลพลกia voda sa drลพรญ pri dne, teplejลกia stรบpa smerom nahor, t. j. voda s hustotou ฯ je privรกdzanรก vลพdy pod vrstvu, ktorรก mรก niลพลกiu hustotu. Jednotlivรฉ teplotnรฉ vrstvy si ฤalej udrลพujรบ rozdielne teploty.
Tepelnรก vodivosลฅ vody je nรญzka. Vyuลพรญvajรบ sa vรคฤลกinou vertikรกlne akumulaฤnรฉ zรกsobnรญky na podporu prirodzenรฉho udrลพania teplotnรฝch vrstiev objemu zรกsobnรญka vplyvom vztlakovรฝch sรญl.
Obr. 1 Spรดsoby teplotnรฉho vrstvenia v zรกsobnรญkoch (7)
a โ konvekฤnรฉ vrstvenie teplej vody pomocou plastovej rรบrky, b โ horizontรกlne vrstvenie teplej vody cez kuลพele presmerovanรญm prietoku, c โ konvekฤnรฝ ohrev vody
Na riadenie teplotnรฉho rozvrstvenia sa vyuลพรญvajรบ ลกpeciรกlne samoฤinnรฉ stratifikaฤnรฉ vstavanรฉ prvky alebo regulaฤnรฉ prvky v akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch (obr. 1, 2). Rรบrkovรฉ prvky sรบ jednoduchรฉ prvky z PVC potrubia (obr. 1a, 2a) (5). Kuลพeฤพovรฉ prvky majรบ tento problรฉm vyrieลกenรฝ vlastnou konลกtrukciou, tzv. prirodzenou gravitaฤnou spรคtnou klapkou. Odboฤky tvoria veฤพmi ฤพahkรฉ spรคtnรฉ klapky, ktorรฉ zabraลujรบ zmene teploty privรกdzanej teplej vody prisรกvanรญm vody z dolnej chladnejลกej ฤasti akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka (obr. 1b, obr. 2b, c).
Obr. 2 Rรดzne typy riadenรฉho teplotnรฉho vrstvenia teplej vody (7)
a โ samoฤinnรฉ vrstvenie pomocou plastovej rรบrky s otvormi, b โ horizontรกlne vrstvenie cez kuลพele presmerovanรญm prietoku, c โ horizontรกlne vrstvenie presmerovanรญm prietoku s gravitaฤnou spรคtnou klapkou
Na sprรกvnu funkciu vrstvenia tepelnej energie je nevyhnutnรฉ vytvoriลฅ nielen vrstvenie podฤพa teploty, ale hlavne zabezpeฤiลฅ, aby vrstvenie tepelnej energie v akumulaฤnom zรกsobnรญku nedegradovalo. Kvalita teplotnรฉho vrstvenia objemu v stratifikaฤnom akumulaฤnom zรกsobnรญku bude totiลพ ovplyvลovaลฅ prevรกdzkovรฉ parametre celej sรบstavy. Na teplotnรฉ vrstvenie mรก vplyv hlavne spรดsob prรญvodu a odberu pracovnej lรกtky v akumulaฤnom zรกsobnรญku.
Z uvedenรฉho vyplรฝva zรกkladnรฝ rozdiel medzi klasickรฝm akumulaฤnรฝm a stratifikaฤnรฝm zรกsobnรญkom: V klasickom zรกsobnรญku sa vรฝrazne premieลกava teplรก voda v celom objeme a vรฝstupnรก teplota vody nedosahuje poลพadovanรฉ parametre odbernรฉho miesta, kรฝm stratifikaฤnรฝ zรกsobnรญk mรก vnรบtorne usmerลovanรฉ teplotnรฉ vrstvenie teplej vody stratifikaฤnรฝmi prvkami (samoฤinnรฉ spรคtnรฉ klapky, plastovรฉ kuลพeฤพovitรฉ alebo tanierovรฉ regulaฤnรฉ prvky), ฤo umoลพลuje odoberaลฅ teplรบ vodu zo zรกsobnรญka s rรดznou teplotou podฤพa potreby jej vyuลพitia.
Prรญprava teplej vody s vyuลพitรญm stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka
Zรกkladnรฝm princรญpom systรฉmu je vrstvenie tepelnej energie, ktorรก sa prednostne zรญskava z obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie, primรกrne zo solรกrneho systรฉmu, v kombinรกcii s ฤalลกรญm zdrojom, ako je napr. kotol na plynnรฉ palivo, prรญp. tepelnรฉ ฤerpadlo alebo rekuperaฤnรฝ systรฉm (obr. 3).
Obr. 3 Schรฉma alternatรญv zapojenia systรฉmu na ohrev pitnej vody z rรดznych zdrojov tepla pomocou stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka (7)
1 โ tepelnรฉ ฤerpadlo, 2 โ kotol na plynnรฉ palivo, 3 โ stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk, 4 โ soยญlรกrny systรฉm, 5 โ prรญvod studenej vody, 6 โ distribรบcia teplej vody, 7 โ podlahovรฉ vykurovanie
Zรญskanรก tepelnรก energia z uvedenรฝch zdrojov vo forme teplej vody sa v dรดsledku zmeny teploty a hustoty vody ukladรก v jednotlivรฝch vrstvรกch zรกsobnรญka, priฤom tieto teplotnรฉ oblasti sa vzรกjomne nepremieลกavajรบ. Pitnรก voda sa rรฝchlo ohrieva vo veฤพmi krรกtkom ฤasovom รบseku jej prรญpravy (obr. 4).
Obr. 4 Stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk (7)
a โ schรฉma akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka s kuลพeฤพovรฝmi prvkami, b โ pohฤพad do vnรบtra zรกsobnรญka
Kombinรกcia stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka a odovzdรกvacej stanice
Poฤas procesu prรญpravy teplej vody je stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk zdrojom tepelnej energie smerom k odovzdรกvacej stanici, kde sa pripravuje teplรก voda prostrednรญctvom prietokovรฉho ohrevu. Tento proces sa uskutoฤลuje v momente vzniku poลพiadavky spotrebiteฤพa, ฤo prinรกลกa nรญzke straty a vysokรฉ hygienickรฉ nรกroky. Nikde v sรบstave sa teplรก voda neskladuje. Doskovรฝ vรฝmennรญk v odovzdรกvacej stanici zohrieva privรกdzanรบ studenรบ vodu prietokovรฝm ohrevom bez priameho kontaktu s teplonosnou lรกtkou, resp. teplou vodou zo stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka. Ide tak o prenos tepelnej energie z jednรฉho zdroja do druhรฉho, ktorรฝ slรบลพi na prรญpravu teplej vody v sรบlade s hygienickรฝmi a biologickรฝmi potrebami spotrebiteฤพa (obr. 5).
Obr. 5 Schรฉma zapojenia solรกrneho energetickรฉho systรฉmu so stratifikaฤnรฝm zรกsobnรญkom a jeho pripojenie na rรดzne odberovรฉ miesta (7)
1 โ tepelnรฉ ฤerpadlo, plynovรฝ kotol, 2 โ stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk, 3 โ solรกrny systรฉm, 4 โ prรญvod studenej vody, 5 โ odovzdรกvacia stanica/distribรบcia teplej vody,
6 โ konvekฤnรฉ vykurovanie, 7 โ podlahovรฉ vykurovanie
Na zรกver
Stratifikaฤnรฉ akumulaฤnรฉ systรฉmy slรบลพia na rรดzne druhy vykurovania a na prรญpravu teplej vody vo vลกetkรฝch typoch budov. Ich vรฝznam narastรก pri efektรญvnom vyuลพitรญ tepelnej energie v nรญzkoenergetickรฝch budovรกch a v budovรกch s nulovou spotrebou energie, kde mรดลพu slรบลพiลฅ na spoloฤnรฉ vyuลพitie teplej vody s rรดznou teplotou (+50 aลพ +60 ยฐC) na vykurovanie (podlahovรฉ, konvekฤnรฉ a pod., +25 aลพ +60 ยฐC).
Najvhodnejลกie je kombinovaลฅ stratifikaฤnรฉ zรกsobnรญky (tzv. stratifikรกtory) so solรกrnym systรฉmom ohrevu, prรญpadne s tepelnรฝm ฤerpadlom alebo kotlom. Kaลพdรก budova sa musรญ posudzovaลฅ individuรกlne z hฤพadiska poลพiadaviek na vykurovanie a spรดsob prรญpravy a distribรบcie teplej vody. Zรกroveล sa musรญ zohฤพadniลฅ moลพnosลฅ vyuลพitia obnoviteฤพnรฉho zdroja energie v rieลกenej budove.
Vรฝhody a nevรฝhody prรญpravy teplej vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch
Vรฝhody prรญpravy teplej vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch mรดลพeme zhrnรบลฅ takto:
- efektรญvne vrstvenie a ukladanie tepelnej energie,
- efektรญvne odoberanie tepelnej energie na prรญpravu teplej vody oproti ลกtandardnรฝm akumulaฤnรฝm ohrevom,
- zvรฝลกenie efektรญvnosti vyuลพitia tepelnej energie pri kombinรกcii rรดznych spรดsobov vykurovania (konvekฤnรฉ, podlahovรฉ a pod.) a prรญpravy teplej vody,
- kombinovanie s rรดznymi druhmi obnoviteฤพnรฝch zdrojov tepla (tepelnรฉ ฤerpadlo, solรกrny systรฉm a inรฉ) alebo inรฝch tepelnรฝch zdrojov,
- najvyลกลกia รบฤinnosลฅ zรญskavania tepelnej energie z obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie,
- minimรกlny ฤas ohrevu vody v porovnanรญ s inรฝmi zรกsobnรญkovรฝmi ohrievaฤmi TV,
- odstrรกnenie a eliminรกcia tvorby baktรฉrie legionella v zรกsobnรญku na ohrev pitnej vody.
Medzi nevรฝhody tohto systรฉmu patria:
- nรกroฤnรก montรกลพ a umiestnenie (vyลกลกie priestorovรฉ nรกroky), veฤพkรฉ objemy zรกsobnรญkov pre veฤพkรฉ spotrebnรฉ mnoลพstvรก teplej vody v budove,
- potreba dodrลพaลฅ prevenciu filtrรกcie vody โ tvrdosลฅ vody,
- nedostatoฤnรฉ znalosti a skรบsenosti s vyuลพรญvanรญm tรฝchto systรฉmov prรญpravy teplej vody v slovenskej odbornej verejnosti โ projekฤnรฉ podklady (nรกvrh, realizรกcia a uvedenie do prevรกdzky).
ฤlรกnok bol spracovanรฝ s podporou Ministerstva ลกkolstva, vedy, vรฝskumu a ลกportu SR prostrednรญctvom grantu VEGA 1/0807/17.
Text | Ing. Milan Krafฤรญk, Katedra technickรฝch zariadenรญ budov, Stavebnรก fakulta STU v Bratislave,doc. Ing. Jana Perรกฤkovรก, PhD., Katedra technickรฝch zariadenรญ budov, Stavebnรก fakulta STU v Bratislave
Recenzoval | doc. Ing. Otรญlia Lulkoviฤovรก, PhD.
Obrรกzky | Ing. Milan Krafฤรญk
Literatรบra
- Lulkoviฤovรก, O. a kol.: Progresรญvne systรฉmy vรฝstavby a vykurovania rodinnรฝch domov, Bratislava, 2011.
- Petrรกลก, D. โ Lulkoviฤovรก, O. โ Takรกcs, J. โ Fรผri, B.: Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie pre nรญzkoteplotnรฉ systรฉmy, Bratislava, 2009.
- Koลกiฤanovรก, D. โ Vranayovรก, Z.: Prรญprava a distribรบcia teplej vody, Technickรก univerzita v Koลกiciach, 2009.
- ล aลกek, J.: Moลพnosti odstranฤnรญ legionel z distribuฤnรญ sรญtฤ pitnรฉ vody, roฤ. 9, ฤ. 5., 2000.
- Matuลกka, T.: Zรกsobnรญky tepla s ลรญzenรฝm teplotnรญm vrstvenรญm (stratifikacรญ). Dostupnรฉ na http://oze.tzb-info.cz/solรกrnรญ kolektory.
- STN EN 806-2: 2005: Technickรฉ podmienky na zhotovovanie vodovodnรฝch potrubรญ na pitnรบ vodu vnรบtri budov. Navrhovanie.
- Firemnรฉ podklady spoloฤnosti SAILER. Dostupnรฉ na www.sailer.sk.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Sprรกva budov 4/2017.