image 98293 25 v1
Galรฉria(6)

Akumulaฤnรฉ zรกsobnรญky teplej vody na princรญpe stratifikรกcie

Partneri sekcie:

Na zabezpeฤenie maximรกlnej energetickej รบฤinnosti, znรญลพenie energetickรฝch nรกkladov na minimum a splnenie vysokรฝch poลพiadaviek na hygienu prรญpravy teplej vody sa v krajinรกch Eรš ฤoraz ฤastejลกie navrhujรบ vysokoefektรญvne systรฉmy z obnoviteฤพnรฝch zdrojov tepla. Jeden z nich predstavuje aj prรญprava teplej vody a vykurovanie prostrednรญctvom stratifikรกcie v akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch. 

02Perackova Obr 2 Zasobniky
03Perackova Obr 3
05Perackova Obr 5
01Perackova Obr 1
04Perackoa obr 4

Prรญprava teplej vody a vykurovanie budov predstavujรบ asi 40 % celkovej spotreby tepelnej energie. V novรฝch budovรกch a ostatnรฝch stavbรกch sa preto v sรบฤasnosti musia navrhovaลฅ iba energeticky รบspornรฉ systรฉmy podฤพa smernice Eurรณpskeho parlamentu a Rady ฤ. 2010/31/Eรš 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 dostatoฤnรบ pozornosลฅ, t. j. pri jej trvalom pouลพรญvanรญ sa nesmie zmeniลฅ zdravotnรฝ stav uลพรญvateฤพov v dรดsledku prรญtomnosti mikroorganizmov, organizmov alebo lรกtok ovplyvลˆujรบcich zdravie akรบtnym, chronickรฝm alebo neskorรฝm pรดsobenรญm. Kvalitatรญvne vlastnosti vody vnรญmateฤพnรฉ zmyslami zรกroveลˆ nemรดลพu zabraลˆovaลฅ jej poลพรญvaniu. To, ลพe pitnรก voda by nemala spรดsobovaลฅ uลพรญvateฤพovi ลพiadne zdravotnรฉ problรฉmy, sa hodnotรญ podฤพa ukazovateฤพov kvality a ich hygienickรฝch limitov (4). Zneฤistenie pitnej vody a s tรฝm sรบvisiace zdravotnรฉ rizikรก mรดลพu najmรค u chorรฝch ฤพudรญ a ฤพudรญ so znรญลพenou imunitou (napr. v nemocniciach alebo lieฤebnรฝch zariadeniach) zaprรญฤiniลฅ aลพ รบmrtie โ€“ v dรดsledku legionelรณzy.

Kontaminรกciu vodovodnรฝch systรฉmov baktรฉriou legionella zaprรญฤiลˆuje 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 zvรคฤลกovaลฅ vo vodovodnรฝch armatรบrach, v slepรฝch ramenรกch, nevyregulovanรฝch systรฉmoch rozvodu vody a v dlhรฝch potrubnรฝch systรฉmoch so stagnujรบcim prรบdenรญm vody, s ลฅaลพkou dostupnosลฅou dezinfekฤnej lรกtky a nedostatoฤnou รบdrลพbou. Veฤพkรฉ zรกsobnรญkovรฉ ohrievaฤe a akumulaฤnรฉ 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 ฤasti ohrievaฤov a akumulaฤnรฝch nรกdrลพรญ.

Vrstvenie tepelnej energie v akumulaฤnom 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 stratifikaฤnom akumulaฤnom zรกsobnรญku. V ลˆom nastรกva gravitaฤnรฉ rozvrstvenie vody podฤพa objemovej hmotnosti vody v zรกvislosti od jej teploty. Spรดsob obehu vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch zรกvisรญ od teploty vykurovacรญch okruhov od jednotlivรฝch zdrojov tepla.

Spรดsob obehu vody teda zรกvisรญ napr. od toho, ฤi 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 ฤalej udrลพujรบ rozdielne teploty.

Tepelnรก vodivosลฅ vody je nรญzka. Vyuลพรญvajรบ sa vรคฤลกinou vertikรกlne akumulaฤnรฉ zรกsobnรญky na podporu prirodzenรฉho udrลพania teplotnรฝch vrstiev objemu zรกsobnรญka vplyvom vztlakovรฝch sรญl.

 

Obr. 1 Spôsoby teplotného vrstvenia v zásobníkoch (7) a – konvekฤné vrstvenie teplej vody pomocou plastovej rúrky, b – horizontálne vrstvenie teplej vody cez kuลพele presmerovaním prietoku,  c – konvekฤný ohrev vody

Obr. 1 Spรดsoby teplotnรฉho vrstvenia v zรกsobnรญkoch (7)
a โ€“ konvekฤnรฉ vrstvenie teplej vody pomocou plastovej rรบrky, b โ€“ horizontรกlne vrstvenie teplej vody cez kuลพele presmerovanรญm prietoku, c โ€“ konvekฤnรฝ ohrev vody

 

Na riadenie teplotnรฉho rozvrstvenia sa vyuลพรญvajรบ ลกpeciรกlne samoฤinnรฉ stratifikaฤnรฉ vstavanรฉ prvky alebo regulaฤnรฉ prvky v akumulaฤnรฝch 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 gravitaฤnou spรคtnou klapkou. Odboฤky tvoria veฤพmi ฤพahkรฉ spรคtnรฉ klapky, ktorรฉ zabraลˆujรบ zmene teploty privรกdzanej teplej vody prisรกvanรญm vody z dolnej chladnejลกej ฤasti akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka (obr. 1b, obr. 2b, c).

 

Obr. 1 Spôsoby teplotného vrstvenia v zásobníkoch (7) a – konvekฤné vrstvenie teplej vody pomocou plastovej rúrky, b – horizontálne vrstvenie teplej vody cez kuลพele presmerovaním prietoku,  c – konvekฤný ohrev vody

Obr. 2 Rรดzne typy riadenรฉho teplotnรฉho vrstvenia teplej vody (7)
a โ€“ samoฤinnรฉ vrstvenie pomocou plastovej rรบrky s otvormi, b โ€“ horizontรกlne vrstvenie cez kuลพele presmerovanรญm prietoku, c โ€“ horizontรกlne vrstvenie presmerovanรญm prietoku s gravitaฤnou spรคtnou klapkou

 

Na sprรกvnu funkciu vrstvenia tepelnej energie je nevyhnutnรฉ vytvoriลฅ nielen vrstvenie podฤพa teploty, ale hlavne zabezpeฤiลฅ, aby vrstvenie tepelnej energie v akumulaฤnom zรกsobnรญku nedegradovalo. Kvalita teplotnรฉho vrstvenia objemu v stratifikaฤnom akumulaฤnom zรกsobnรญku bude totiลพ ovplyvลˆovaลฅ prevรกdzkovรฉ parametre celej sรบstavy. Na teplotnรฉ vrstvenie mรก vplyv hlavne spรดsob prรญvodu a odberu pracovnej lรกtky v akumulaฤnom zรกsobnรญku.

Z uvedenรฉho vyplรฝva zรกkladnรฝ rozdiel medzi klasickรฝm akumulaฤnรฝm a stratifikaฤnรฝm zรกsobnรญkom: V klasickom zรกsobnรญku sa vรฝrazne premieลกava teplรก voda v celom objeme a vรฝstupnรก teplota vody nedosahuje poลพadovanรฉ parametre odbernรฉho miesta, kรฝm stratifikaฤnรฝ zรกsobnรญk mรก vnรบtorne usmerลˆovanรฉ teplotnรฉ vrstvenie teplej vody stratifikaฤnรฝmi prvkami (samoฤinnรฉ spรคtnรฉ klapky, plastovรฉ kuลพeฤพovitรฉ alebo tanierovรฉ regulaฤnรฉ prvky), ฤo umoลพลˆuje odoberaลฅ teplรบ vodu zo zรกsobnรญka s rรดznou teplotou podฤพa potreby jej vyuลพitia.

Prรญprava teplej vody s vyuลพitรญm stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka

Zรกkladnรฝm princรญpom systรฉmu je vrstvenie tepelnej energie, ktorรก sa prednostne zรญskava z obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie, primรกrne zo solรกrneho systรฉmu, v kombinรกcii s ฤalลกรญm zdrojom, ako je napr. kotol na plynnรฉ palivo, prรญp. tepelnรฉ ฤerpadlo alebo rekuperaฤnรฝ systรฉm (obr. 3).

Obr. 3 Schéma alternatív zapojenia systému na ohrev pitnej vody z rôznych zdrojov tepla pomocou stratifikaฤného akumulaฤného zásobníka (7) 1 – tepelné ฤerpadlo, 2 – kotol na plynné palivo, 3 – stratifikaฤný akumulaฤný zásobník, 4 – so­lárny systém, 5 – prívod studenej vody, 6 – distribúcia teplej vody, 7 – podlahové vykurovanie

Obr. 3 Schรฉma alternatรญv zapojenia systรฉmu na ohrev pitnej vody z rรดznych zdrojov tepla pomocou stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka (7)
1 โ€“ tepelnรฉ ฤerpadlo, 2 โ€“ kotol na plynnรฉ palivo, 3 โ€“ stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ 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, priฤom tieto teplotnรฉ oblasti sa vzรกjomne nepremieลกavajรบ. Pitnรก voda sa rรฝchlo ohrieva vo veฤพmi krรกtkom ฤasovom รบseku jej prรญpravy (obr. 4).

Obr. 4 Stratifikaฤný akumulaฤný zásobník (7) a – schéma akumulaฤného zásobníka s kuลพeฤพovými prvkami, b – pohฤพad do vnútra zásobníka

Obr. 4 Stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk (7)
a โ€“ schรฉma akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka s kuลพeฤพovรฝmi prvkami, b โ€“ pohฤพad do vnรบtra zรกsobnรญka

Kombinรกcia stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka a odovzdรกvacej stanice

Poฤas procesu prรญpravy teplej vody je stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk zdrojom tepelnej energie smerom k odovzdรกvacej stanici, kde sa pripravuje teplรก voda prostrednรญctvom prietokovรฉho ohrevu. Tento proces sa uskutoฤลˆuje v momente vzniku poลพiadavky spotrebiteฤพa, ฤo 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 stratifikaฤnรฉho akumulaฤnรฉho 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 Schéma zapojenia solárneho energetického systému so stratifikaฤným zásobníkom a jeho pripojenie na rôzne odberové miesta (7) 1 – tepelné ฤerpadlo, plynový kotol, 2 – stratifikaฤný akumulaฤný zásobník, 3 – solárny  systém, 4 – prívod studenej vody, 5 – odovzdávacia stanica/distribúcia teplej vody,  6 – konvekฤné vykurovanie, 7 – podlahové vykurovanie

Obr. 5 Schรฉma zapojenia solรกrneho energetickรฉho systรฉmu so stratifikaฤnรฝm zรกsobnรญkom a jeho pripojenie na rรดzne odberovรฉ miesta (7)
1 โ€“ tepelnรฉ ฤerpadlo, plynovรฝ kotol, 2 โ€“ stratifikaฤnรฝ akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk, 3 โ€“ solรกrny systรฉm, 4 โ€“ prรญvod studenej vody, 5 โ€“ odovzdรกvacia stanica/distribรบcia teplej vody,
6 โ€“ konvekฤnรฉ vykurovanie, 7 โ€“ podlahovรฉ vykurovanie

Na zรกver

Stratifikaฤnรฉ akumulaฤnรฉ 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 spoloฤnรฉ vyuลพitie teplej vody s rรดznou teplotou (+50 aลพ +60 ยฐC) na vykurovanie (podlahovรฉ, konvekฤnรฉ a pod., +25 aลพ +60 ยฐC).

Najvhodnejลกie je kombinovaลฅ stratifikaฤnรฉ zรกsobnรญky (tzv. stratifikรกtory) so solรกrnym systรฉmom ohrevu, prรญpadne s tepelnรฝm ฤerpadlom alebo kotlom. Kaลพdรก budova sa musรญ posudzovaลฅ individuรกlne z hฤพadiska poลพiadaviek na vykurovanie a spรดsob prรญpravy a distribรบcie teplej vody. Zรกroveลˆ sa musรญ zohฤพadniลฅ moลพnosลฅ vyuลพitia obnoviteฤพnรฉho zdroja energie v rieลกenej budove.

Vรฝhody a nevรฝhody prรญpravy teplej vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch

Vรฝhody prรญpravy teplej vody v stratifikaฤnรฝch akumulaฤnรฝch zรกsobnรญkoch mรดลพeme zhrnรบลฅ takto:

  • efektรญvne vrstvenie a ukladanie tepelnej energie,
  • efektรญvne odoberanie tepelnej energie na prรญpravu teplej vody oproti ลกtandardnรฝm akumulaฤnรฝm ohrevom,
  • zvรฝลกenie efektรญvnosti vyuลพitia tepelnej energie pri kombinรกcii rรดznych spรดsobov vykurovania (konvekฤnรฉ, podlahovรฉ a pod.) a prรญpravy teplej vody,
  • kombinovanie s rรดznymi druhmi obnoviteฤพnรฝch zdrojov tepla (tepelnรฉ ฤerpadlo, solรกrny systรฉm a inรฉ) alebo inรฝch tepelnรฝch zdrojov,
  • najvyลกลกia รบฤinnosลฅ zรญskavania tepelnej energie z obnoviteฤพnรฝch zdrojov energie,
  • minimรกlny ฤas ohrevu vody v porovnanรญ s inรฝmi zรกsobnรญkovรฝmi ohrievaฤmi TV,
  • odstrรกnenie a eliminรกcia tvorby baktรฉrie legionella v zรกsobnรญku na ohrev pitnej vody.

Medzi nevรฝhody tohto systรฉmu patria:

  • nรกroฤnรก 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, 
  • nedostatoฤnรฉ znalosti a skรบsenosti s vyuลพรญvanรญm tรฝchto systรฉmov prรญpravy teplej vody v slovenskej odbornej verejnosti โ€“ projekฤnรฉ podklady (nรกvrh, realizรกcia a uvedenie do prevรกdzky).

 

ฤŒlรกnok bol spracovanรฝ s podporou Ministerstva ลกkolstva, vedy, vรฝskumu a ลกportu SR prostrednรญctvom grantu VEGA 1/0807/17.

Text | Ing. Milan Krafฤรญk, Katedra technickรฝch zariadenรญ budov, Stavebnรก fakulta STU v Bratislave,doc. Ing. Jana Perรกฤkovรก, PhD., Katedra technickรฝch zariadenรญ budov, Stavebnรก fakulta STU v Bratislave
Recenzoval | doc. Ing. Otรญlia Lulkoviฤovรก, PhD.
Obrรกzky | Ing. Milan Krafฤรญk

Literatรบra

  1. Lulkoviฤovรก, O. a kol.: Progresรญvne systรฉmy vรฝstavby a vykurovania rodinnรฝch domov, Bratislava, 2011.
  2. Petrรกลก, D. โ€“ Lulkoviฤovรก, O. โ€“ Takรกcs, J. โ€“ Fรผri, B.: Obnoviteฤพnรฉ zdroje energie pre nรญzkoteplotnรฉ systรฉmy, Bratislava, 2009.
  3. Koลกiฤanovรก, D. โ€“ Vranayovรก, Z.: Prรญprava a distribรบcia teplej vody, Technickรก univerzita v Koลกiciach, 2009.
  4. ล aลกek, J.: Moลพnosti odstranฤ›nรญ legionel z distribuฤnรญ sรญtฤ› pitnรฉ vody, roฤ. 9, ฤ. 5., 2000.
  5. Matuลกka, T.: Zรกsobnรญky tepla s ล™รญzenรฝm teplotnรญm vrstvenรญm (stratifikacรญ). Dostupnรฉ na http://oze.tzb-info.cz/solรกrnรญ kolektory.
  6. STN EN 806-2: 2005: Technickรฉ podmienky na zhotovovanie vodovodnรฝch potrubรญ na pitnรบ vodu vnรบtri budov. Navrhovanie.
  7. Firemnรฉ podklady spoloฤnosti SAILER. Dostupnรฉ na www.sailer.sk.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Sprรกva budov 4/2017.

Najฤรญtanejลกie