7. PŘÍPRAVA TEPLÉ VODY (TV)
Příprava teplé vody (dále jen TV) je hned po vytápění největší položkou ve spotřebě tepla domu. Spotřeba teplé vody je v jednotlivých domácnostech dosti různá; udává se že minimum je přibližně 40 litrů na osobu a den, což představuje zhruba 2 kWh. Průměrně činí 3,4 - 4 kWh/den na osobu včetně ztrát v rozvodech.
V domech s ústředním vytápěním se zpravidla pro přípravu TV využívá stejný zdroj energie i stejné topidlo jako pro vytápění, v domech s lokálními topidly na tuhá paliva je nejoblíbenějším zdrojem energie elektřina.
Je nutné zdůraznit, že je velmi nevhodné pro rozvod TV v domě využívat cirkulační rozvod, kdy potrubím neustále (ve dne i v noci) cirkuluje teplá voda tak, aby při otočení kohoutku byla okamžitě k dispozici. V bytových vícepodlažních domech s jedním zdrojem tepla (výměník, či plynová kotelna), to jinak nelze realizovat, ale v rodinném domku ano. Zde je možné zdroj tepla (karmu) umístit co nejblíže všem odběrným místům a vyhnout se tak nutnosti cirkulace vody.
Cirkulační rozvod má běžně velkou tepelnou ztrátu dosahující 100% (u dobře tepelně izolovaného potrubí) a více procent (běžně 150 až 200% - vztaženo ke spotřebě TV). Je-li celý dům dobře izolován, ztráty v rozvodech TV tolik nevadí, neboť dům vlastně vytápí. Pouze mimo topnou sezónu (asi 1/3 roku) jsou ztráty opravdu ztrátami.
7.1. Příprava TV elektřinou
Zpravidla se používá akumulační zásobník připojený přes dálkové ovládání a vyhřívaný pouze mimošpičkovou ("noční") elektřinou (např. sazba D 25). Výhodou je nízká cena za kWh a malé nároky na instalovaný elektrický příkon. V době trvání nízkého tarifu (8 hod za den) běží všechny ostatní elektrické spotřebiče na levnější elektřinu, což snižuje celkové výdaje na její nákup. Mnoho lidí třeba v této době zapíná automatickou pračku nebo žehlí. Zásobník lze také opatřit topnou vložkou připojenou na ústřední vytápění a v době topné sezóny jej nahřívat levnějším teplem z kotle (kombinovaný zásobník).
Určitou nevýhodou je limitovaný objem vody, který je k dispozici. Pokud teplou vodu spotřebujeme, musíme na její ohřátí nějakou dobu čekat (někdy až do druhého dne). Zásobník má také určité, i když velmi malé, tepelné ztráty (cca 1 kWh/100 l objemu za den) -u nových spotřebičů jsou uváděny na energetickém štítku. Další ztráty jsou v potrubí od zásobníku k výtokovým ventilům (bateriím). Je dobré umisťovat zásobník co nejblíže k nejčastěji používanému výtoku teplé vody (bývá to kuchyňský dřez nebo umyvadlo v koupelně).
Obrázek 67: Elektrický zásobníkový ohřívač fy. Dražice o objemu 50 až 200 litrů s příkonem 2 až 2,2kW a dobou ohřevu přibližně 1 až 4 hod. Zdroj: www.dzd.cz.
V poslední době se také uplatňují průtokové ohřívače umístěné přímo pod umyvadlem, které výše uvedené nevýhody nemají. Problém je zase v tom, že potřebují dosti značný příkon a tudíž nutnost odpovídající instalace a dimenzování hlavního jističe, což zvýší stálý měsíční plat, který s tím souvisí. Určitým kompromisem jsou zásobníky s menším objemem vody, zapínající se ihned při poklesu teploty vody pod nastavenou hodnotu.
7.2. Přímotopný ohřev vody plynem
Při ohřevu vody plynem se používaly v minulosti převážně průtokové ohřívače (není zde, na rozdíl od elektřiny, problém dosáhnout potřebného příkonu). V poslední době je zřetelný trend přechodu k zásobníkovým ohřívačům, respektive kotlům obsahujícím zásobník.
7.2.1. Průtokové ohřívače
Zde se TV ohřívá v měděném výměníku plynovým hořákem, který se zažehne při poklesu tlaku vody způsobeném otevřením výtokového ventilu (vodovodní baterie). Hlavní výhodou je jednoduchost a malé rozměry, nevýhodou je malá účinnost při odběru malého množství vody a určité kolísání teploty vody v závislosti na průtoku.
Obrázek 68: Průtokový ohřívač vody ALFA POV-5 ZP. Zdroj: http://www.karma-as.cz/.
Místo použití samostatného průtokového ohřívače lze průtokově ohřívat vodu i v plynovém kotli. Tam, kde je plynové ústřední vytápění a vzdálenosti k jednotlivým výtokům teplé vody nejsou velké, se tomuto způsobu dává přednost.
7.2.2. Přímotopné zásobníkové ohřívače
Nevýhodné vlastnosti plynových průtokových ohřívačů vody je možné eliminovat použitím zásobníku, který je nahříván plynovým hořákem. Výkon hořáku může být znatelně menší než u průtokového ohřevu, teplota odebírané vody nezávisí na průtoku a účinnost je i při odběru malého množství vody dobrá. Nevýhodou jsou větší rozměry a cena. Oproti elektrickým akumulačním ohřívačům využívajícím sazbu D 25 však mají velkou výhodu v tom, že výkon plynového hořáku může být podstatně větší než výkon elektrického topného tělesa a hořák může pracovat kdykoliv je třeba. Nemusí čekat na sepnutí dálkovým ovladačem, plynový zásobníkový ohřívač může proto mít menší objem.
Obrázek 95: Schéma přímotopného zásobníkového ohřívače. Zdroj: K. Murtinger.
Obrázek 96: Plynový zásobníkový ohřívač Karma Alfa POV-10 PB pro umístění na stěnu; vyžaduje připojení ke komínu pro odtah spalin. Zdroj: http://www.karma-as.cz/.
Také tento druh ohřívače se dá spojit s kotlem a na trhu je řada plynových kotlů s většími či menšími integrovanými zásobníky.
Obrázek 97: Schéma průtokového ohřívače vody. Zdroj: K. Murtinger.
7.2.3. Nepřímotopné zásobníkové ohřívače
Jsou určeny pro připojení k plynovému kotli a nahřívají se topnou vodou přes poměrně velký trubkový výměník umístěný uvnitř. Toto řešení je výhodné zejména tam, kde používáme kromě plynového kotle ještě další zdroj tepla (třeba kotel na dřevo nebo tepelné čerpadlo). Tento systém ohřevu lze použít i ke starším typům kotlů, které nemají možnost přímé přípravy TV.
Obrázek 98: Schéma zapojení kotle s nepřímotopným zásobníkem. Zdroj: www.protherm.cz.
7.2.4. Další způsoby přípravy TV
V předchozím odstavci zmíněný zásobník s výměníkem je univerzálním systémem pro ohřev vody jakýmkoliv jiným zdrojem energie. V poslední době se sice užívají i deskové protiproudé výměníky, nicméně ve většině případů je akumulace výhodná a v případě solární energie dokonce nevyhnutelná.
7.3. Solární ohřev TV
Ohřev vody s využitím sluneční energie patří mezi nejznámější a komerčně nejúspěšnější metody využívání slunečního záření. Základní výhodou je široká dostupnost slunečního záření a cena (energie je zadarmo a provozní náklady solárního systému jsou minimální). Nevýhodou jsou vysoké investiční náklady na solární systém.
Solární systém na přípravu TV má několik základních částí:
- Kolektor - jeho úkolem je zachytit dopadající sluneční záření a přeměnit jej v teplo.
- Zásobník - zde se uchovává ohřátá voda pro použití v době kdy slunce nesvítí.
- Doplňkový zdroj energie - jeho úkolem je ohřívat vodu v zásobníku v období, kdy je nedostatek slunečního svitu.
- Regulační systém - zajišťuje, aby se v době kdy slunce svítí teplo, přenášelo do zásobníku, a v době kdy slunce nesvítí, naopak teplo ze zásobníku nevyhřívalo kolektor. Dále spíná doplňkový zdroj v době, kdy poklesne teplota zásobníku pod nastavenou hodnotu.
- Pomocná zařízení - spojovací potrubí ventily, expanzní nádoba apod.
Obrázek 99: Schéma solárního systému na ohřev vody. Zdroj: EkoWATT
Popis: 1. solární kolektor, 2. solární zásobník (trivalentní), 3. kotel ústředního vytápění, 4. elektronická regulace solárního systému, 5. elektrické topné těleso, 6. výměník tepla okruhu ústředního vytápění, 7. výměník tepla solárního okruhu, 8. teploměry, 9. manometr, 10. expanzní nádrž, 11. oběhové čerpadlo, 12. pojišťovací ventil, 13. odvzdušňovací ventil, 14. výstup teplé vody, 15. uzavírací ventily, 16. zpětná klapka, 17. plnicí kohout, 18. vstup studené vody z vodovodního řadu. Pozice č. 8, 9, 10, 11, 12, 16 spolu s průtokoměrem jsou na solární instalační jednotce.
7.3.1. Solární kolektor
Základní částí solárního kolektoru je absorbér, který zachytí sluneční záření a změní je v teplo. Je umístěn v kolektorové vaně, shora je zakryt průhledným krytem (zasklení) a zespodu opatřen tepelnou izolací. Takto se omezí tepelné ztráty absorbéru a zajistí jeho ochrana před vlivy počasí.
Obrázek 100: Řez solárním kolektorem HELIOSTAR. Zdroj: http://www.thermosolar.sk/.
Na trhu existuje řada typů solárních kolektorů, které se liší svou účinností a pochopitelně také cenou. Vzhledem k tomu, že za sluneční energii neplatíme, nezajímá nás tolik samotná účinnost kolektoru, jako spíše poměr účinnosti k ceně, nebo ještě lépe poměr množství energie, které daný solární systém získá za rok a jeho ceny. Z tohoto hlediska neexistuje optimální druh kolektoru pro všechny aplikace.
Účinnost kolektoru je poměr množství tepla, které z kolektoru získáme, a energie, která na plochu kolektoru dopadne. Vyjadřuje se zpravidla v procentech. Účinnost závisí na konstrukci kolektoru, na intenzitě dopadajícího záření a na rozdílu teplot mezi teplotou absorbéru a venkovního vzduchu. Uvádí se ve formě grafu (účinnostní křivka).
Obrázek 101: Zjednodušená účinností křivka čtyř základních druhů kolektorů. Zdroj: EkoWATT.
Základní kritérium výběru je teplota, kterou potřebujeme pomocí kolektoru dosáhnout, a vždy děláme kompromis mezi účinností a cenou. V praxi existují v podstatě tři nejběžnější využití solární energie:
Ohřev vody pro bazén - zde je rozdíl teploty mezi absorbérem a okolím minimální. Stačí proto ten nejlevnější plastový kolektor (samotný absorbér).
Jako příklad lze uvést textilně - plastové absorbéry od firmy EKOSOLARIS Kroměříž nebo SOLADUR "S", což je absorbér vyrobený z černého polypropylenu a je tvořen soustavou kanálků, které ústí na každém konci do sběrné trubice. (http://www.springpool.cz/produkty/soladur.htm).
Příprava teplé vody v domácnosti - zde je nutná teplota zhruba 60°C, což v zimě znamená rozdíl teploty přes 70°C. Nezakrytý absorbér toho již nedosáhne, používají se proto minimálně kolektory zakryté sklem. Stačí absorbér natřený černou barvou, ale selektivní povrch je znatelně lepší. Nabídka solárních kolektorů je poměrně široká - často se u nás používají slovenské kolektory HELIOSTAR (http://www.thermosolar.sk/) a české kolektory od firmy EKOSOLARIS a.s. (http://www.ekosolaris.cz/).
Ohřev vody v nepříznivých klimatických podmínkách, případně příprava TV kombinovaná s vytápěním - zde může rozdíl teploty překračovat 100°C a uplatní se zde vakuové kolektory jako je HELIOSTAR H 400V.
Plochu kolektorů a velikost zásobníku je třeba navrhnout podle skutečného množství TV spotřebovávané v domě. Pokud je systém příliš velký jsou potíže s letními přebytky tepla a kvůli menšímu využití se prodlužuje doba návratnosti.
Podrobné údaje, jak dimenzovat solární systémy, lze najít např. na stránkách fy. THERMOSOLAR, kde je dokonce jednoduchý kalkulátor pro usnadnění návrhu (http://www.thermosolar.sk/files/dimenz-tuv.xls) a také na stránkách firmy EKOSOLARIS (http://www.ekosolaris.cz).
V rodinném domku se 4 osobami zpravidla vystačíme se 4 až 6 m2 kolektorové plochy a s velikostí zásobníku 200 až 300 litrů.
7.3.2. Zásobník
Solární zásobník má větší objem než výše uvedené běžné zásobníky, zpravidla mezi 200 až 500 litry. Je totiž výhodné, když může uložit teplo na více než jeden den. Vždy je k zásobníku připojen další zdroj energie. Nejčastěji to bývá elektrická topná vložka nebo výměník pro topnou vodu připojený na kotel ústředního vytápění. Aby se příliš nesnížila schopnost zásobníku ukládat sluneční teplo, je umístěn v horní třetině výšky zásobníku a tudíž vytápí jen jeho horní část.
Obrázek 102: Solární zásobník HT ERMR od firmy THERMOSOLAR. Zdroj: http://www.thermosolar.sk/.
7.3.3. Regulační systém
Solární regulátor je vlastně diferenční termostat, který má jedno čidlo na výstupu solárního kolektoru a druhé ve spodní části zásobníku. Když teplota kolektoru převýší teplotu zásobníku o předem nastavenou hodnotu teplotní hystereze (zpravidla 3 - 5°C) zapne oběhové čerpadlo a teplo se začne přenášet do zásobníku. Jakmile teplota v zásobníku dosáhne teploty kolektoru, regulátor čerpadlo vypne.
Obrázek 103: Digitální solární regulátor DX4132. Zdroj: http://www.thermosolar.sk/.
Solární systémy nemusí mít všechny výše uvedené části. V jednoduchých solárních systémech, kde zásobník je umístěn nad kolektorem, je přenos tepla zajištěn samotížným oběhem (ohřátá voda je lehčí a stoupá vzhůru). Zde není potřeba čerpadlo ani regulátor.
Obrázek 104: Samotížný solární systém SP MINI 90. Zdroj: http://www.solarpower.cz/cz/spmini.htm.
Existují dokonce kolektory s integrovaným zásobníkem, kde zásobník má současně funkci kolektoru a absorbérem je černý povrch zásobníku, který je zakrytý transparentní izolací.
Obrázek 105: Jednoduchý a kompaktní solární ohřívač SUN-LITE. Zdroj: http://www.solar-components.com/water.htm.
1. Vnější zasklení
2. Vnitřní zasklení3. Upevnění zásobníků
4. 120 litrové zásobníky5. Nosníky
6. Polyuretanová izolacePříprava TV je zpravidla spojen s vytápěcím systémem a další informace o kotlích a zdrojích energie lze najít v části věnované vytápění a v následující části o kombinaci zdrojů energie.
