Právo a znalci: Nedostatek teplé vody s dvouplášťovým ohřívačem
© Fotolia.com
Článek uvádí konkrétní příklad reálného provozního problému při využití tzv. dvouplášťových ohřívačů teplé vody, který vyplývá z tepelně technických vlastností takových ohřívačů vody
Obr. 1 Princip dvouplášťového ohřívače teplé vody
Popisovaný případ vznikl ve standardním rodinném domu s výpočtovou tepelnou ztrátou 11 kW, ve kterém je zdrojem tepla tepelné čerpadlo. Základním problémem instalace byl nedostatek teplé vody. V domě trvale bydlí dvě dospělé osoby a jedno dítě a příprava teplé vody probíhá v zásobníku s objemem 140 litrů. Kontrolou zásobníku bylo zjištěno, že jde o tzv. dvouplášťový typ. Ve válcové části zásobníku je výměník tvořen zdvojením pláště, v jehož mezeře proudí otopná voda. Teplá voda je ohřívána přes vnitřní stěnu zásobníku vody. Zásobník byl instalován v horizontální poloze.
Zjištěné nedostatky
Otopná soustava byla vyprojektována projektantem s autorizací. Projektová dokumentace byla v plném rozsahu k dispozici. Fyzickou kontrolou provedenou znalcem byl zjištěn soulad mezi dokumentací a skutečným provedením soustavy. Mimořádnou topnou zkouškou byla ověřena funkce vytápění bez zjištění závad. Kontrolním odběrem teplé vody bylo zjištěno, že v souladu s nastavením regulace je v plně nabitém zásobníku teplá voda s teplotou 55 °C a ze zásobníku vytéká teplá voda o této teplotě. Při větším odběru teplé vody, například již na úrovni běžné sprchy, začne teplota odebírané vody posléze rychle klesat, přestože se do provozu uvede tepelné čerpadlo (coby zdroj tepla pro přípravu teplé vody). Vzniká stav, kdy teplá voda vytéká chladná (s nedostatečnou teplotou pro výtok na koncových armaturách), ale tepelné čerpadlo přesto taktuje.
Příčina
Zjištěnému stavu odpovídá nedostatečná schopnost teplosměnné plochy v zásobníku přenést teplo dodávané tepelným čerpadlem do ohřívané vody. Přestože bylo tepelné čerpadlo (TČ) schopné dodávat teplo do zásobníku, po zahájení většího odběru teplé vody (sprcha, vana, apod.) nebylo možné zajistit požadovanou teplotu teplé vody. Podmínkou přenosu tepla je teplotní spád mezi otopnou vodou a ohřívanou pitnou vodou přes stěnu výměníku. Po zahájení odběru teplé vody ze zásobníku je do něj doplňována studená pitná voda. Teoreticky by se tedy měl v zásobníku vytvořit dostatečný teplotní spád. V praxi v použitém konkrétním zásobníku je tento stav vytvořen pouze na počátku odběru teplé vody, kdy rozdíl mezi otopnou vodou s teplotou 60 °C a dopouštěnou studenou pitnou vodou o teplotě cca 10 °C je největší, tedy 50 K a je plně dostatečný. Záhy se však teplotní spád jako primární podmínka předávání tepla razantně zmenšuje, a tudíž poklesne i odběr tepla z TČ. Důsledkem sníženého přestupu tepla je nižší vychlazení zpátečky, tedy otopné vody vracející se po průchodu výměníkem zpět do TČ. Tepelné čerpadlo vyžaduje intenzivní proudění ohřívací vody. Otopná voda naráží na vnitřní plášť dvouplášťového ohřívače. Dochází k částečnému odlomení proudu přímo k výtoku z ohřívače. To snižuje vychlazení zpětného proudění do tepelného čerpadla. Regulace TČ tento stav v určitém bodě vyhodnotí tak, že TČ přejde do taktování.
V zásobníku teplé vody nejde o ustálený stav, ovlivňuje jej jak ohřev vody stěnou pláště (výměníku), tak i odběr teplé vody. Odběr teplé vody ze zásobníku se více nebo méně, podle zvolené konstrukce, projevuje narušením přirozeného teplotního gradientu uvnitř zásobníku, jehož důsledkem je promíchávání vody v zásobníku. Toto přispívá ke snižování potenciálu pro předávání tepla, tedy k poklesu odebíraného výkonu z TČ. Dochází ke vzniku částečného hydraulického zkratu skrz zásobník, kdy studená voda natékající do zásobníku proudí nejkratším možným směrem k výtokovému hrdlu zásobníku. Výsledkem je rychlý pokles teploty teplé vody. Narušování teplotního gradientu podstatným způsobem přispívá i cirkulace teplé vody.
Doporučení
Dvouplášťové akumulační výměníky mohou zajišťovat ohřev vody jako nepřímo ohřívané výměníky v otopných soustavách, ve kterých je možné používat vyšší teploty otopné vody, pokud jsou zohledněny jejich specifické podmínky. Pokud mají spolupracovat s TČ, kde se maximální výstupní teplota z TČ pohybuje na úrovni 55 °C až 65 °C, je z pohledu projektanta ručícího za správnou funkci záhodno být velmi opatrný a velmi pečlivě volit konstrukci zásobníku s ohledem na případný vnitřní zkrat proudění, potřebnou teplosměnnou plochu výměníku, objem zásobníku, ale i způsob jeho instalace.
Ještě nedávno, před několika lety, byla na trhu TČ bez regulace výkonu. Tato TČ pracují vždy na plný výkon, který odpovídá aktuálnímu teplotnímu stavu zemní sondy, kolektoru, vzduchu, tj. podle konkrétního druhu TČ. Tento tepelný výkon je nutné kontinuálně odvádět. Při nízkých výstupních teplotách z TČ je k tomu potřeba poměrně velká teplosměnná plocha. Na 1 kW výkonu TČ potřebujeme v průměru okolo 0,3 m2/kW teplosměnné plochy akumulačního výměníku tepla. Pokud by byl aktuální výkon TČ asi 5 kW, pak je zapotřebí teplosměnná plocha přibližně 1,5 m2. V popsaném případě příkladu č. 1 disponuje instalovaný zásobník s dvouplášťovým výměníkem teplosměnnou plochou 0,95 m2. To odpovídá schopnosti přenést do vody v zásobníku teplo z TČ o výkonu kolem 3,2 kW. Tato čísla jsou orientační, ale zcela jasně ukazují, že výběr zásobníku nelze provést jen s ohledem na jeho objem.
S využitím moderních TČ, která disponují regulací výkonu od spodní hranice až 30 %, může být jednoznačné rozpoznání příčiny nedostatečného přestupu tepla z otopné vody do ohřívané vody pitné skryto. Nedojde k viditelnému přechodu do taktování TČ, které je jednoznačně identifikovatelné i laicky. Výkon snížený až k 30 % jmenovitého může umožnit nepřetržitý provoz TČ. Samozřejmě to znamená, že teplota vody v zásobníku nemůže stoupat tak rychle, jak je požadováno, jak by aktuální maximální výkon TČ měl garantovat.
Závěr
Velmi aktuální je blížící se vyhlášení druhého kola tzv. kotlíkových dotací zahrnující i dotace na instalace tepelných čerpadel. Pro ty, kteří již hledají instalační firmu, lze dát zásadní doporučení. Neuzavírejte smlouvu o provedení díla jen na instalaci tepelného čerpadla nebo jakéhokoli jiného zdroje tepla. Takto nezískáte žádnou záruku na vlastnosti vaší modernizované soustavy. Výslovně, ve smlouvě písemně, požadujte, aby příprava teplé vody probíhala bez zapojení bivalentního = doplňkového zdroje tepla (elektrického, plynového atd.) a aby za všech okolností byla výstupní teplota teplé vody 55 °C. Pokud to dané tepelné čerpadlo neumí, tak můžete z podmínek slevit, ale za předem, ve smlouvě písemně uvedených, podmínek. Například si odsouhlasíte bez využití bivalentního zdroje nejnižší možnou výstupní teplotu teplé vody na 40 °C bez ohledu na klimatické podmínky. Jinak vám při případných stížnostech nikdo nepomůže, ani ten nejerudovanější soudní znalec a advokát.
The article presents a concrete example of a real operational problem with the use of so-called double-walled hot water heaters resulting from the heat-technical properties of such water heaters.