Elektronická kontrola cirkulace teplé vody šetří energii
Regulátor CIRCON zajišťuje nejvyšší energetickou třídu systému teplé vody
Snížit náklady na provoz systému cirkulace teplé vody je možné řízením doby činnosti cirkulačního čerpadla. Pevné nastavení dob provozu cirkulačního čerpadla nebo jeho řízení jen podle teploty vody na výstupu z cirkulačního okruhu nestačí.
Ztráta tepla ze systému rozvodu teplé vody
Spotřebu energie související se zásobováním teplou vodou ovlivňuje spotřeba elektrické energie cirkulačním čerpadlem a spotřeba tepla na pokrytí úniků tepla z potrubí s teplou vodou, tedy na udržení teploty teplé vody u výtokových armatur, kohoutků, směšovacích baterií na požadované úrovni.
Vzhledem k pokroku v konstrukci čerpadel již spotřeba elektrické energie cirkulačním čerpadlem nehraje zásadní roli. Není neobvyklé, že místo dřívějšího příkonu čerpadel cca 100 a více Watt vyžadují současná čerpadla příkon na úrovni i pod 10 Watt.
Ztráty tepla z potrubí rozvádějícího teplou vodu a potrubí cirkulačního se však významně nezměnily a jsou z hlediska nákladů na teplo zásadní. Snad jen v nových budovách mohou být vlivem použití tepelných izolací s lepšími parametry ztráty tepla o něco menší, ale rozhodně nejsou malé.
Pokud není spotřeba teplé vody nepřetržitá, teplá voda v potrubí stagnuje a i při sebelepší tepelné izolaci chladne, protože prostředí okolo trubky s teplou vodou má nižší teplotu. V soustavách s ústřední přípravou teplé vody se obvykle vyskytují dlouhá potrubí propojující zdroj teplé vody a výtokové armatury. Toto není jen typický případ bytových domů s ústřední přípravou teplé vody pro všechny byty, ale může jít jen o jeden byt a nebo rodinný dům. Velmi často pak musí uživatel z výtokové armatury nejdříve odpustit vychladlou vodu, než k armatuře doteče ze zdroje teplé vody voda dostatečně teplá. Proto se v takových systémech navrhuje rozvod teplé vody jako okruh, doplňuje se cirkulačním potrubím. Například se za nejvzdálenější výtokovou armaturou připojí zpětné cirkulační potrubí, které vychladlou teplou vodu vrací zpět do zdroje, aby se znovu ohřála. Průtok v takto vytvořeném okruhu zajišťuje cirkulační čerpadlo.
V závislosti na teplotě teplé vody z jejího zdroje, na materiálu potrubí a jeho délce, vlastnostech tepelné izolace, teplotě okolo potrubí aj. z potrubí uniká určité množství tepla. Toto ztracené teplo prostřednictvím cirkulace doplňuje zdroj tepla.
Dodržení požadované teploty teplé vody na výtokových armaturách je přitom zásadní podmínkou vysoké úrovně komfortu v zásobování teplou vodou a v bytových domech i nutnou podmínkou pro spravedlivé rozdělení nákladů za spotřebovanou teplou vodu.
Pokud je cirkulace trvale v provozu, jde o plně komfortní stav, kdy je teplá voda k dispozici prakticky okamžitě u každé armatury po jejím otevření. S tímto režimem je však spojena maximální ztráta tepla. A tedy nejvyšší náklady na provoz systému teplé vody, protože celý systém je trvale udržován na nejvyšší teplotě. Přitom v některých částech dne to není nutné a v nich by bylo možné cirkulační čerpadlo vypnout a připustit pokles teploty vody u výtokových armatur.
Pro konkrétní dům existuje mezi velikostí ztráty tepla ze systému teplé vody do okolí a konkrétní průměrnou teplotou teplé vody z jejího zdroje, například z kotle, tepelného čerpadla či výměníku předávací stanice, fyzikální závislost. S cílem omezit dobu, po kterou je nutné udržovat systém teplé vody na požadované teplotě a tedy s cílem maximálně snížit ztrátu tepla řízením činnosti cirkulačního čerpadla byl vyvinut elektronický cirkulační regulátor CIRCON.
Obr. 1 Jednodušší „zásuvkové“ provedení regulátoru CIRCON pro ovládání činnosti cirkulačního čerpadla vhodné pro rodinné domy. Na boku jsou zřejmé konektory pro napojení teplotních čidel ke snímání teploty vody za jejím výstupem ze zdroje a teploty vody vracející se cirkulačním potrubím.
Obr. 2 Schéma zapojení regulátoru CIRCON v „zásuvkovém“ provedení, ale též i v provedení na DIN lištu. Teplotní čidlo na výstupu ze zdroje teplé vody (zde zásobník) musí být upevněno na potrubí tak daleko od zdroje, aby nesnímalo teplotu vody ve zdroji, ale až v potrubí. Vhodná vzdálenost závisí na materiálu potrubí a jeho tepelné vodivosti. Teplotní čidlo na cirkulačním potrubí se umísťuje před cirkulační čerpadlo (před zpětnou klapku), aby nebylo ovlivněno případným zpětným samotížným tokem teplé vody ze zdroje, pokud není čerpadlo v činnosti.
Režim cirkulace a ztráty tepla
Trvalá cirkulace je zdrojem největších ztrát energie ze systému s teplou vodou. Proto se v praxi cirkulace teplé vody neprovozuje nepřetržitě. Volí se různé provozní režimy.
Nejjednodušší spočívá v pevném nastavení denních dob, po které cirkulace běží. Z hlediska ztrát tepla je nutné zohlednit, jak je doba chodu čerpadla rozložena během dne. Pokud jsou intervaly poměrně časté s krátkými jednotlivými dobami chodu, bude průměrná denní teplota v systému cirkulace výrazně nižší, než při delších intervalech chodu. Pokud by byla celková doba chodu za den stejná, častější krátké intervaly způsobí menší energetické ztráty než méně časté, ale dlouhé intervaly.
Na celkovou efektivitu provozu systému zajišťujícího teplou vodu mají vliv nejen výše uvedené ztráty tepla z potrubí, ale i provozní vlastnosti zdroje tepla. Velmi časté a krátkodobé spouštění cirkulace se nepříznivě projeví na účinnosti prakticky každého zdroje tepla. Například v důsledku náběhové fáze hořáku kotle nebo tepelného čerpadla. A navíc, každý start zdroje tepla zkracuje jeho životnost, promítá se do nákladů na servis, na spotřebu náhradních dílů. Proto není správné řídit provoz cirkulačního čerpadla jen s ohledem na ztrátu tepla ze systému teplé vody, ale i s ohledem na provozní vlastnosti zdroje tepla, systému teplé vody.
Vliv chování uživatele a regulace provozních režimů cirkulace
Elektronický cirkulační regulátor CIRCON nepracuje jen s okamžitými parametry, ale využívá parametry, které si v předchozím provozu uložil do paměti. Během prvních cca 7 dnů provozu si zmapuje obvyklý režim spotřeby teplé vody v budově nebo bytu a následně podle něj optimalizuje četnosti a doby činnosti cirkulačního čerpadla v průběhu dne. Detekuje opakující se denní intervaly odběru, takže čerpadlo je spouštěno před těmito intervaly tak, aby v požadovaném čase byla u výtoků k dispozici teplá voda o požadované teplotě. Prahové hodnoty pro tyto prediktivní starty mohou být nastaveny uživatelem. Ale mohou být i zcela vyloučeny, pokud jsou nastaveny na maximum.
Jak často a jak dlouho bude cirkulace každý den spuštěna, závisí zcela na chování uživatele a jeho volbě. Tedy na tom, jak často během dne obvykle odebírá teplou vodu. Ale i na jeho vědomém rozhodnutí, zda bude požadovat teplou vodu například i při každém mytí rukou, nebo mu pro tento krátký interval bude stačit voda případně chladnější. Při náhodném odběru teplé vody mimo obvyklý režim je tento požadavek regulátorem CIRCON okamžitě detekován a cirkulační čerpadlo může být spuštěno. Nebo regulátor počká, vyhodnocuje odběr teplé vody a teprve až při překročení určité meze spustí cirkulační čerpadlo.
CIRCON porovnává i rozdíly mezi skutečným stavem během dne a obvyklým a když přesáhnou určitou mez, může zásadně změnit režim. Například z režimu obvyklého pracovního dne na nepravidelně se vyskytující sváteční den.
Pro kontrolu skutečné doby chodu cirkulačního čerpadla poskytuje regulátor CIRCON výstupní protokol. Pokud je regulátor konstrukčně řešen v zásuvkovém provedení, kdy se jednoduše vkládá mezi zástrčku kabelu od cirkulačního čerpadla a zásuvku na elektrické sítí, lze si statistiku prohlížet v krocích po 5 % prostřednictvím blikajícího LED displeje. Konstrukční řešení regulátoru pro upevnění na DIN lištu má datové rozhraní umožňující detailní analýzu dat, jejich ukládání i vzdálený přístup.
Provozní zkušenosti
Během vývoje regulátoru bylo jeho chování dlouhodobě sledováno a hodnoceno v široké škále instalací. Následně byl a je dále zohledňován i bezpočet uživatelských ohlasů a zkušeností získaných za 25 let, po které se regulátor vyrábí a prodává.
Prokázalo se, že průměrná denní doba chodu cirkulačního čerpadla řízeného regulátorem CIRCON v rodinných i dvougeneračních domech se pohybuje v rozmezí mezi 10 % až 20 %, což odpovídá denní době chodu 2,4 až 4,8 hodiny. Přitom je důležité doplnit, že průměrná doba chodu cirkulačního čerpadla je přibližně 5 minut. Chod čerpadla je ukončen, jakmile senzorový systém zjistí, že teplota teplé vody před cirkulačním čerpadlem dosáhla nastavenou mez.
Obr. 3 Příklad statistiky činnosti regulátoru CIRCON během jednoho dne. Tento výstup je možný jen u verze na DIN lištu.
Na obrázku 3 je ukázka výstupu z provozu během jednoho dne. Horní sytě červená křivka ukazuje průběh teploty teplé vody, jak ji zachytilo čidlo umístěné na za výstupem ze zdroje teplé vody (sytě červená). Průběh teploty vody v cirkulačním potrubí před čerpadlem, jak se vrací zpět do zdroje, je zobrazen tmavě modře. Čtyři spodní křivky zachycují provozní doby cirkulačního čerpadla. Žlutá křivka zachycuje činnost čerpadla odvozenou z běžného provozu systému. Tmavě zelená křivka zachycuje činnost čerpadla vynucenou zadáním osobních preferencí, tedy například požadavku, aby se cirkulace spustila i v případě krátkodobého mytí rukou. Světle modře jsou vyznačeny doby nečinnosti cirkulačního čerpadla a světle žlutou doby, kdy je u výtoků k dispozici teplá voda okamžitě.
Na příkladu vidíme, že při něm nebyly stanoveny pevné časy spotřeby v dopoledních hodinách, protože všechny dopolední starty čerpadla jsou vyvolány přímou poptávkou. Odpoledne je naopak více startů podle zvyklostí, což lze vysvětlit tím, že teplá voda je v tuto dobu opakovaně, více méně každý den odebírána s velkou pravděpodobností, například v důsledku domácích činností. Pokud by nebylo instalováno toto řízení cirkulace, potrubí by bylo vlivem spotřeby teplé vody po delší dobu udržováno trvale na vyšší teplotě a ztráty energie by byly vyšší.
Doba chodu čerpadla přes den je velmi krátká a denní průměrná teplota v systému teplé vody je výrazně nižší, než teplota teplé vody ze zdroje. Cílem není ohřívat celý systém teplé vody, ale jen udržovat potřebnou teplotu vody u výtokových armatur, kohoutků. Režim řízení cirkulace regulátorem CIRCON proto významně snižuje tepelné ztráty tak, že se blíží až ke ztrátám v provozu bez cirkulace.
Přirozeně existují měřitelné rozdíly v průměrné době provozu cirkulačního čerpadla mezi konkrétními případy. Rozdíly lze vysvětlit různou každodenní přítomností obyvatel, například mezi domácnostmi s lidmi odcházejícími do zaměstnání a školáky na jedné straně a domácnostmi s trvalejší přítomností doma, například pracujících v režimu home office, seniorů atp. na straně druhé.
Mnoho uživatelů uvádí, že snížení tepelných ztrát po instalaci CIRCON je zvláště patrné mimo topnou sezónu, kdy je zdroj tepla využíván pouze pro přípravu teplé vody a nikoliv i pro vytápění místností. Není pochyb o tom, že používání CIRCON vede k razantnímu snížení frekvence spouštění hořáků kotlů nebo tepelných čerpadel.
Obr. 4 Upevnění teplotních čidel na potrubí je velmi rychlé. Pozor na doporučené umístění.
Závěr
Při porovnání cirkulačního systému řízeného CIRCON s konvenčním provozem lze učinit následující závěry:
- Když oběhové čerpadlo běží nepřetržitě, celý potrubní systém teplé vody má neustále vysokou teplotu a generuje vysoké energetické ztráty. V důsledku toho musí být zdroj tepla pro ohřev vody velmi často zapínán, což má za následek i časté spouštění hořáku kotle nebo tepelného čerpadla.
- Cirkulační čerpadla s vestavěnými termostaty se vypínají pouze tehdy, když teplota vody vstupující do čerpadla z cirkulačního potrubí je vyšší než nastavená. Tím se tepelné ztráty snižují jen nepatrně, neboť celý potrubní systém včetně cirkulačního potrubí je udržován na vyšší teplotě.
- Často používané časovače, které omezují cirkulační provoz na konkrétní denní intervaly, mohou snížit energetické ztráty. Zkušenosti ukazují, že spínací časy jsou obvykle nastaveny tak, že se zvolí několik provozních intervalů v délce několika hodin denně, případně je čerpadlo spínáno v neustálém periodickém střídání provozu a pauz. Důvodem je to, že doby poptávky nelze přesně předvídat, a proto je v tomto režimu řízení cirkulace nutné doby poptávky zobecnit na delší část dne.
- Pokud není použit cirkulační systém, jsou tepelné ztráty nepochybně nejnižší. To však vede ke zvýšené spotřebě vody, neboť před odběrem teplé vody se ochlazená voda z potrubí musí nejdříve odpustit. S tím souvisí i omezení komfortu a vyšší spotřeba vody.
- S elektronickým cirkulačním regulátorem CIRCON cirkuluje teplá voda pouze tehdy, když je to potřeba. Tedy v době, kdy by se odběrem teplé vody ohřívala tak jako tak necirkulační část systému teplé vody. Tento princip snižuje potřebu ohřevu vody a tedy i ztráty tepla z cirkulačního potrubí, které pak jen mírně a málo přispívá ke ztrátě energie.
- Celková tepelná ztráta v cirkulačním systému řízeném CIRCON je o něco vyšší, než by byla v systému bez cirkulace. Je ale mnohem nižší, než u ostatních způsobů řízení cirkulace. A také znamená, že zdroje tepla se musí spouštět mnohem méně často, pracují efektivněji a tím vznikají doplňující úspory.
Společnost Brilon nabízí špičkovou techniku pro vytápění a ohřev teplé vody pro český a slovenský trh. Přehled sortimentu: tepelná čerpadla, kondenzační kotle pro rodinné a bytové domy, zásobníky TV, plastové systémy odvodů spalin, ventilační systémy ...