Zkoušení tepelné ztráty zásobníku
© Fotolia.com
Příspěvek se zabývá experimentálním určením tepelné ztráty zásobníků (zásobníků teplé vody, ohřívačů, zásobníků tepla). Ukazuje, jak se může tepelná ztráta samotného zásobníku stanovená správným postupem v souladu s normou lišit od ztráty zásobníku zapojeného do tepelné soustavy.
Úvod
Obr. 1 – Hranice energetických tříd tepelné ztráty zásobníků teplé vody
Tepelná ztráta je v současné době jediným parametrem udávaným na energetickém štítku zásobníku tepla či nepřímo ohřívaném zásobníku teplé vody a jedním z parametrů udávaných u ohřívačů vody. Tepelná ztráta ovlivňuje účinnost akumulace tepla a tím energetickou náročnost tepelné soustavy. Pro výpočty provozní tepelné ztráty za různých podmínek je potřeba znát hodnotu celkové měrné tepelné ztráty (U∙A)loss [W/K] zásobníku, případně rozdělené do dílčích hodnot (víko, dno, stěna). Teoretické stanovení měrné tepelné ztráty výpočtem přináší řadu praktických problémů, především obtížné zahrnutí nerovnoměrnosti tepelné izolace, nepřesnost stanovení skutečného vztažného rozměru a tedy vztažných povrchů pláště, zohlednění tepelných mostů v izolaci, včetně připojovacích nátrubků, apod. Upřednostňuje se proto experimentální stanovení pohotovostní tepelné ztráty Φloss ve W při definovaném teplotním rozdílu mezi kapalinou v zásobníku a okolím podle normového postupu. Pohotovostní tepelná ztráta stanovená experimentální zkouškou v laboratoři slouží pro klasifikaci zásobníků tepla do energetických tříd pro účely štítkování [1], viz obr. 1. Pokud orgán členského státu, který provádí dohled na trhem, prokáže akreditovanou zkouškou, že tepelná ztráta konkrétního modelu zásobníku je o více než 5 % vyšší, než dodavatel deklaruje na štítku, nahlásí tuto informaci Komisi. Model zásobníku je prohlášen za nevyhovující uvedenému Nařízení a je nutné jej stáhnout z trhu.
Princip zkoušky
![Obr. 2 – Umístění zásobníku při zkoušce tepelné ztráty [2]](/docu/clanky/0161/016177o3.png)
Obr. 2 – Umístění zásobníku při zkoušce tepelné ztráty [2]
Normových postupů pro stanovení tepelných ztrát různých druhů zásobníků tepla a ohřívačů vody je celá řada [2–6], mají však v podstatě společnou metodu zkoušení. Zásobník se v nejnižším možném bodě vybaví elektrickým topným prvkem. Nad topným prvkem musí být minimálně 85 % objemu zásobníku. Zásobník se umístí v laboratoři 50 mm nad podlahou a min. 250 mm od svislých konstrukcí za zásobníkem a 700 mm od ostatních svislých konstrukcí (viz obr. 2).
V zásobníku se udržuje teplota T4 okolo hodnoty 65 °C ± 3 K elektronickou regulací přívodu elektrické energie do topného prvku (s hysterezí ±1 K). Tato energie se měří elektroměrem nebo wattmetrem s nejistotou menší než 0,01 kWh. V okolí zásobníku se udržuje teplota vzduchu okolo 20 °C ± 3 K. Kromě spotřeby elektrické energie topným elementem se měří teplota v horní části zásobníku a teplota vzduchu v okolí pláště. Po stabilizaci teploty v zásobníku začne měřicí cyklus, který trvá tak dlouho, dokud se denní spotřeba elektrické energie neliší o více než 3 %. Pokud toho není možné dosáhnout, test probíhá alespoň 168 h a pro vyhodnocení se vezmou hodnoty za poslední 3 dny.
Z průměrné denní spotřeby elektrické energie Q24 [kWh/den] pro krytí tepelných ztrát a průměrného rozdílu teplot v měřicím cyklu lze stanovit měrnou tepelnou ztrátu (U‧A)loss [W/K] podle vztahu
(1)
kde je
- taku,m
- průměrná teplota v zásobníku během testu;
- tok,m
- průměrná teplota okolí během testu.
Měrná tepelná ztráta je komplexním parametrem charakterizujícím tepelnou ztrátu zásobníku a lze z ní určit ztráty tepla zásobníku při skutečných provozních podmínkách i jmenovitou tepelnou ztrátu pro štítek násobením „jmenovitým“ teplotním rozdílem 45 K.
Měření ztráty na konkrétním zásobníku
V případě hodnocení reálného zapojení zásobníku do tepelné soustavy je výsledek zkoušky vždy poněkud idealizovaný. Pro účely zkoušky jsou zpravidla všechny nepoužité nátrubky a jímky pro čidla zásobníku kvalitně zaizolovány, aby výsledek nebyl zhoršen vlivem tepelných mostů. To však v praxi není reálné, neboť k tepelné soustavě i rozvodu studené a teplé vody je zásobník připojen potrubím (více či méně izolovaným) a uzavíracími armaturami (v praxi v podstatě bez izolace). Tyto tepelné mosty napojení zásobníku mohou představovat významnou část tepelné ztráty vlivem přirozené konvekce mezi objemem zásobníku a ochlazovanými neizolovanými plochami v potrubí mimo zásobník. Některé konstrukce zásobníku takové tepelné ztrátě čelí vnitřním uspořádáním nátrubků zabraňujícím přirozené konvekci, případně je může omezit instalatér vhodným vedením potrubí (vytvoření U-smyčky pro omezení konvekce).
Obr. 3 – Zásobník tepla při zkoušce (samotný, s napojenými trubkami)V rámci testování zásobníku o objemu 390 l byla proto tepelná ztráta zásobníku Φloss [W] a z ní odvozená měrná tepelná ztráta (U‧A)loss [W/K] stanovena experimentálně ve dvou variantách: a) pro samostatný zásobník (všechny nátrubky zaizolovány, viz Obr. 3 vlevo), b) pro zásobník se 7 napojenými vodorovnými trubkami Cu22x1, opatřenými tepelnou izolací tl. 19 mm, každá o délce 1 m s neizolovaným kulovým kohoutem (viz Obr. 3 vpravo). Trubky jsou napojeny na všechny nátrubky, kterými je možné zásobník napojit na tepelnou soustavu (vytápění, příprava teplé vody). Druhá varianta tak vyjadřuje reálnou tepelnou ztrátu zásobníku v provozu. Výsledky zkoušek jsou porovnány v tab. 1. Rozdíl v tepelné ztrátě mezi samostatným zásobníkem a s napojenými trubkami je celkem 22 W, což činí cca 20% rozdíl.
| Varianta | (U‧A)loss [W/K] |
|---|---|
| Samostatný zásobník | 2,5 |
| Zásobník s napojenými trubkami | 3,0 |
Závěr
Zkoušení tepelné ztráty v souladu s normou slouží nejen pro určení kategorie v rámci štítku zásobníku, ale i pro hodnocení provozní tepelné ztráty při jiných teplotních podmínkách než při zkoušce s využitím měrné ztráty. Oproti normovému zkoušení, zkouška s napojenými (tepelně izolovanými) trubkami navíc poskytuje informaci o realistické energetické náročnosti zásobníku.
Poděkování
Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605.
Odkazy
- Nařízení Komise 812/2013 o uvádění spotřeby energie na energetických štítcích ohřívačů vody, zásobníků teplé vody a souprav sestávajících z ohřívače vody a solárního zařízení, Brusel, 2013.
- ČSN EN 12897 – Zásobování vodou – Nepřímo ohřívané uzavřené zásobníkové ohřívače vody, ÚNMZ 2017.
- ČSN EN 60379:2004 Metody měření funkce elektrických akumulačních ohřívačů vody pro domácnost a podobné účely, ÚNMZ 2004
- ČSN EN 15332 Kotle pro ústřední vytápění – Stanovení energetické náročnosti zásobníků na teplou vodu, ÚNMZ 2007.
- EN 12977-3 Tepelné solární soustavy a součásti – Soustavy stavěné na zakázku – Část 3: Metody zkoušení parametrů solárních zásobníků pro ohřev vody, ÚNMZ 2012.
- ČSN EN 12977-4 – Tepelné solární soustavy a součásti – Soustavy stavěné na zakázku – Část 4: Metody zkoušení parametrů solárních kombinovaných zásobníků, ÚNMZ 2012.
The paper deals with the experimental determination of heat losses of reservoirs (hot water storage tanks, heaters, heat reservoirs). It shows how the thermal loss of the tank itself, determined by the correct procedure in accordance with the standard, can be different from the loss of the reservoir connected to the thermal system.