Ako zabezpečiť dostatok teplej vody pre obyvateľov domu alebo bytu

O tom, či inštalované zariadenie bude užívateľovi v prevádzke vyhovovať, rozhodujú dva parametre – výkon, ktorým sa studená voda zohrieva, a objem zohriatej vody v zásobníku či ohrievači. Do hry pri výbere vhodného ohrevu vstupujú aj ďalšie faktory – počet a vzdialenosť odberných miest od zdroja a závislosť alebo nezávislosť prípravy ohriatej pitnej vody (OPV) od vykurovacieho systému. Z hľadiska užívateľa je principiálne najväčší rozdiel medzi dodávkou teplej vody pomocou prietokového ohrievača alebo prostredníctvom zásobníka.

Ohriatu vodu možno získať viacerými spôsobmi. Navrhuje sa ten, ktorý vyhovuje miestnym podmienkam, druhu stavby, kritériám na spotrebu energie, ako aj želaniu stavebníka. Technické normy (napríklad STN 83 0616 – Kvalita vody v energetických zariadeniach) určujú akostné požiadavky na ohriatu pitnú vodu. Príprava ohriatej vody môže byť centrálna, skupinová alebo individuálna. Pri centrálnej sa z jedného ohrievača zásobuje ohriatou vodou celý dom, pri skupinovej jeden ohrievač zásobuje iba susediace odberné miesta. Pri individuálnej príprave je inštalovaný ohrievač bezprostredne pri každom odbernom mieste.

Dimenzovanie zariadení na ohrev vody

Všeobecne sa pri bežnej priemernej spotrebe ohriatej vody v domácnosti počíta s 50 l na osobu. Ak sa v lete voda zohrieva solárnymi kolektormi, treba počítať s objemom zásobníka približne 100 l na osobu. Potrebná veľkosť zásobníka OPV, samozrejme, závisí od reálnej spotreby vody v domácnosti. Ak je zásobník príliš veľký, zbytočne sa zohrieva priveľa vody, naopak, ak je malý, ohriatej vody je nedostatok.

Pri prietokových ohrievačoch sa potrebný výkon určuje v závislosti od požadovanej teploty vody a prietoku v litroch za jednu minútu. Ak potrebujete 5 l/min. s teplotou 37 °C, potrebný príkon sa rovná dvojnásobku množstva vody, t. j. 10 kW. Pri teplote 50 °C je to už trojnásobok, teda 15 kW.

1121919
isifa.com

Prietokový ohrev vody

V domácnostiach s menším počtom odberných miest vody alebo tam, kde je umývadlo vzdialenejšie od zásobníka teplej vody, sa využíva prietokový ohrev – voda sa ohrieva veľkým tepelným výkonom počas prietoku (vypúšťania vody z batérie). Voda sa ohrieva priebežne podľa potreby a nevytvárajú sa zásoby, preto sa tento spôsob ohrevu považuje za najefektívnejší a najhygienickejší. Navyše, odpadajú aj tepelné straty počas skladovania vody. Zväčša ide o zariadenia malých rozmerov, ktoré nezaberú veľa miesta.

Charakteristickou črtou je minimálny objem nádrže, vysoký tepelný výkon ohrievača, a teda veľmi krátky čas ohrevu potrebný na dosiahnutie prevádzkovej teploty vody. Najčastejšie ide o prietokový výmenník tepla, kde je zdroj vykurovacia voda alebo prietokový elektrický ohrievač. Prietokový ohrev sa môže riešiť aj priamo ako súčasť kotla. Medzi základné výhody určite patrí úspora v dĺžke potrubného rozvodu. Nevýhodou sú vyššie investičné náklady a vysoká spotreba energie v dôsledku vysokého výkonu potrebného na ohrev v prietoku a znížený užívateľský komfort, pretože množstvo a teplota vody sú priamo úmerné prietoku (pri väčšom počte odberných miest sa stáva, že dochádza k prudkej zmene teploty vody). Nepríjemné je aj zdĺhavé nastavovanie správnej teploty. Niektoré prietokové ohrievače majú preto na zabezpečenie stabilnej teploty pridaný malý zásobník vody. Problémy môže spôsobovať aj väčšie vyzrážanie vodného kameňa.

Zásobníkový ohrev vody

Stabilnú teplotu vody a jednorazové pokrytie aj väčšej spotreby ohriatej vody z viacerých odberných miest ponúka zásobníkový ohrev vody. Pri vypustení ohriatej vody alebo pri poklese teploty vody v zásobníku sa týmto spôsobom dokáže ohrievať voda pri malej energetickej náročnosti.

Zásobníkové ohrievače môžu byť priamo alebo nepriamo ohrevné. V prvom prípade je výhrevné teleso priamo súčasťou zásobníka. To znamená, že príprava ohriatej pitnej vody je nezávislá od vykurovania. Ohrev zabezpečuje plynový horák alebo elektrická špirála. Pri elektrických akumulačných ohrievačoch je výhodné využívať lacnejší nočný prúd. Najúspornejším riešením prípravy ohriatej vody je v súčasnosti ohrev plynovým ohrievačom, ktorý vytlačil aj „zelený“ solárny ohrev vzhľadom na vyššie obstarávacie náklady solárnych zariadení.

Nepriamo ohrevné zásobníky sa napájajú na vykurovacie teleso. Počas vykurovacej sezóny je táto možnosť zmysluplná a zvyčajne aj úsporná, ale používať kotol v lete len na prípravu OPV je neefektívne – kotol sa často zapína a vypína, čím sa rýchlejšie opotrebúva. Z praktického hľadiska sa preto používajú tzv. bivalentné zásobníky, ktoré umožňujú ohrievať vodu dvoma spôsobmi. Najčastejšie ide o kombináciu ohrevu pomocou vykurovacieho kotla a pomocou elektrickej špirály. Bivalentný, prípadne aj trivalentný zásobník je neodmysliteľný aj pri využívaní alternatívnych zdrojov energie.

Dôležitým parametrom zásobníka je prestup tepla zo zásobníka v pohotovostnom režime – množstvo energie, ktoré sa stráca za 24 hodín vplyvom tepelných strát, ak je celý objem zásobníka ohriaty na požadovanú teplotu a voda sa z neho počas tohto obdobia neodoberá. Čím je táto hodnota nižšia, tým je zásobník kvalitnejší.

Stacionárny liatinový kotol na tuhé palivá (uhlie a drevo)
Protherm

K najmodernejším a technologicky najvyspelejším zariadeniam na prípravu teplej vody patria vrstvené zásobníky. Od klasických zásobníkových ohrievačov sa líšia tým, že teplá voda sa v nich ukladá postupne zhora nadol, bez premiešavania jednotlivých vrstiev. Vďaka tomu dokážu pripraviť dostatočné množstvo teplej vody veľmi rýchlo po zapnutí spotrebiča a aj keď sa celá zásoba minie, spotrebič dodáva teplú vodu pripravenú prietokovým ohrevom aj naďalej. Vrstvené zásobníky v sebe spájajú výhody prietokového ohrevu a zásobníkov OPV a navyše, zohľadňujú spôsob fungovania kondenzačných kotlov tak, že umožňujú kotlu fungovať v úspornom – kondenzačnom režime aj počas prípravy ohriatej vody.

Akumulačné ohrievače sú v porovnaní s prietokovými menej investične náročné. Navyše, ponúkajú možnosť kombinácie s obnoviteľnými zdrojmi energie, či už so slnečnými kolektormi, alebo tepelnými čerpadlami. Zaujímavým prvkom je centrálna regulácia výstupnej teploty. K nevýhodám zasobníkových ohrievačov patria vyššie tepelné straty, najmä pri dlhých rozvodoch alebo vtedy, ak sú ohrievače umiestnené v chladných miestnostiach, ale aj väčšie nároky na priestor a spôsob inštalácie. Treba ešte pripomenúť, že pri nastavení ohrevu vody nad 55 °C sa vytvára vodný kameň, ktorý neskôr spôsobuje spomalenie ohrevu, a tým aj zvýšenie spotreby energie a poškodenie telesa.

Zmiešané spôsoby ohrevu

Zásobníkový ohrev sa postupne nahrádza zmiešaným ohrevom. Ide o kombináciu prietokového a zásobníkového systému alebo prietokový ohrev s jedným či s viacerými vykurovacími zdrojmi. Charakteristickou črtou prípravy ohriatej vody zmiešaným spôsobom je menší objem zásobnej nádrže, vysoký tepelný výkon ohrievača, a tým aj omnoho kratší čas ohrevu potrebný na dosiahnutie prevádzkovej teploty vody (napríklad zásobníkový ohrievač s externým výmenníkom tepla, so zdrojom tepla z vykurovacej vody a so zásobníkom).

Využiť sa dá aj zmiešaný odber vody s plynovým zásobníkom s priamym ohrevom vody, zásobník s plynovým kotlom s nepriamym ohrevom vody alebo malý elektrický zásobník so zvýšeným výkonom ohrievanej vložky.

Ohrev pitnej vody môže byť podľa počtu primárnych zdrojov energie riešený ako jednoduchý alebo kombinovaný. Jednoduchý sa používa tam, kde je zabezpečená nepretržitá dodávka energie. Kombinovaný zasa vtedy, ak chcete využívať viac druhov energie, napríklad plyn a elektrinu, pevné palivá a elektrinu, pevné palivá a solárnu energiu, solárnu energiu a plyn a podobne.

Centrálna príprava ohriatej vody

Ak je vykurovanie riešené formou centrálnej dodávky tepla, napríklad z miestnej teplárne, môže sa ohriata pitná voda pripravovať v sústave centrálneho zásobovania teplom (SCZT). Takáto sústava môže byť riešená ako prietokový alebo zásobníkový ohrievač alebo ako kombinácia týchto systémov. Súčasťou zariadenia môžu byť zásobníkové nádrže na dočasnú akumuláciu ohriatej vody. Sústava centrálneho zásobovania teplom s prípravou ohriatej pitnej vody sa využíva najmä na zásobovanie väčšieho počtu odberateľov. Musí mať cirkulačné potrubie, v ktorom neustále cirkuluje ohriata voda. Straty spôsobené cirkuláciou ohriatej vody sú tým vyššie, čím je nižšia spotreba ohriatej vody. To je jedna z hlavných nevýhod takéhoto spôsobu prípravy a dodávky ohriatej vody. Potrubia na rozvod ohriatej pitnej vody musia byť kvalitne zaizolované.

Hoci slnečné kolektory nedokážu pokryť celoročné nároky na prípravu teplej vody na 100 %, v kombinácii s inými obnoviteľnými zdrojmi (napríklad s drevom, štiepkami alebo peletami spaľovanými v kotloch na biomasu) sú schopné pokryť takúto potrebu počas roka bez nárokov na fosílne palivá.
Vaillant

Alternatívne riešenia

V snahe po úspornej príprave teplej úžitkovej vody sa zvyšuje požiadavka na použitie alternatívnych zdrojov energie, a to najmä solárnych systémov a tepelných čerpadiel. Tým vzrastá potreba kvalitnej akumulácie získanej energie.

Príprava ohriatej vody kolektormi

V súčasnosti sa ohrev pitnej vody dá riešiť aj formou využitia solárneho tepla. Pomocou slnečných kolektorov si môže pripravovať teplú vodu každý sám, čím sa v podstate stane nezávislým od dodávok, a najmä cien teplárenských podnikov. Aj v takých oblastiach, ako sú na severe Európy, sú kolektory schopné pokryť energetické nároky na ohriatu vodu na 50 až 70 %. Väčšie pokrytie možno získať využitím tzv. sezónneho skladovania ohriatej vody. V južnej Európe sú kolektory schopné pokryť 70 až 90 % energetických potrieb na ohrev vody. Hoci slnečná energia nedokáže úplne pokryť celoročné nároky na prípravu teplej vody, kolektory v kombinácii s inými obnoviteľnými zdrojmi, napríklad s drevom, štiepkami alebo peletami spaľovanými v kotloch na biomasu, sú schopné pokryť takúto potrebu počas roka bez nárokov na fosílne palivá. Trh ponúka kompletné zostavy na ohrev pitnej vody.
Kolektory zabezpečujú priamy ohrev pracovnej látky v čase dostatočného slnečného žiarenia, tá potom odovzdá získané teplo prostredníctvom solárneho výmenníka vode, ktorá sa skladuje v bojleri, respektíve v zásobníku (preto by mali mať dostatočný objem, aby nedošlo k nedostatku teplej vody počas zamračených dní). Väčšina solárnych bojlerov obsahuje aj výmenník na dohriatie vody z kotla ústredného kúrenia.
Pri zvažovaní výberu druhu kolektorov si môžete vybrať kvapalinové kolektory štandardné alebo vákuové. Vďaka svojmu konštrukčnému riešeniu dosahujú vákuové lepšie tepelné zisky, a teda aj vyššiu účinnosť, sú však oproti klasickým drahšie. Doba návratnosti investície do solárneho systému je do značnej miery závislá od správneho navrhnutia a montáže. Vo všeobecnosti platí, že čím je potreba ohriatej vody v domácnosti väčšia a časovo vyrovnanejšia, tým je čas návratnosti kratší. Takisto sa treba vyvarovať predimenzovania systému a chýb vzniknutých pri montáži (tienenie kolektorov, zlé uchytenie na strechu, pokrytie snehom v zime, nekvalitné konštrukčné a izolačné materiály atď.). Preto sa odporúča zveriť montáž do rúk odborníkom.
Kvalitný solárny systém sa skladá zo solárnych kolektorov, zásobníkov na ohrev pitnej vody a z dopravných staníc na prenos solárnej energie. Ďalej musí obsahovať prvky na inštaláciu a montáž a kvalitnú regulačnú i riadiacu techniku. Solárne zariadenia sa dajú pripojiť k ľubovoľnému zdroju teplej vody – k elektrickému, plynovému, olejovému kotlu alebo aj ku kotlu na pevné palivo.
Medzi najjednoduchšie solárne systémy určite patrí zariadenie na ohrev vody samotiažou, čiže gravitačný systém, ktorý nepotrebuje čerpadlá ani reguláciu – voda sa ohrieva priamo v kolektore a putuje hore, do hornej časti izolovanej nádrže. Tým vytlačí studenú vodu zo spodnej časti nádrže späť do kolektora. Za slnečného počasia ohreje tento systém 50 litrov vody na 70 °C za 3 až 4 hodiny. Hodí sa na sezónne zásobovanie ohriatou vodou alebo ako predhrev pri klasických spôsoboch ohrevu.
Dôležitou súčasťou systému musí byť kvalitný zásobník teplej úžitkovej vody. Voľba typu zásobníka závisí od spôsobu použitia, či ide o ohrev teplej vody, podporu vykurovania, alebo ohrev vody v bazéne, ako aj od veľkosti jeho objemu vzhľadom na počet inštalovaných kolektorov. Výrobcovia ponúkajú veľa druhov solárnych zásobníkových ohrievačov – od bivalentných cez termosifónové a akumulačné až po kombinované, ktoré sa dajú použiť nielen na prípravu teplej vody, ale aj na podporu vykurovania. Bivalentné zásobníky premiešavajú pri ohreve pitnej vody solárnym výmenníkom celý objem vody. Pri termosifónovom zásobníku solárny výmenník ohrieva iba relatívne malé množstvo vody skoro až na teplotu solárneho výstupu.
Pri kvalitnom solárnom systéme je veľmi dôležitá aj solárna stanica, ktorá združuje regulačné a poistné vybavenie solárneho okruhu.

Kachľové pece a kozuby s teplovodným výmenníkom

Aj kachľové pece alebo kozuby sa dajú využiť na prípravu ohriatej pitnej vody. Kachľová pec alebo kozub s teplovodným výmenníkom sa umiestňujú v obývacom priestore a odtiaľ sa rieši zásobovanie teplou úžitkovou vodou.

Aj kachľové pece alebo kozuby sa dajú využiť na prípravu ohriatej pitnej vody. Kachľová pec alebo kozub s teplovodným výmenníkom sa umiestňujú v obývacom priestore a odtiaľ sa rieši zásobovanie teplou úžitkovou vodou.
isifa.com

Tepelné čerpadlá a príprava ohriatej vody

Na prípravu ohriatej vody sa dajú použiť aj tepelné čerpadlá v kombinácií s akumulačnými zásobníkmi, ktoré sú vybavené elektrickými priamovykurovacími tyčami (ich úlohou je dohrievať vodu na požadovanú teplotu alebo, ak by nastala porucha tepelného čerpadla, mali by zabezpečiť požadovaný ohrev vody). Výstupné teploty z tepelného čerpadla sú limitované a v sústave prenosu tepla z chladiva do zásobníka teplej úžitkovej vody sú potrebné dva výmenníky tepla. Jeden v tepelnom čerpadle a druhý v zásobníku vody. To má za následok zníženie účinnosti a vzhľadom na nižšie teploty nutnosť použiť zásobník s väčším objemom ohriatej pitnej vody. Aj teplosmenná plocha rúrkového výmenníka v zásobníku OPV musí byť pre malé teplotné spády značne väčšia ako pri štandardných aplikáciách. Z toho vyplýva, že celková investícia do prípravy OPV pomocou tepelného čerpadla a bivalentného bojlera môže byť pomerne finančne náročná. Vhodnejším riešením ohrevu vody je bojler s integrovaným tepelným čerpadlom, ktorý svojou konštrukciu dokáže eliminovať uvedené nedostatky. Zabezpečuje vyšší komfort prevádzky, vyššiu účinnosť a investícia je nižšia ako pri ohreve vody pomocou bivalentného zásobníka.