Potreba energie na teplú vodu v rodinnom dome bez cirkulácie teplej vody

V príspevku sa zaoberám výpočtom potreby energie na prípravu teplej vody v rodinnom dome, v ktorom nie je zabezpečené udržanie konštantnej teploty teplej vody v distribučnom systéme (napr. cirkuláciou). Taktiež chcem poukázať na efektívnosť využitia spotrebovanej energie na prípravu teplej vody v rodinnom dome. Problematiku demonštrujem na zadanom rodinnom dome, kde je potreba energie na teplú vodu vypočítaná podľa EN 15316-3-1 [3], EN 15316-3-2 [4], EN 15316-3-3 [5], a vyhlášky [2].

1. CHARAKTERISTIKA RODINNÉHO DOMU

V príklade uvažujem so samostatne stojacim rodinným domom. Zadané a vypočítané údaje:

• Zastavaná plocha rodinného domu je 150 m².
• Celková úžitková plocha rodinného domu je 250 m².
• Teplá voda je pripravovaná v 150 litrovom zásobníkovom ohrievači vody, ktorý je ohrievaný plynovým kotlom ústredného vykurovania.
• Teplota studenej vody vstupujúcej do ohrievača vody je 10°C.
• Teplota teplej vody vystupujúcej z ohrievača vody je 55°C.
• Teplota okolia distribučného rozvodu teplej vody je 20°C.
• Distribučný rozvod teplej vody je prevedený z oceľových závitových pozinkovaných rúr:
  • DN 15 mm, dĺžka L₁₅ = 10 m
  • DN 20 mm, dĺžka L₂₀ = 24 m
• Rúry DN 15 sú obalené tepelnou izoláciou rúry hrúbky 20 mm.
• Rúry DN 20 sú obalené tepelnou izoláciou rúry hrúbky 25 mm.
• Súčiniteľ tepelnej vodivosti izolácie λ = 0,04 W/(m.K).
• Špecifická hmotnosť vody je ρ_tv = 1000 kg/m³.
• Špecifická tepelná kapacita vody je c_tv = 4,186 kJ/(kg.K).
• Objem vody v rúrach je V_tv,dis = 0,011 m³.
• Predpokladaný počet odberov TV v priebehu dňa je n_tv = 6 -/deň.
• Priemerná teplota vykurovacej vody je uvažovaná Θ_uk,dis = 70 °C.
• Lineárny súčiniteľ prechodu tepla úseku rúry vykurovacej vody DN 20 mm + tepelná izolácia hrúbky 50mm je U_dis,uk = 0,159 W/(m.K).
• Dĺžka úseku rúry vykurovacej vody DN 20 mm je L_dis,uk = 1 m.
• Predpokladaná denná doba používania rozvodov vykurovania je t_uk = 24 h/deň.

2. CELKOVÁ ENERGIA DODANÁ TEPLEJ VODE

Celková energia dodaná teplej vode pozostáva z nasledovných častí:

2.1 Energia dodaná teplej vode - spotrebovaná v odbernom mieste,
2.2 Energia spotrebovaná na prevádzku distribučného systému,
2.3 Tepelná strata zásobníka teplej vody,
2.4 Tepelná strata z vykurovacích rúr od zdroja ku zásobníku TV.

2.1 ENERGIA DODANÁ TEPLEJ VODE

Energiu dodanú teplej vode som počítal podľa EN 15316-3-1 - Vykurovacie systémy v budovách [3]. Spomenutá norma umožňuje previesť výpočet dvoma spôsobmi a to podľa podlahovej plochy a podľa požadovaného množstva vody. V príspevku uvažujem s výpočtom podľa požadovaného množstva vody.

Energia dodaná teplej vode pre rodinný dom podľa požadovaného množstva vody sa vypočíta podľa vzorca (1).

Množstvo dodanej teplej vody je potrebné vypočítať podľa [3]. Po dosadení do vzorca (1) je energia dodaná teplej vode pre rodinný dom podľa požadovaného množstva vody 6,69 kWh/deň.

2.2 ENERGIA SPOTREBOVANÁ NA PREVÁDZKU DISTRIBUČNÉHO SYSTÉMU

Spotrebu energie na prevádzku distribučného systému som vypočítal podľa technickej normy EN 15316-3-2 - Vykurovacie systémy v budovách (Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody, distribúcia) [4]. Teplá voda je pripravovaná ústredne v zásobníkovom ohrievači vody situovanom v kotolni rodinného domu. Voda je dopravovaná k odberným miestam distribučným systémom vedeným v podlahe prízemia a v priečkach. Systém teplej vody podľa EN 15316-3-2 je možné charakterizovať ako systém s jednou zónou a jedným systémom.

Vo výpočte uvažujem s distribučným systémom bez zabezpečenia konštantnej teploty teplej vody.

2.2.1 Spotreba energie na prevádzku distribučného systému bez zabezpečenia konštantnej teploty teplej vody

Spotrebu energie na prevádzku distribučného systému som počítal podľa počtu vypúšťania teplej vody. Teplá voda je pripravovaná v 150 litrovom zásobníkovom ohrievači vody a izolovaným rozvodným potrubím teplej vody je dopravovaná do jednotlivých odberných miest. Výpočet je vykonaný podľa vzorca (2).

Po dosadení do vzorca (2) je spotreba energie na prevádzku distribučného systému bez zabezpečenia konštantnej teploty teplej vody 2,69 kWh/deň.

2.3 TEPELNÁ STRATA ZÁSOBNÍKA TEPLEJ VODY

Tepelnú stratu zásobníka teplej vody som vypočítal podľa EN 15316-3-3 [5]. Pri výpočte som uvažoval s priemernou teplotou vody v zásobníku 55°C, priemernou teplotou okolia zásobníka 20 °C. Pohotovostná tepelná strata zásobníka je 6,48 MJ/deň. Bola zistená z projektového podkladu konkrétneho zásobníkového ohrievača vody (objem 150 litrov) pre rozdiel priemerných testovacích teplôt v pohotovostnom režime 45 °C.

Tepelná strata zásobníka teplej vody je 5,04 MJ/deň, t.j. 1,4 kWh/deň.

2.4 TEPELNÉ STRATY Z RÚR OD ZDROJA KU ZÁSOBNÍKU TV

Tepelné straty z vykurovacích rúr vedených od zdroja ku zásobníku teplej vody sú 0,19 kWh/deň.

2.5 CELKOVÁ ENERGIA DODANÁ TEPLEJ VODE

Celková energia dodaná teplej vode je súčtom všetkých potrieb energie, ktoré už boli vypočítané (3).

Po dosadení jednotlivých výsledkov do vzorca (3) je potreba energie pre zdroj 10,97 kWh/deň. Na obrázku 1 je znázornené percentuálne rozdelenie množstva energie potrebnej na prípravu teplej vody pri prevádzke distribučného systému bez zabezpečenia konštantnej teploty teplej vody.

Obr. 1: Percentuálne rozdelenie množstva energie potrebnej na prípravu teplej vody pri
prevádzke distribučného systému bez zabezpečenia konštantnej teploty teplej vody.

3. ZÁVER

Vyhodnotený systém teplej vody v rodinnom dome je možné podľa vyhlášky 625/2006 [2] zatriediť do energetickej triedy B, ktorej rozsah je 12 až 24 kWh/(rok.m²)).

Avšak je nutné zdôrazniť, že podľa tej istej vyhlášky [2] je nutné distribučnú sústavu novej budovy, alebo významne obnovenej budovy pri výmene systému prípravy teplej vody navrhnúť tak, aby:

1. výpočtová teplota TV s možnosťou termickej dezinfekcie bola 60 °C,
2. výpočtová teplota TV bez možnosti termickej dezinfekcie bola 70 °C,
3. maximálny rozdiel teploty TV medzi výstupným a vratným otvorom zásobníka bol najviac 5 K,
4. z výtoku TV vytekala do 30 sekúnd voda s výpočtovou teplotou od otvorenia,
5. tepelná strata potrubia neprekročila hodnotu 8 W/m.K.
6. tepelná strata zásobníkov a zásobných nádrží nepresiahla hodnoty podľa technickej normy STN EN ISO 12241 - Tepelná izolácia technických zariadení budov a priemyselných prevádzok. Výpočtové pravidlá.

Aj keď niektoré podmienky pri uvedenom distribučnom systéme teplej vody bez cirkulácie je možné splniť, nie je možné splniť podmienku, aby teplá voda vytekala do 30 sekúnd s výpočtovou teplotou, nakoľko dĺžka rozvodu teplej vody je 24 metrov.

Podľa zaradenia do energetickej triedy v počítanom rodinnom dome ide teda o uspokojivú prípravu a distribúciu teplej vody. Je však dôležité aj zistenie, koľko percent z celkovej spotrebovanej energie bude využitej na priamu spotrebu. Je potrebné zistiť možnosti zníženia spotreby energie nevyužitej na priamu spotrebu.

Príspevok slúži pre širšiu odbornú verejnosť aj ako predbežná informácia na možný výpočet celkovej energie dodanej teplej vode v rodinných domoch. Uvedené technické údaje a postup výpočtu sú informatívne a nemôžu byť priamo aplikované pri konkrétnych výpočtoch v praxi.

Príspevok je súčasťou riešenia projektov VEGA 1/3234/06 a NATO - ESP.NUKR.CLG 982978.

Literatúra

[1] Zákon 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov
[2] Vyhláška č. 625/2006 Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky z 22. novembra 2006 sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
[3] EN 15316-3 -1 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému).
[4] EN 15316-3-2 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody, distribúcia.
[5] EN 15316-3-3 - Vykurovacie systémy v budovách. Systémy teplej vody. Výroba.