Zdôvodnenie návrhu distribučnej siete teplej vody bez alebo s cirkulačným čerpadlom

Distribučný systém TV s cirkuláciou

Ústredná príprava TV sa uskutočňuje v zásobníkoch, alebo prostredníctvom výmenníkov. Distribučná sieť pozostáva z rozvodného a cirkulačného potrubia. Cirkuláciu TV zabezpečuje čerpadlo. Aby sa zabezpečila spoľahlivá prevádzka a najmä požiadavka, že do 30 sekúnd musí byť na výtokoch voda o teplote 50 °C, treba na pätách stúpacích potrubí cirkulácie inštalovať regulačné ventily [3]. Tepelné straty vznikajú v zásobníkoch a v distribučnej sieti. Kvalitne izolované potrubie nesmie mař stratový tepelný tok väčší ako 10 W/m.

Distribučný systém TV bez cirkulácie

Tento systém má len rozvodné potrubie bez cirkulačného potrubia. Dĺžka distribučného systému bez cirkulácie je limitovaná dennými tepelnými stratami, ktoré pri určitej dĺžke neprekročia straty distribučného systému s cirkuláciou, vrátane vlastnej energie cirkulačného čerpadla. Denné tepelné straty možno vypočítať viacerými ďalej uvedenými spôsobmi.

Výpočet tepelných strát potrubia na základe jeho dĺžky a počtu odberov za deň

Táto metóda berie do úvahy tepelné straty z potrubí a tepelné straty z objemu vody v potrubí. Je nutné poznať priemer a dĺžku potrubia pre každý jeden úsek distribučného systému teplej vody.

Možno ju aplikovať iba pre distribučné potrubia teplej vody, ktoré nie sú súčasťou cirkulačného okruhu.

Pre každý úsek potrubia i sa maximálne tepelné straty vypočítajú nasledovne:

kde:

ρ_w je objemová hmotnosť vody [kg/m³];
c_w je merná tepelná kapacita vody [kJ/kg.K];
V_W,dis,i je objem vody v úseku potrubia i [m³];
C_p je merná tepelná kapacita materiálu potrubia [kJ/kg.K];
m_p,dis,i je hmotnosť materiálu úseku potrubia i [kg];
θ_W,dis,nom,i je nominálna teplota teplej vody v úseku potrubia i [°C];
θ_amb,i je priemerná okolitá teplota úseku i [°C];
n_tap počet odberov za deň za použitia úseku potrubia i.

Výpočet tepelných strát potrubia na základe dĺžky potrubia a efektívnosti distribúcie

Metóda je aplikovateľná iba pre obytné budovy a je založená na odhadoch podielu tepelnej energie v miestach odberu pre rôzne dĺžky potrubia. Odlišnosť je medzi dodávkami do kuchýň a do kúpeľní.

Na začiatku je nevyhnutné určiť dĺžku prívodných potrubí zo zásobníka teplej vody alebo od cirkulačného okruhu do kuchyne a do kúpeľne: L_kuchyňa a L_kúpeľňa.

Podiel tepelnej energie na úrovni odberného miesta sa označuje jednotlivo pre kuchyňu η_{potrubie,kuchyňa} a pre kúpeľňu η_{potrubie,kúpeľňa}.

Hodnoty pre tieto veličiny možno získať z tab. 1.

Kombinovanú efektívnosť rozvodných potrubí teplej vody vypočítame ako:

kde:

f_kuchyňa je časť potreby teplej vody v kuchyni;
f_kúpeľňa je časť potreby teplej vody v kúpeľni.

Východzie hodnoty pre f_kuchyňa a f_kúpeľňa sú:

f_kuchyňa = 0,2 a f_kúpeľňa = 0,8.

Celková tepelná strata zo zásobujúcich potrubí teplej vody sa vypočíta ako:

kde:

Q_W,dis,ls,ind je tepelná strata pripájacích potrubí [MJ/d];
Q_W je potreba energie na ohrev teplej vody [MJ/d].

Tabuľka 1: Podiel tepelnej energie vo výtokových jednotkách
kde d_int je vnútorný priemer potrubia.

Výpočet tepelných strát z potrubia na základe dĺžky potrubia a programov odberu teplej vody

Táto metóda je založená na odhade tepelných strát vyjadrených ako podiel potreby energie na ohrev teplej vody v miestach odberu. K výpočtu sú potrebné údaje o potrebe energie na ohrev teplej vody. Ak sa uvažuje s tepelnými stratami z odberných miest, potom by sa tieto mali pripočítať k potrebe energie na ohrev teplej vody.

Potreba energie na ohrev teplej vody vychádza z európskych odberových programov teplej vody. I keď nie sú identické s potrebami energie na ohrev teplej vody pre všetky potenciálne budovy a typy, možno ich považovať za reprezentatívnu vzorku tak malých ako aj veľkých odberov teplej vody pre rôzne celkové požiadavky na energiu.

Tepelná strata Q_W,dis,ls,ind je vyjadrená ako:

kde:

α_W,dis je faktor energetickej straty ako podiel potreby energie na ohrev teplej vody; Q_W je potreba energie na ohrev teplej vody (viď EN 15316-3-1) [MJ/d].

Požadujú sa tri hodnoty α_W,dis založené na troch odberových programoch teplej vody:

α_W,dis1 je faktor energetickej straty pre odberový program teplej vody 1, s Q_W1 rovnajúcej sa hodnote 8,352 MJ/d (2,320 kWh/d);
α_W,dis2 je faktor energetickej straty pre odberový program teplej vody 2, s Q_W2 rovnajúcej sa hodnote 24,220 MJ/d (6,728 kWh/d);
α_W,dis3 je faktor energetickej straty pre odberový program teplej vody 3, s Q_W3 rovnajúcej sa hodnote 41,760 MJ/d (11,600 kWh/d).

a

Faktory energetickej straty sa určia nasledovne:

kde:

L_W,dis,hs,avg je priemerná dĺžka distribučného potrubia v rámci vykurovaného priestoru;
L_{W,dis,nhs,avg} je priemerná dĺžka distribučného potrubia v nevykurovanom priestore (ak je to vhodné).

Pre špecifickú úroveň potreby energie na ohrev teplej vody Q_W je možné určiť faktor energetickej straty pomocou interpolácie nasledovne:

Pre väčšie energetické požiadavky na teplú vodu boli vyvinuté dva vyššie európske odberové cykly. Tieto môžu byť použité, ak skutočná potreba energie na ohrev teplej vody je vyššia ako Q_W3, čo sa v prípade SR vyskytuje len výnimočne.

Záver

Distribučná sieť teplej vody bez cirkulačného čerpadla sa odporúča pre menšie objekty, napríklad pre rodinné domy. Hraničná dĺžka potrubia bez cirkulácie, vypočítaná troma uvedenými spôsobmi vedie k týmto záverom [6]:

1. efektívny energetický režim možno dosiahnuť pri dĺžke distribučného potrubia do vzdialenosti 10 metrov, pričom v bytových domoch kuchynský drez by mal byť vzdialený menej ako 2 metre od výroby teplej vody,
2. akceptovateľný energetický režim možno zabezpečiť pri dĺžke rozvodov teplej vody do dĺžky 14 metrov, ale vzdialenosť kuchynského drezu od zásobníka by nemala prekročiť 3 metre.

Literatúra

[1] Tomašovič, P. a kol.: Zvuková a tepelná ochrana v budovách. STU Bratislava, 2006. ISBN 80 - 227 - 2394 - 0.
[2] Peráčková, J., Kuniková, Z.: Analýza návrhu hrúbky tepelnej izolácie podľa európskych noriem a predpisov. TZB Haustechnik 4/2008, s. 44 až 46.
[3] Valášek, J. a kol.: Zdravotnotechnické zariadenia budov. Jaga Bratislava 2005. ISBN 80 - 8076 - 013 - 6.
[4] Valášek, J.: Potreba energie na prípravu teplej vody v distribučnom systéme bez cirkulácie. In: Zborník z 8. vedeckej konferencie Budova a energia 8 - Energetická certifikácia budov, Podbanské. SSTP Bratislava, 2008.
[5] Valášek, J.: Spôsoby ohrevu pitnej vody určujú kritéria energetickej hospodárnosti. In: Zborník prednášok zo 16. medzinárodnej konferencie Vykurovanie 2008. ISBN 978 - 80 - 89216 - 19 - 2.
[6] Valášek, J.: Výpočet dennej tepelnej straty potrubí teplej vody bez cirkulácie. Projekt - Stavba 5,6/2008. ISSN 1336-6327