PergolyIzolace zásobníku teplé vody: Klíč k úsporám a efektivitě
Zvýšení nebo doplnění tloušťky tepelné izolace na zásobníku teplé vody je opatření obdobné zateplování budovy, avšak s tím rozdílem, že zde bývá tepelná izolace velmi účinná. To je dáno faktem, že pro úniky tepla je rozhodující nejen součinitel tepelné vodivosti konstrukce oddělující chladný a teplý prostor, ale i rozdíl teplot. Právě u zásobníku je celoroční rozdíl teplot přes 30 °C, a proto zde má tepelná izolace významný vliv. V podstatě je jedno, jaká se použije tepelná izolace, zda půjde o vypěnění polyuretanem, obložení minerální vatou či obsypání bojleru tepelnou izolací.
Důležitost izolace nádrží a zásobníků
Setkáváme se s případy, kdy je nutné izolovat různé nádrže a zásobníky. Jsou případy, kdy tepelné úniky zamezují jejich správné funkčnosti a efektivnímu provozu, nebo je naopak nutné jejich obsah ochlazovat. Často zároveň vyžadují také hydroizolaci. Izolace je prováděna tvrdou PUR pěnou, kdy její vlastnosti jsou hydroizolační a zároveň tepelně izolační.
Tvrdá PUR pěna PUREX NG-0440 s uzavřenou strukturou buněk je vysoce chemicky přilnavá s minimálními požadavky na izolovaný povrch. Stříkaná izolace je provedena v jedné bezesparé vrstvě, díky níž nedochází k tepelným únikům ani prostupům v hydroizolaci. Díky tomu, že pěna přilne k téměř jakémukoliv povrchu bez použití lepidel či mechanických upevňovačů, nevzniká mezi izolantem a izolovaným povrchem žádná vzduchová vrstva, kde by mohla kondenzovat voda nebo proudit vzduch, tím chráníte povrch před plísněmi a snížením životnosti. Aplikovat ji lze i v těžko přístupných prostorech a na nepravidelné tvary izolovaného povrchu. Nepoužívají se další materiály, jako jsou lepidla a podobné, nezatěžuje se tedy zbytečně konstrukce zásobníku či nádrže.
Zásobník či nádrž lze po aplikaci pěnou přímo vložit do země bez použití dalších materiálů. Při izolaci pěnou podzemních zařízení již nejsou nutné další materiály a provádí se pouze zásyp zeminou. V případě, že je izolovaný povrch vystavován slunečnímu záření, je nutné pro ochranu nanést UV nátěr, čímž je izolace dokončena a opět není potřeba využití dalších materiálů.
Akumulační nádrže a jejich izolace
Akumulační nádrž s izolací je tlaková nádoba, která hromadí přebytečné teplo z topných zařízení, jako jsou čerpadla, kotle, solární systémy a další zdroje. Jak již název napovídá, akumulační zásobník slouží k akumulaci většího množství topné, resp. teplé vody. Můžete si ho představit jako baterii, která dokáže uskladnit tepelnou energii v době, kdy jí je dostatek (tomuto procesu říkáme nabíjení) a poskytnout ji otopné soustavě později (tzv. vybíjení). Zabraňují tedy teplotním výkyvům ve vytápěném objektu a zvyšují tepelný komfort.
Čtěte také: Vlastnosti dřevovláknité izolace – požární odolnost
Pro správnou funkci některých zdrojů vytápění je akumulační nádrž s izolací nezbytná. Např. solární kolektory v noci netopí, některé kotle na tuhá paliva zase není možné jednoduše zapínat a vypínat tak, jako např. elektrické kotle. Co se týče elektrických kotlů, akumulační zásobník umožní také využití levnější elektřiny (tzv. noční proud), bez kterého by se vytápění elektřinou prodražilo. Největší výhodou akumulačních zásobníků je, že šetří energii a prodlužují životnost kotlů a jiných topných zdrojů.
Důležitým prvkem akumulační nádrže s izolací je kvalitní vnější izolační vrstva. Akumulační nádrže jsou v podstatě zásobníky teplé vody, které slouží k akumulaci neboli ukládání přebytečného tepla od primárního zdroje, kterým může být kotel na pevné palivo, plyn nebo elektřinu, případně tepelné čerpadlo. Aby v akumulační nádrži voda zůstala na dostatečné teplotě, respektive, aby voda svou teplotu neztrácela příliš rychle a nádrž fungovala efektivně, je třeba ji mít náležitě zaizolovanou vhodným izolačním materiálem.
Typy akumulačních zásobníků
Akumulační nádrže s izolací se vyrábějí v nesčetných provedeních, v závislosti na způsobu jejich použití i místa instalace. Různé typy zásobníků pak mohou mít různé provedení, co se týče objemu, tvaru, způsobu montáže, ale např. i počtu výměníků a konstrukčního provedení, které závisí na zdroji vytápění a na jeho využití.
- Akumulační zásobník bez tepelných výměníků - Základní typ zásobníku, jde v podstatě jen o nádrž s přívody a vývody na potrubí.
- Akumulační zásobník se stratifikací - Říká se mu i zásobník s vrstveným nabíjením. Je vybaven prvky, které zajišťují ukládání vody ve vrstvách, v závislosti na její teplotě. Takový zásobník pak dokáže dodávat dostatečně teplou vodu i ve stavu téměř úplného vybití. Tento způsob ohřevu je hygieničtější a možná kontaminace systému mikroorganismy je snížena.
- Akumulační zásobník s topným tělesem - Je vybaven elektrickým topným tělesem na dodatečný ohřev vody v zásobníku, funguje tedy podobně jako bojler. Jde o ideální řešení pro využití přebytečné elektřiny z fotovoltaických panelů nebo levného, tzv. nočního proudu.
Volba správné velikosti akumulační nádrže
Jak vidíte, situace kolem zásobníků není vůbec jednoduchá. Volba správné velikosti a provedení akumulační nádrže vyžaduje odbornou konzultaci, která by měla brát v úvahu množství parametrů. Na jejich základě pak provede výpočet, případně počítačové simulace. Příkladem může být pro tepelné čerpadlo s invertorem běžně neuzavíratelný objem 50 l (doporučováno 100-200 l dle technických specifikací).
Důležitá je teplota místnosti - čím je menší, tím rychleji bude teplo ze zásobníku unikat. Z tohoto pohledu je lepší temperovaná, resp. vytápěná místnost. Nevýhodou je, že akumulační zásobník zabere poměrně hodně prostoru. Umístění je ale důležité i z hlediska hydraulických poměrů v systému.
Čtěte také: Kročejová izolace a její použití
Materiály a provedení izolace
Izolovat kvalitně akumulační nádrže lze i svépomocí, je ale potřeba dbát jak na správný výběr izolace, tak i na dodržení doporučeného pracovního postupu. Ne každý izolační materiál se hodí na izolaci akumulační nádrže, protože některé izolace, které mají dobré izolační vlastnosti, nesnášejí dlouhodobé vystavení vysokým teplotám. Pokud si kupujete hotovou akumulační nádrž, je nejlépe řídit se doporučením výrobce. Často jsou k dispozici izolace vyrobené pro konkrétní nádrž na míru, a to včetně příslušných průřezů. Díky nim nádrž do izolace doslova obléknete, izolace ji bude objímat ve všech směrech, a tak ji budete mít zajištěnu minimální ztrátu akumulovaného tepla. Takové izolace se obvykle vyrábějí z polyuretanové pěny, případně podobných materiálů s přilepeným PVC povrchem. Snadno se s nimi manipuluje. Pozor ale na přesný popis, někteří výrobci dodávají určité části samostatně, například izolaci dna nádrže. Izolaci lze objednat i na míru v případě, že jste si akumulační nádrž vyrobili sami, nebo nemá zcela standardní rozměry. Její tloušťka je obvykle 10 cm.
Jinou variantou jsou sady vhodného materiálu, což může být například polyuretanová pěna v pruzích či deskách a k ní koženková plachta se snadným zapínáním, například na zip. Samozřejmě si můžete koupit i pěnu i plachtu také samostatně, pokud už druhou část sady máte. Nádrž pak obložíte pěnou a vše uzavřete plachtou. Nebo můžete použít minerální izolaci, která má z jedné strany hliníkovou fólii.
Někteří domácí kutilové používají také polystyren, což není dobrý nápad. Drcený sice může nádrž dobře zasypat, ale jeho nevýhodou je hořlavost. Polystyrenové desky zase nepřilnou přímo k nádrži a sebemenší mezera snižuje izolační účinnost. Problémem také je, že polystyren není schopen dlouhodobě odolávat vysokým teplotám a postupně degraduje.
Konstrukce a výběr zásobníku tepla
Zásobník tepla je často nazýván srdcem solární soustavy. Z praxe vyplývá poznatek, že solární soustava se sebelepším solárním kolektorem v kombinaci s nevhodně navrženým zásobníkem bude vykazovat nízké celkové zisky, resp. zajistí nízké pokrytí potřeby tepla sluneční energií. Konstrukci a výběru zásobníku tepla pro danou solární aplikaci by měla být proto věnována zvýšená pozornost. Článek se věnuje především konstrukčním řešením běžných vodních zásobníků tepla a jejich připojení k solární soustavě.
Teplotní rozvrstvení (stratifikace)
Vhodné teplotní rozvrstvení (stratifikace) objemu zásobníku má významný vliv na účinnost kolektorů a na schopnost pokrýt nepravidelným solárním ziskem nepravidelnou potřebu tepla (solární podíl). Snahou je zajistit v horní části zásobníku dostatečnou teplotu využitelnou pro odběr tepla bez nutnosti dodatkového ohřevu a v dolní části udržet nízkou teplotu v místě výměníku solární soustavy (vysoká účinnost kolektoru). To lze zajistit jednak přirozeným vrstvením ve vhodně konstruovaných zásobnících bez nutnosti dalších prvků nebo řízeným vrstvením, kdy se využívají speciální prvky (stratifikační vestavby, ventily).
Čtěte také: Informace o úpravě povrchu dřevovláknité izolace
Přirozené vrstvení objemu zásobníku podle teploty se uplatní především při odběru teplé a přívodu studené vody. Schopnost přirozené stratifikace je dána geometrickou charakteristikou zásobníku, především jeho štíhlostí. Čím vyšší štíhlost (poměr výšky k průměru), tím lepší chování z hlediska vrstvení. Doporučovaný poměr výška/průměr je minimálně 2,5. Štíhlý zásobník zaručuje omezené míchání studené vody s teplejší ve vyšších vrstvách a udržuje dolní část zásobníku v okolí solárního výměníku při nízké teplotě. Studená oblast pak zaručuje, že i při nízké hladině slunečního záření může solární soustava pracovat s vysokou účinností. Při dohřevu horní části zásobníku (pohotovostní zásoba tepla) nedochází u štíhlých zásobníků k významnému ovlivnění spodní části vlivem konvekčních proudů. V případě dohřevu elektrickou vložkou se například vytváří velmi zřetelný "ostrý" přechod mezi částí zásobníku nad vložkou s výrazně vyšší teplotou než v části pod vložkou. V praxi však vysoké zásobníky mohou mít problémy s instalací v místnostech s omezenou světlou výškou. Zcela nevhodné pro použití v solární technice jsou horizontální zásobníky, které vykazují nízkou schopnost vrstvení, případně pokud jsou doplněny dodatkovým zdrojem tepla (teplovodní nebo elektrické vložka).
Velký vliv na intenzitu promíchávání zásobníku má také způsob nabíjení a vybíjení zásobníku tepla (přímo přívodem teplonosné látky, nepřímo přes vestavěné teplosměnné plochy), poloha teplosměnných ploch (vložek) v zásobníku, apod.
Připojení potrubí
Způsob připojení potrubí přívodu a odběru otopné nebo užitkové vody ze zásobníku může výrazně ovlivnit jednak vrstvení zásobníku a jednak tepelné ztráty. Pro zamezení míchání objemu zásobníku přívodem studené vody při současném odběru teplé se využívají hydraulické brzdy - přepážky, které zbrzdí proud studené vody vstupující do zásobníku. Obdobnou funkci zajišťuje vhodný tangenciální přívod vstupního potrubí do zásobníku, kdy vstupující proud je brzděn o stěny v dolní části zásobníku.
U běžných zásobníků je teplá voda odebírána v horní části a potrubí je vedeno shora do zásobníku. Při takovém řešení odběru dochází k postupnému chladnutí teplé vody, která zůstává v odběrném potrubí. Ochlazená voda se snaží dostat dolů (je těžší) do horní části zásobníku a vytlačuje do potrubí lehčí teplejší vodu. Dochází tak k přirozenému proudění v rámci jedné trubky, což může způsobit degradaci rozvrstvení v horní části zásobníku ochlazenou vodou a tepelné ztráty tímto způsobem mohou činit až 15 % z celkové tepelné ztráty zásobníku. Řešením je vést odběr teplé vody z horní části vnitřním objemem zásobníku a vyústit jej níže, případně vést odběr z horní části do strany izolací zásobníku s ohybem potrubí o 180° (sifon) nebo vést odběr šikmo dolů izolací zásobníku.
Tloušťka a účinnost tepelné izolace
Zásobníky tepla by měly být dostatečně tepelně izolovány. Podobně jako u potrubí je možné se při návrhu izolace zásobníku tepla držet stále ještě platné vyhlášky, která stanovuje minimální tloušťku tepelné izolace zásobníků tepla 100 mm při uvažování tepelné izolace s λ ≤ 0,045 W/m.K, případně takovou, aby bylo dosaženo součinitele prostupu tepla k ≤ 0,30 W/m2.K. Samozřejmě je nutné zohlednit funkci zásobníku a jeho umístění. Zásobník tepla umístěný v chladném suterénu bude vyžadovat větší tloušťky tepelné izolace než zásobník umístěný v obytné části domu, kde jeho tepelné ztráty navíc přispívají k vytápění prostoru. U zásobníků tepla pro zvláštní aplikace (velmi nízké nebo velmi vysoké rozdíly teplot mezi objemem zásobníku a okolím, dlouhodobé a sezónní zásobníky tepla) je nutné stanovit tloušťku izolace optimalizačním výpočtem.
Příkladem může být nadzemní zásobník tepla pro sezónní akumulaci sluneční energie v Domě s pečovatelskou službou ve Slatiňanech. Zásobník o celkovém objemu 1100 m3 má ve svém plášti tepelnou izolaci z minerální vlny o tloušťce 70 cm. Tepelnou ztrátu zásobníku je možné také vyjádřit hodnotou součinu součinitele prostupu tepla a povrchu zásobníku U.A [W/K]. Celková měrná tepelná ztráta zásobníku tepla pro běžné solární aplikace by neměla přesáhnout 2 W/K.
Tepelná izolace by měla být dostatečná především v horní části zásobníku, která je častěji na vyšší teplotě než spodní část, zvláště v případě bivalentních zásobníků s neustálým dohřevem v horní části. Tepelná izolace by měla tvořit dokonale přilnavý plášť. Netěsnosti ve formě vzduchových mezer, zvláště v případech odnímatelné izolace, mohou způsobit tepelné ztráty a ochlazování zásobníku prouděním vzduchu mezi izolačním pláštěm a zásobníkem. Tepelná izolace zásobníku tepla by měla být souvislá po celém povrchu zásobníku.
Na následujícím příkladu jsou uvedeny naměřené charakteristiky zásobníku tepla, u kterého nebylo tepelně izolováno dno. Zásobník byl natopen na teplotu 72 °C a bez odběru tepla ponechán po několik dní v místnosti se špatně izolovanou podlahou (simulace suterénní strojovny). Sálání zásobníku vůči podlaze vychlazovalo spodní část zásobníku a způsobilo degradaci využitelných solárních zisků v zásobníku. Teplota ve spodní části (hladina 1) klesla během 10 hodin (přes noc) o 20 K, zatímco v horní izolované části (hladina 4-5) se příliš nemění.
| Hladina | Počáteční teplota (°C) | Teplota po 10 hodinách (°C) | Pokles teploty (K) |
|---|---|---|---|
| 1 (Spodní část) | 72 | 52 | 20 |
| 4-5 (Horní část) | ~72 | ~72 | ~0 |
Vliv ochrany proti Legionelle a cirkulace teplé vody
Při přípravě teplé vody se v současné době používají dvě standardní funkce - ochrana proti legionelle a cirkulace teplé vody mezi místem odběru a zásobníkem, které mohou mít nepříznivý vliv na provoz solárního zásobníku tepla. Požadavky na ochranu zásobníků proti množení bakterií druhu legionella platí samozřejmě i v oblasti solárních zásobníků pro akumulaci pitné vody. Teplá voda by měla být průběžně ohřívána na teplotu vyšší než 60 °C (nutnost nastavení dohřevu v horní pohotovostní části zásobníku). Přísná pravidla (např. v Německu) nařizují teplotní ochranu proti legionelle v zásobnících o objemu větším než 400 l. Jelikož zvýšená teplota v solárním zásobníku nad běžnou potřebnou mez může způsobovat tepelné ztráty zásobníku a nižší účinnosti, vede toto nařízení výrobce zásobníků k novým konstrukcím.
V případě zavedení cirkulace pro zajištění komfortní dodávky teplé vody na odběrných místech je nutné si uvědomit možný rušivý vliv na teplotní vrstvení zásobníku. Pokud je vůbec cirkulace instalována, je nutné vracející se cirkulační potrubí zapojit do zásobníku v oblasti těsně pod vložku dodatkového dohřevu zásobníku, nikdy do spodní části či do přívodu studené vody do zásobníku. Dimenze připojovacího potrubí a nátrubku by měla samozřejmě odpovídat nastavenému cirkulačnímu průtoku. Čím větší bude průtok, tím míň se voda v cirkulačním potrubí vychladí a tím víc bude teplota vracející se vody na úrovni teploty v horní části zásobníku. Cirkulační potrubí by mělo být samozřejmě opatřeno dostatečnou tepelnou izolací, podobně jako potrubí teplé vody. Cirkulační čerpadlo by mělo být vždy řízeno spínacími hodinami s nastavitelnými periodami provozu, případně ještě termostatem, který sníží dobu provozu cirkulace až na 10 % doby nastavené uživatelem.
Částečně eliminovat negativní vliv obou provozních funkcí na provoz zásobníku teplé vody je možné realizací předřazeného monovalentního akumulačního zásobníku pouze se solárním výměníkem. Výstup teplé vody je zapojen do běžného elektrického bojleru nebo plynového ohřívače, kde dochází již jen k dohřevu, tepelné ochraně proti legionelle, případně se do něj zapojuje cirkulace. Výhodou je, že solární zásobník pak pracuje v optimálních podmínkách bez rušivých vlivů. Takové řešení je vhodné především pro rekonstrukce s možností zachování stávající přípravy teplé vody. Přívod studené vody se připojí k solárnímu zásobníku a do pohotovostního ohřívače jde předehřátá voda a pouze v případě potřeby se dohřívá na požadovanou teplotu.
Izolace potrubí
Teplo je poměrně drahá záležitost a je zcela na místě teplo využívat tam, kde je ho potřeba. Při dopravě teplé vody, ať je to v rámci dálkové tepelné soustavy či domovního otopného systému, zcela přirozeně dochází k tepelným ztrátám. Cílem by tedy měla být co nejefektivnější doprava tepla do místa spotřeby s maximální snahou o zamezení tepelných ztrát. Obalení rozvodů vody tepelnou izolací patří k základním předpokladům dosažení provozních finančních úspor v domě, ale také splnění očekávaného komfortu bydlících. Platí jednoduché pravidlo. Jakmile vodu jednou ohřejeme, měla by zůstat ohřátá, a to platí opět jak pro vodu užitkovou, tak topnou. Pokud ji necháme v trubkách chladnout, dosáhneme jediného - významných tepelných ztrát.
V případě vody užitkové může být dalším důvodem prodlevy dodání vody požadované teploty také délka vodovodu. Proto by měly být zásobník na ni či bojler umístěny tak, aby byly rozvody vody především do koupelny a kuchyně co nejkratší (doporučuje se max. 5 metrů). Požadavky na účinnost izolace potrubí se dnes stále zvyšují. Důraz je kladen na maximální ohled k životnímu prostředí a nalezení optimální ekonomické rentability. Izolace jsou dodávané na jakýkoli rozměr potrubí a v různých tloušťkách.
Typy materiálů pro izolaci potrubí:
- Lehčený pěnový polyetylen (PE): Představuje základ. Je charakteristický svou jemnou strukturou, významně snižuje tepelné ztráty. Zabraňuje kondenzaci vody na rozvodech a tlumí zvuky (prodáván je i s paropropustnou fólií).
- Kruhově extrudovaný polyetylen: Je schopen odolávat většímu rozsahu teplot (od 45 °C do 105 °C).
- Syntetický kaučuk s uzavřenou buněčnou strukturou: Omezuje ztráty tepla u teplovodních potrubí vnitřních i venkovních. Jeho vlastnosti ho předurčují také k použití u solárních rozvodů, zejména pro ustálení ochrany proti slunečnímu záření.
Pokud je nebezpečí, že teplota vody ve vodovodních potrubích klesne pod 0 °C, je nutné zajistit prevenci proti zamrznutí. Krátkodobě může zamrznutí zabránit izolace potrubí. Samotná izolace však zamrznutí nezabrání, jen jej oddálí. Tloušťky izolací se navrhují většinou v závislosti na dosažení největších ekonomických úspor nebo s ohledem na ochranu osob vyskytujících se v blízkosti izolovaného zařízení. Čím větší tloušťka izolace, tím vyšší pořizovací náklady, které však nemusí mít vždy požadovanou návratnost. V praxi to znamená, že zbytečné předimenzování není žádoucí.
Určitě je však důležitější než samotná tloušťka izolace její provedení. Například je chybou nechat neizolovaná kolena, izolace přesně nedoléhá na trubku, není upevněna, naprosto nevhodně jsou izolované fitinky, ventily a jiné části. K izolování se používají nejčastěji návlekové pružné hadice, které se nasunou na trubku ještě před její instalací. Druhou možností je, že jsou hadice podélně naříznuté a nasunují se až na namontované potrubí. Řez se spojuje lepicí páskou či speciální sponkou. Plstěné pásy nesplňují izolační podmínky, slouží pouze k absorbování vody vznikající orosením potrubí. Provedení izolace i její vhodný výběr raději nechte na profesionálech. Ti odborně udělají tepelnou izolaci na topení i vodovodního potrubí, dále tepelné a protipožární izolace vzduchotechniky či klimatizace. V případě nutnosti dodají izolace s povrchovou úpravou (polepení hliníkem nebo oplechování). Nárůst cen energií je nezanedbatelný a s největší pravděpodobností nebude v nejbližší době stagnovat, ba naopak.
tags: #izolace #zasobniku #teple #vody #informace
