Kde hledat úspory v přípravě teplé vody pro praxi i pro hodnocení energetické náročnosti budov
Autor nabízí v praxi ověřené postupy vedoucí k výrazným úsporám v přípravě teplé vody, jak zajistit požadované množství teplé vody, teplotu a eliminaci mikrobiologického rizika a nabízí alternativy obecně navrhované termodesinfekce, která je energeticky neúnosně náročná.
1. Úvod:
Technické požadavky lze redukovat na tři základní pravidla:
- studená voda musí zůstat studená
- teplá voda musí zůstat teplá
- voda nesmí zůstat v rozvodech déle stát, než je nutné
Jako výchozí stav je třeba stanovit potřebu vody a tu pak následně porovnávat se skutečnou spotřebou. Snahou z hlediska hodnocení budovy je porovnání dvou stavů - výchozího (s existencí návrhu opatření, změn a řešení) a následně porovnání po realizaci.
Pozor při stanovení potřeby vody - často se vychází ze stavu "PLÝTVÁNÍ", na který jsme si zvykli, přičemž 20-30% úspor energií oproti současnému stavu může dosahovat každý provozovatel a přitom uživatel nebude na své POTŘEBĚ krácen.
Je třeba respektovat legislativní požadavky, zkušenosti, měření, požadavky provozovatele... Pro dosažení souhrnné kvality zejména teplé vody se v posledních cca 15 letech ukázal další požadovaný parametr: absence mikrobiální kolonizace v dodávané teplé vodě. Tento parametr se stal jakýmsi zaklínadlem projektantů, realizačních firem i provozovatelů i námětem kontrol orgánů veřejného zdraví..., takže je tu třeba nutnost pracovat s energetickou náročností termodesinfekce, úsporami instalací termostatických baterií a návratností jejich instalace, různé možnosti chemického zabezpečení vyráběné a distribuované teplé vody a také hledání skutečných spotřeb teplé vody v konkrétních budovách.
2. Konkretizace pro systém přípravy teplé vody
Základem pro pochopení všech vazeb v systému výroby a distribuce teplé vody se jeví a je nadřazen pojem "KRITICKÉ BODY", a to jednoznačně chápané z pohledu uživatele. Kritické body lze jasně vymezit, specifikovat,monitorovat i zabezpečit. Půjde nejen o samotné technické řešení (např. materiál potrubí, velikosti cirkulačního čerpadla,systémy měření a regulace, sběr a archivace dat...), ale i provozní stav (zda je provozováno trvale, přerušovaně...).
Hlavním parametrem provozovaného systému výroby a distribuce teplé vody je obslužnost každého koncového místa co do množství i fyzikální a mikrobiologické kvality, kterou je zejména z hlediska běžného posouzení vhodná, a s dalšími koncovými místy téměř shodná teplota teplé vody.
Projekt a následná realizace musí zabezpečit a zkušebním provozem doložit následující parametry:
- množství připravované teplé vody v průběhu 24h
- požadovaná současnost spotřeby teplé vody - špičková potřeba - za 15 nebo 30 minut
- fyzikálněchemické parametry vody na přívodu a v distribučním systému
- teplota a tlak připravované teplé vody na výtocích a její udržení
- teplota a tlak studené vody
- stav zařízení pro výrobu teplé vody, termíny a náplň údržby
- navržené a po realizaci doložené teplotní rozdíly distribuované teplé vody mezi jednotlivými stoupačkami v nejvyšších místech objektu
- sledování spotřeby teplé vody v průběhu provozu - množství, teplota, tlak s archivací těchto provozních stavů (tedy požadavky na MaR) v místě zdroje teplé vody a v potrubních rozvodech
- požadavky hygienického zabezpečení vyráběné teplé vody z pohledu obsluhovaných míst (možnost čištění perlátorů, dezinfekce distribuované teplé vody, vzorkovací body dle monitorovacího plánu, možnost odkalování již přiváděné studené vody a také teplé "vyrobené" vody v páteřových rozvodech či na přívodu do zařízení výroby teplé vody, atd.)
Výhodou rekonstrukce může být, když provozovatel může ze svých provozních zkušeností a archivovaných dat svoje požadavky v rámci modernizace přesněji specifikovat a tím i lépe připravit a poté i kontrolovat výsledky rekonstrukce.
V praxi chybí jednoznačně odpovědnost za celé dílo, obvykle je to mosaika dodavatelů dílčích prací a v případě problémů se teprve hledá viník. Oč jednodušší by byla "souhrnná" odpovědnost: Obrátit se na odbornou firmu s požadavkem: Máme problémy se zabezpečením teplé vody. Pak lze ze strany této odborné firmy očekávat příkladně: Potřebujete rekonstrukci vnitřního vodovodu pro dosažení těchto parametrů a cílů..., požadavky pro další kroky jsou..., naše firma Vám za ...Kč a v čase ... zajistí s plnou zodpovědností od projektu s realizací a zkušebním provozem i veškerým doložením z hlediska hygienického zabezpečení...
Pak by se žadatel obrátil na certifikovanou firmu (jak je tomu např. v Rakousku) u místní vodárny, ta dostane požadavky a zajistí si všechno - třeba měření a zhodnocení stávajícího stavu, projektové řešení s využitím firmou používaných materiálů a technologií, realizaci tohoto projektu, zkušební provoz a předání.
3. Realizace
V současnosti lze doporučit u teplé vody taková řešení, která množství, teplotu a eliminaci mikrobiologického rizika.
Zkusme jasně definovat, co koncový uživatel potřebuje, požaduje, co má dostat... a také, co může sám kontrolovat, poznat, hodnotit (uživatele samozřejmě nezajímají Vaše problémy se stářím zařízení na výrobu teplé vody a distribuční sítě, nevhodná kvalita vstupní studené vody k ohřevu, problémy s MaR, atd.):
- vhodná teplota teplé vody (minimálně 42 °C na výtoku - což je maximální teplota, kterou snese člověk na sprchování, pro napouštění vany minimálně 45°C, z hlediska trvalého provozu požadujeme teplotu 47 °C - vyhovuje a neopaří) po max. 30s odpouštění vody
- vhodná teplota studené vody (maximálně 20 °C na výtoku) po max. 30s odpouštění vody
- dostatečný objem v čase (u umývadla 7-8 litrů za minutu, u sprchy 11 litrů za minutu)..., na tento parametr přímo váže dostatečný tlak vody
- absence organoleptických závad
O tom, zda voda, kterou používá, má potřebnou mikrobiologickou kvalitu se ovšem uživatel nemůže přesvědčit a může se jen spoléhat na jemu anonymního výrobce. Je to jako u chleba, který kupujete - také nepředpokládáte, že se předtím, než se dostává do regálu, válel někde po zemi...
4. Snížení energetické náročnosti
Dosti běžné je dodávat teplou vodu o teplotě 60°C i více, se značným kolísáním (je to v legislativě - nemusí být dodržena stabilní teplota) - a to není z hlediska mikrobiologického stejně teplota "termodesinfekční". Spotřeba energie i díky cirkulaci je vysoká, jsou delší časy při nastavování uživatelsky vhodné teploty a voda, která odteče při nastavování, byla z valné části "velmi" teplou. Rozdíly či ztráty oproti teplé vodě s teplotou "jen" 50 °C jsou neuvěřitelné..., ještě větších rozdílů však dosáhneme při dodávce teplé vody o uživatelem požadované teplotě až na místo spotřeby.
Ohřev jen na 38 °C napřímo nebo do míchacích baterií 42 °C řeší problém - žádná možnost opaření a spotřeba teplé vody je o 40 i více % snížená...
Namátkou lze uvést naše dávné řešení pro velké kadeřnictví: při ohřevu na 75 °C v elektrických boilerech a míchání v místě spotřeby (obyčejná sprcha) byl měsíční průměr spotřeby vody (teplé i studené) na jednu hlavu 39,7 litru. Poté, co byla zajištěna teplotně stabilizovaná teplá voda o teplotě 39,2°C a ruční sprcha s tlačným otevíráním, byl měsíční průměr (a pak dlouhodobě!!!) 7,8 litru na jednu "hlavu".
Lze konstatovat, že snížení energetické náročnosti jde ruku v ruce s vyšší bezpečností uživatele; je prodloužena životnost zařízení ohřevu i distribuční sítě, je podstatně snížena inkrustace potrubí...
Konkrétně je to vidět na porovnání dvou výměníkových stanic pro obytné domy (Tab. 1 ):
| datum | m3 N | GJ N | MJ.l-1 N | m3 P | GJ P | MJ.l-1 P | den v týdnu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 23.4 | 15,4 | 2,56 | 0,166 | 13,9 | 2,59 | 0,186 | Po |
| 24.4 | 17,8 | 3,08 | 0,173 | 17,1 | 3,30 | 0,193 | Út |
| 25.4 | 18,6 | 3,22 | 0,173 | 16,7 | 3,22 | 0,193 | Stř |
| 26.4 | 18,2 | 3,15 | 0,173 | 16,9 | 3.25 | 0,193 | Čt |
| 27.4 | 17,6 | 3,09 | 0,176 | 18,3 | 3,61 | 0,197 | Pá |
| 28.4 | 26,3 | 4,24 | 0,161 | 25,6 | 4,48 | 0,175 | So |
| 29.4 | 27,7 | 4,60 | 0,166 | 24,1 | 4,47 | 0,198 | Ne |
| 30.4 | 22,8 | 3,87 | 0,170 | 19,6 | 3,75 | 0,191 | Po |
| 1.5 | 23,5 | 3,97 | 0,169 | 21,0 | 4,04 | 0,192 | Út |
| 2.5 | 22,9 | 3,85 | 0,168 | 21,2 | 4,30 | 0,203 | Stř |
| 3.5 | 21,1 | 3,57 | 0,169 | 21,4 | 4,11 | 0,192 | Čt |
| 4.5 | 22,0 | 3,64 | 0,165 | 19,6 | 3,58 | 0,182 | Pá |
| 5.5 | 23,7 | 4,14 | 0,175 | 27,1 | 5,59 | 0,206 | So |
| 6.5 | 22,8 | 3,92 | 0,172 | 21,4 | 4,38 | 0,205 | Ne |
| Σ | 300,4 (+ 5,8%) |
50,9 ( - 7,5%) |
Φ 0,169 (-12,5%) |
283,9 ( =100%) |
55,00 ( = 100%) |
Φ 0,193 ( = 100%) |
|
|
N - NOVÝ STAV : Q4h= 1,47 GJ Max4h= 8,6 m3 Φ4h = 53,4 litrů na byt Φ0,25h= 6,21 litrů na byt, Φ Δ K = 40,9 |
|||||||
Porovnání teplotně stabilizované teplé vody a teplé vody: SPOTŘEBA vody A ENERGIE PRO JEJÍ OHŘÁTÍ - CELODENNÍ STAVY
Když se dnes objeví mikrobiologické problémy ve vnitřním vodovodu, obvykle se navrhuje termodesinfekce a s předpokladem, že je to rychlé, levné a praktické řešení... Bohužel to tak není a bude snahou dalších řádků vyměnit či zaměnit některé názory..
Vhodně realizovaný systém výroby a distribuce teplé vody by měl dodávat v běžném objektu (bytový, nemocnice, domov seniorů) teplou vodu o teplotě 47°C (tedy takovou teplotu vody, kterou jako maximální běžně sneseme krátkodobě na pokožku bez újmy). Nevěřící si mohou s teploměrem v ruce změřit, co vydrží na ruce a co třeba na celé tělo. Ostatně, není žádný důvod dodávat vodu o vyšší teplotě, jestliže je tato mikrobiologicky zajištěna, tedy vřazeno dávkování vhodného biocidu. Což je jednoznačnou a zásadní protiváhou obvykle zvažované termodesinfekce...
O tom, že se úspory jak energie, tak na prodloužení životnosti provozovaného systému budou pohybovat - příkladně u denní spotřeby 10 m3 - za rok ve statisících Kč asi není třeba přesvědčovat. A za takto ušetřené finance je možno doporučit v kapacitních zařízeních instalaci dávkování biocidu do teplé vody, takže již ve druhém roce budou nižší náklady, ale okamžitě, po spuštění do provozu, bude provoz vnitřního vodovodu ve stavu, kdy se nemůže nikdo opařit, kdy je dodávána voda s minimalizací zdravotního rizika a kdy celý objekt má shodné distribuční podmínky (navazuje i hydraulické vyrovnání distribuční sítě).
Pokud jde o dezinfekci PWH a tedy vřazení vhodného zařízení, je možno po našich zkušenostech z řady objektů doporučit - s náklady do 3,50 Kč na jeden m3 teplé vody je možno zajistit mikrobiologickou kvalitu.
Objekt AX: 350 výtokových míst, spotřeba PWH 10 m3 za den, tj. za měsíc 360 m3
Objekt PXO: 650 výtokových míst, spotřeba PWH 10 m3 za den, tj. za měsíc 360 m3
| Energie | Voda | Chemie | THP náklady | Celkem [Kč/měs] | Kč na m3 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Termodesinfekce | 8 032 | 0 | 3250 | 11 282 | 31,34 | |
| Oxid chloričitý (generátor) s proporcionálním dávkováním dle vodoměru | 359 | - | 3 477 | - | 3 836 | 10,65 |
| SANOSIL s proporcionálním dávkováním dle vodoměru | 388 | - | 8 052 | - | 8 440 | 23,44 |
| DUOZON 100L s proporcionálním dávkováním dle vodoměru | 240 | - | 985 | - | 1.225 | 3,40 |
| ELEKTROCHEMICKÁ AKTIVACE s proporcionálním dávkováním dle vodoměru | 450 | 50 | 59 | 559 | 1,56 | |
Tab.2 - skutečně zjištěné náklady různých technologií hygienického zabezpečení teplé vody v konkrétních objektech
Roční spotřeba teplé vody 4.320 m3, náklady na desinfekci budou:
| termodesinfekce | 135 tis. Kč |
| oxid chloričitý | 46 tis. Kč |
| SANOSIL | 101 tis. Kč |
| DUOZON 100L | 11,5 tis. Kč |
| ELEKTROCHEMICKÁ AKTIVACE | 6,8 tis. Kč |
Spotřeba teplé vody za 8 let životnosti technologie: 34.560 m3
náklady na desinfekci budou dle uvedených postupů:
| termodesinfekce | 1,08 mil. Kč a zkrácení životnosti vodovodu o min.35% |
| oxid chloričitý | 368 tis. Kč + servis zařízení 145 tis.Kč |
| SANOSIL | 808 tis. Kč + servis zařízení 65 tis. Kč |
| DUOZON 100L | 92 tis. Kč + servis zařízení 65 tis. Kč |
| ELEKTROCHEMICKÁ AKTIVACE | 53,9 tis. Kč + servis zařízení 85 tis. Kč |
Za běžného provozního stavu tedy dochází ke snížení energetické náročnosti teplé vody takto:
- zajištěním trvale vyrovnané teploty teplé vody dojde ke snížení spotřeby teplé vody o 12 až 25 %
- ohřev může být zajišťován trvale příkladně na teplotu 47 °C na výtoku, tj. zhruba proti studené vodě vyšší o 35 K
- vložený tepelný obsah jednoho m3 klesne na 0,167 GJ
- snížením tepelného obsahu, vyrovnáním teploty a snížením dodávaného množství teplé vody (snadnější namíchání v místě distribuce atd.) a nižšími ztrátami tepla v distribuční síti se započítáním ztrát tepla z důvodů trvalého provozu cirkulace dříve a nyní dojde ke snížení denní spotřeby tepla o více než 20 %.
- Podstatně se sníží tvorba inkrustů na stěnách potrubní a zařízení výroby teplé vody a také kalu v potrubní síti - eliminace organoleptických závad teplé vody, kterou mnohdy není možno napustit do vany...
- Naměřeno a provozováno, reference jsou.
Je jisté, že vše je možné finančně vyjádřit - jde o cenu jednoho GJ, jednoho kubíku vody, zabezpečení služby. Obtížně však lze finančně vyjádřit možnost snížení koroze a úsad v celém systému přípravy a distribuce teplé vody, prodloužení životnosti.
4.Dopady komplexního přístupu
Pokud celý systém uvedeme do skutečně plného provozního stavu - od izolací potrubí až po hydraulické vyvážení stoupaček, nastavení kapacitního chodu cirkulace a změny na regulaci ohřevu, pak skutečně můžeme do systému dodávat teplou vodu o teplotě 47°C v distribučních bodech, máme však snahu dojít ještě dále - v koncových bodech v kterémkoliv místě spotřeby by měla být do 30 s na výtoku teplá voda o teplotě 43 - 44 °C, a to v běžném provozním režimu. Celý systém distribuce je na všech stoupačkách vyvážen tak, aby mezi jakýmikoliv dvěma výtokovými body byl teplotní rozdíl menší než 3K po 30s odpouštění teplé vody. Je samozřejmé, že cirkulace je zavedena co nejblíže k výtokovým místům, aby necirkulované potrubí od připojení k výtoku obsahovalo méně než tři litry vody (tři litry vody je možno vypustit v čase kratším 30s u všech výtokových baterií, i bezkontaktních). Jaká může být tato délka - necirkulovaného potrubí k výtokovým místům - ukazuje tab. 2. Obvykle připadají v úvahu první dva průměry, další jsou uvedeny pro porovnání.
| Materiál trubky | objem v potrubí o průměru [litr.m-1] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DN 15 | DN 20 | DN 30 | DN 40 | DN 50 | DN 80 | DN 100 | |
| pozinkovaná závitová | 0,20 | 0,37 | 0,70 | 1,26 | 1,96 | 5,0 | 7,85 |
| nerez ocel | 0,20 | 0,30 | 0,66 | 1,12 | 1,9 | 4,85 | 7,65 |
| měď | 0,20 | 0,31 | 0,68 | 1,13 | 1,85 | 4,78 | 7,6 |
| plast - PVC aj. | 0,19 | 0,30 | 0,68 | 1,12 | 1,8 | 4,75 | 7,55 |
Tab. 3 - Objem v litrech na metr délky u různých druhů potrubí
5. Závěr
Je známo, že pro hotely a další objekty, kde se návštěvník - host dostává do pozice zákazníka, platí, vedle "naší" Vyhlášky Ministerstva zdravotnictví č. 252/2004 Sb. v platném znění také "Evropská směrnice pro kontrolu a předcházení výskytu legionelózy v zařízeních cestovního ruchu" (EUROPEAN GUIDELINES FOR THE CONTROL AND PREVENTION OF TRAVEL ASSOCIATED LEGIONNAIRES' DISEASE), vypracovávaná již v roce 2002 s využitím všech známých mikrobiologických, epidemiologických, technických a provozních znalostí experty několika zemí (Carol Joseph - UK, John Lee- UK, Jan van Wijngaarden- NL, Vladimír Drašar - Česká republika, Maddelena Castellani-Pastoris - Itálie) na úrovni Evropské unie.
Lze konstatovat, že vše kolem TVOS je dáno komplexním naplňováním všech technických požadavků, které lze mnohdy shrnout do pojmu "selský rozum".
Literatura
[1] BAJGAR,M.:Teplá užitková voda včera,dnes a zítra.Topenářství a instalace, 1/2000, s.42-44
[2] BISKUPIČ,F.:Pitná voda ako súčasť životného prostredia. Topenářství, 5/1992,s.25
[3] DAHLSVEEN,Trond,PETRÁŠ Dušan: Energetický audit budov,Jaga Bratislava 1996
[4] DRAŠAR,V.:osobní sdělení ke svým cestovním zprávám
[5] Hospodárná a ekologická dezinfekce. Technický týdeník, 10.11.1997
[6] KIRK,D.:Environmental Management for Hotels. Student s Handbook. Butterworth Heinamann, London, 1999
[7] PAVLÍČEK,V., PAVLÍČKOVÁ,A.:Biofilm - souvislosti a rizika. Topenářství a instalace, 1998,č.3,s.50-51
[8] POSPÍCHAL,Z.: vlastní práce autora od r. 1988 do 2009
[9] STOUT,J.E., YU,V.L.,MURACA,P.:Legionnaires Disease Acquired Within the Homes of Two Patients.JAMA,March 6,1987, č.9., s. 1215
[10] ŠAŠEK,J.: Minimum o legionelách. Zpravodaj Ústředí monitoringu a Centra hygieny životního prostředí, ročník V (1998) č. 4/1
Recenze
Recenzent: Ing. Miroslav Urban Ph.D.
Katedra technických zařízení, Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Email: miroslav.urban@fsv.cvut.cz
V současnosti se stává potřeba energie pro přípravu teplé vody rozhodujícím faktorem z pohledu celkové dodané energie do budovy na pokrytí všech potřeb v budově. Autor uvádí a zdůrazňuje možnosti úspor potřeby energie pro přípravu teplé vody. Efektivní způsob přípravy teplé vody v budovách se sníženou spotřebou tepla na vytápění je v současné době místem s největším potenciálem úspory. U moderních budov je minimalizován tepelný tok prostupem vlivem kvalitních konstrukcí reprezentujících obálku budovy. Je minimalizován tepelný tok větráním na hodnoty hygienického minima, ať už pomocí systémů přirozeného větrání, nebo pomocí systémů využívajících nucené větrání se zpětným využíváním tepla pomocí rekuperace odváděného vzduchu. Pokud se v těchto případech hledá úspora v rámci celkové dodané energie do budovy, je nutné ji hledat v efektivitě přípravy a dodávky teplé vody v rámci budovy. Celková dodaná energie do budovy potřebná na přípravu teplé vody v těchto případech představuje v celkové bilanci budovy zahrnující vytápění, přípravu TV, osvětlení, podíl ve výši 30 až 60 %, v případě pasivních domů i více.
K uváděným kvalitativním parametrům teplé vody je třeba uvést, že norma ČSN EN 806-2 předpokládá za úplného otevření výtokové armatury, by teplota vody neměla být po uplynutí 30 s u výtokových armatur studené vody vyšší než 25°C a u výtokových armatur teplé vody nižší než 60 °C, pokud není v národních předpisech uvedeno jinak. V případě ČR platí vyhláška MPO č. 194/2007 Sb., kde se uvádí, že teplá voda je dodávána celoročně tak, aby měla na výtoku u spotřebitele teplotu 45 °C až 60 °C, s výjimkou možnosti krátkodobého poklesu v době odběrných špiček spotřeby v zúčtovací jednotce. Do nebytových budov se dodávka ve dnech, kdy tyto budovy nejsou provozovány, přeruší, pokud je to technicky možné.
Autor ve svém článku prezentuje pragmatičnost řešení, které může být v kolizi s legislativním předpisem, nicméně je prokazatelně opatřením přinášejícím velký potenciál úspory. V případě, že bude eliminováno nebezpečí vzniku legionely a dalších mikrobiologických faktorů, jsou tato opatření namístě. V závěrečné části článku se eliminaci mikrobiálního znečištění teplé vody auto také věnuje. Autor v článku zmiňuje některé body, které by si zasloužily podrobnější prostor, jako např. problematika výtokových armatur, problematika cirkulace teplé vody u stávajících budov.
Author offers practical best practices, leading to significant savings in the preparation of hot water, ensuring the required quantity of hot water, temperature and elimination of microbiological risks.
