Návrh zásobníku teplé vody u různých typů budov

Úvod

Denní průběh odběru teplé vody je v budovách s různým využitím různý. V každém typu budov (bytový dům, administrativní budova, mateřská škola apod.) se vyskytují odběrové špičky. U metody dimenzování zásobníkových ohřívačů nebo zásobníků teplé vody podle křivek dodávky a odběru tepla používané v ČSN 06 0320 [1] je třeba znát průběh odběru teplé vody za celou periodu trvající většinou 24 h, k čemuž často chybějí informace. Doba ohřevu vody v zásobníkovém ohřívači může při dostatečném výkonu ohřevu trvat 0,5 až 3 h, což umožňuje navrhovat zásobu teplé vody na odběrovou špičku trvající stejnou dobu. Při tomto způsobu stanovení objemu zásobníku je však nutné znát jaké množství z celodenní potřeby teplé vody bude v odběrové špičce spotřebováno. Toto množství je možné získat z měření spotřeby teplé vody v časových intervalech trvajících nejvíce 0,5 h. Při stanovení objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku podle odběrové špičky není podstatné, ve kterou denní dobu tato špička nastává, což umožňuje zjednodušení výpočtu.

Obr. 1 Ukázka denních průběhů odběru vody v bytovém domě podle měření s výraznou nedělní hodinovou špičkou (nahoře) a špičkami ve všední dny (dole). Hodinové spotřeby vody jsou vyjádřeny v % celodenní spotřeby.

Postup výpočtu

Výpočet spočívá ve stanovení objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody a výkonu potřebného pro ohřev vody v ohřívači.

Stanovení objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody

Objem zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody V_z [l] v bytových domech a jiných budovách, u nichž máme informace o množství teplé vody odebrané v odběrové špičce, je možné stanovit podle vtahu:

(1)

kde je

q_TV,max

maximální specifická potřeba teplé vody na spotřební jednotku a den [l/(spotřební jednotka·den)], viz tab. 1;

n

počet spotřebních jednotek [spotřební jednotka];

k_TV

součinitel nerovnoměrnosti potřeby teplé vody (tab. 2 nebo tab. 3);

ψ

součinitel mrtvého prostoru (tab. 4).

Stanovení výkonu topné vložky zásobníkového ohřívače nebo průtokového ohřívače v obtoku zásobníku

Na základě objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody a doby ohřevu vody v ohřívači je možné nejmenší potřebný výkon topné vložky ohřívače Q_z [kW] stanovit podle vztahu:

 , (2)

kde je

V_z

objem zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody [l];

ρ

hustota vody [kg/l], ρ = 1,0 kg/l;

c

měrná tepelná kapacita vody [kJ/(kg.K)], c = 4,2 kJ/(kg.K);

t₁

teplota studené vody [°C], obvykle t₁ = 10 °C;

t₂

teplota teplé vody [°C], obvykle t₂ = 55 °C;

z

doba ohřevu vody v ohřívači [h];

Q_cirk

tepelné ztráty potrubí při cirkulaci teplé vody [kW].

Tento způsob dimenzování předpokládá, že doba ohřevu vody v ohřívači je stejná, jako doba trvání odběrové špičky. Skutečná doba ohřevu vody v konkrétním ohřívači tedy nesmí být delší než doba trvání odběrové špičky.

Tepelné ztráty potrubí při cirkulaci teplé vody jsou součtem tepelných ztrát všech úseků cirkulačního potrubí a přívodního potrubí teplé vody opatřeného cirkulací. Tyto tepelné ztráty je možné stanovit podle ČSN 75 5455 [2]. Tepelné ztráty cirkulačního potrubí se stanoví stejným způsobem jako tepelné ztráty potrubí přívodního. Zjednodušené stanovení tepelných ztrát potrubí je možné provést podle dodatku k technickým pravidlům H-132 98 [3]. Pokud by měla tepelná izolace tloušťku podle vyhlášky č. 193/2007 Sb. [4] a součinitel tepelné vodivosti 0,04 W/(m.K), měla by délková tepelná ztráta potrubí v instalačních šachtách hodnotu 7 W/m a v nevytápěném suterénu hodnotu 10 W/m. U tepelných izolací o tloušťce 20 mm a součiniteli tepelné vodivosti 0,04 W/(m.K) mají délkové tepelné ztráty potrubí v instalačních šachtách hodnotu 7 až 9 W/m a v nevytápěném suterénu 16 až 23 W/m. Přičemž teplota v okolí tepelné izolace je v instalačních šachtách uvažována 25 °C a v nevytápěném suterénu 10 °C. Ke skutečné délce potrubí je třeba přičíst délkové přirážky 1,6 m na každou neizolovanou armaturu a 20 % na uložení potrubí.

Závěr

Metoda stanovení objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody uvedená v tomto příspěvku je jednodušší než metody uvedené v ČSN 06 0320 [1] a ČSN EN 12831-3 [5]. Tato metoda je uvedena také v Sešitu projektanta [6] a dodatku k technickým pravidlům H-132 98 [3]. Při dimenzování ohřívačů touto metodou je nutná znalost součinitele nerovnoměrnosti potřeby teplé vody, který se stanovuje empiricky na základě měření denního průběhu odběru vody. Proto je její použití možné jen u typů budov, u nichž měření proběhla, nebo u kterých je denní průběh potřeby teplé vody znám z odborné literatury, např. [7]. U bytových domů se zatím nepodařilo najít křivku závislosti součinitele nerovnoměrnosti potřeby teplé vody na počtu obyvatel, proto jsou tyto součinitele uvedeny v tabulce (tab. 3). V typech budov, kde byla provedena jen jednotlivá měření (administrativní budova, mateřská škola), je třeba brát hodnoty součinitele nerovnoměrnosti potřeby teplé vody jako orientační. U administrativních budov platí zjištěné součinitele nerovnoměrnosti potřeby teplé vody jen pro velké budovy. Tepelné ztráty ohřívače vody nebo zásobníku teplé vody byly, vzhledem k určité rezervě v objemu vody, který je třeba ohřát, zanedbány. Pokud budou provedena další měření, bude možné tuto metodu používat pro stanovení objemu zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody ve více typech budov a bude také možné další zpřesňování hodnot součinitelů nerovnoměrnosti potřeby teplé vody.

Literatura

1. ČSN 06 0320 Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování. ČNI Praha, 2006
2. ČSN 75 5455 Výpočet vnitřních vodovodů. ÚNMZ Praha, 2014
3. H-132 98 DODATEK 1. Dodatek k technickým pravidlům Ohřívání vody. Zásady pro navrhování. CTI ČR, 2019
4. Vyhláška č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu
5. ČSN EN 12831-3 Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 3: Tepelný výkon pro soustavy přípravy teplé vody a charakteristika potřeb, Modul M8-2, M8-3. ÚNMZ Praha, 2018
6. VAVŘIČKA, R. a kol.: Příprava teplé vody. Sešit projektanta 3 – Pracovní podklady. STP Praha, 2017
7. FUX, O., REIST, J., ZEENDER, E.: Handbuch Vereinigung Schweizerischer Sanitär und Heizungsfachleute. Kapitel 2 Trinkwasser. VSSH, 1998

Seznam označení

c

měrná tepelná kapacita vody [kJ/(kg.K)]

k_TV

součinitel nerovnoměrnosti potřeby teplé vody [--]

n

počet spotřebních jednotek [spotřební jednotka]

Q_cirk

tepelné ztráty potrubí při cirkulaci teplé vody [kW]

Q_z

výkon topné vložky ohřívače [kW]

q_TV,max

maximální specifická potřeba teplé vody [l/(spotřební jednotka·den)]

t₁

teplota studené vody [°C]

t₂

teplota teplé vody [°C]

V_z

objem zásobníkového ohřívače nebo zásobníku [l]

z

doba ohřevu vody v ohřívači [h]

ρ

hustota vody [kg/l]

ψ

součinitel mrtvého prostoru [--]

Poděkování

Příspěvek je zpracován v rámci projektu FAST-J-20-6522 Měření a analýza špičkových průtoků a spotřeb vody v budovách. Návrh zásobníku byl takto prezentován v rámci konference Vytápění 2023 v Třeboni a po úpravách a připomínkách recenzenta publikován na TZB-info.