Nejvyšší komfort přípravy teplé vody pro kondenzační kotle CerapurModul firmy Junkers
Požadovanému komfortu zásobování teplou vodou musí odpovídat použité technické řešení přípravy teplé vody. Progresivním a energeticky úsporným řešením v oblasti rodinných domů, menších živnostenských provozoven atp. je kombinace plynového kondenzačního kotle jako zdroje tepla a zásobníku teplé vody s vrstveným ukládáním.
Tento způsob přípravy teplé vody je založen na ohřevu studené pitné vody průtokovým způsobem v deskovém výměníku od otopné vody z kotle, tedy mimo zásobník, přičemž ohřátá pitná voda, nebo-li teplá voda, se do zásobníku ukládá shora. Při nabíjení zásobníku přes deskový výměník je využíván plný výkon kotle, neboť na primární straně výměníku je trvale vysoký teplotní spád a vysoký průtok, oproti zásobníkům s nabíjecí smyčkou, kde se teplotní spád při nabíjení zásobníku postupně snižuje a s ním klesá i samotížná cirkulace ohřívané vody v zásobníku. Vrstveným nabíjením se proto zkracuje celková doba ohřevu zásobníku a odpadá cyklování kotle při konečném dohřevu zásobníků s nabíjecí smyčkou. Tímto principem nabíjení zásobníku se daří více vychladit vratnou vodu do kotle, a to zvyšuje podíl využití efektu kondenzace při ohřevu TV. Konstrukční řešení zásobníku i průtoky jsou dimenzovány tak, aby se minimalizovalo promíchávání vrstev vody s různou teplotou uložené v zásobníku. Proto je v horní vrstvě zásobníku připravena k odběru teplá voda s požadovanou teplotou. Princip činnosti vrstveného zásobníku lze pochopit z obrázku 1. Vlevo je kotel se zcela vybitým zásobníkem. Řídicí jednotka zapne kotel a dobíjecí čerpadlo. Čerpadlo ze spodní části zásobníku nasává studenou vodu, vede ji přes deskový výměník, kde se ohřívá a shora ji ukládá do zásobníku. V ukázkovém případě dojde k plnému nabití zásobníku za 30 minut. Je evidentní, že při této činnosti musí být sladěny tepelné výkony kotle a deskového výměníku s výkonem nabíjecího čerpadla, aby nabíjení probíhalo plynule bez přerušení.
Obr. 1
V praxi je tento princip modifikován. Nabíjecí proces nezačíná až při plně vybitém zásobníku, ale dříve. Kotle Junkers CerapurModul odvozují start nabíjení od poklesu teploty vody v určité výši ode dna zásobníku. Při vybíjení zásobníku, nebo-li odběru teplé vody z horní části zásobníku do něj natéká ze spodu studená pitná voda. Když hladina narůstající vrstvy studené vody dosáhne až k teplotnímu čidlu, nastartuje se proces nabíjení zásobníku. Vzhledem k použité výšce umístění čidla NTC 1 ode dna zásobníku kotlová jednotka Junkers nespíná při každém krátkodobém odběru teplé vody, ale až při větším průtoku nebo po vyčerpání odpovídajícího objemu teplé vody ze zásobníku.
Obr. 2 Započal odběr teplé vody (a) a hladina vrstvy studené vody stoupá.
Proces nabíjení zásobníku se nastartuje, pokud hladina studené vody
dosáhne k teplotními čidlu 1 (b)
V závislosti na velikosti odběru teplé vody se vrstva studené vody zvětšuje nebo zmenšuje. Při doporučeném provozu nedojde zcela k vybití zásobníku a po ukončení odběru teplé vody proces nabíjení zásobníku pokračuje tak dlouho, dokud druhé teplotní čidlo NTC 2 umístěné na výstupu z tepelného výměníku nezjistí nadměrné zvýšení teploty. Pak se proces nabíjení se zastaví, viz obr. 3.
Obr. 3 Pokud je odběr teplé vody ukončen, klesá hladina vrstvy studené
vody vlivem probíhajícího nabíjecího procesu dolů. Po nasátí teplé vody
dobíjecím čerpadlem a jejím průchodu přes výměník se na výstupu z výměníku
nadměrně zvýší její teplota a proces nabíjení je ukončen
Popsaný základní princip použitý v zařízeních Junkers CerapurModul je v technicky vyšších řadách dále modifikován.
Je možné měnit teplotu, při které je zahájen proces nabíjení. Pokud se přechodná vrstva vody na styku studené a teplé vrstvy pohybuje, tak čidlo zaznamenává rychlost změny teploty a tento parametr je využit pro zapínání nabíjecího procesu a jeho řízení.
Jiné technické vylepšení je na obrázku 4. Zde je do přívodu studené pitné vody vřazena turbínka, která snímá velikost průtoku. Řídicí jednotka pak má k dispozici více údajů, a to teplotu z čidla na těle zásobníku, rychlost změny teploty z tohoto čidla a velikost průtoku studené vody, nebo-li velikost odběru teplé vody. Je zřejmé, že se znalostí těchto tří hodnot může být proces nabíjení zásobníku řízen mnohem přesněji než jen s využitím dvou teplotních čidel. Proces nabíjení může být zahájen ještě dříve, než hladina studené vrstvy dostoupí k teplotnímu čidlu NTC 1, pokud turbínkou proteče určité množství vody. Podle velikosti odběru teplé vody může řízení například i odhadnout, že jde o napouštění vany a zvolit plný výkon přípravy teplé vody, ještě dříve, než se změny teplot v zásobníku plně projeví na teplotním čidle.
Obr. 4 Turbínka v přívodu studené vody může spustit start nabíjecího
procesu dříve, než teplotní čidlo identifikuje zvýšení hladiny studené vrstvy vody
Další optimalizační možnosti přináší použití dvou teplotních čidel na těle zásobníku, viz obr. 5. Každý zásobník teplé vody má tepelné ztráty, přestože je snahou výrobce tyto ztráty minimalizovat. Na výsledné ztráty má vliv jak tepelná izolace, tak teplota vody v zásobníku. Proto je výhodné ji držet co nejníže. Tento požadavek je však v protikladu k požadavku maximálního komfortu při zásobení teplou vodou, nebo-li co největší zásoby plně ohřáté vody. Protiklad lze řešit časovým rozlišením, naprogramováním komfortního režimu a režimu ECO. Proces nabíjení může být spouštěn buď od nižšího NTC 1 (větší zásoba teplé vody) nebo vyššího NTC 2 (menší zásoba teplé vody) teplotního čidla. Režim ECO může být vhodný například přes den nebo v pozdní noci, kdy se nikdo nekoupe. Je evidentní, že menší zásoba teplé vody v režimu ECO znamená menší tepelnou ztrátu zásobníku a úsporu energie.
Obr. 5 Použití dvou teplotních čidel pro snímání teploty vody v zásobníku
přináší další možnosti úspor energie
Kombinace plynového kondenzačního kotle se zásobníkem pro přípravu teplé vody je ideálním předstupněm pro využití solárních kolektorů. Rozšíření kotlové řídicí jednotky o procesor řídící chod solárního systému je vždy cenově přijatelnější než instalace samostatné řídicí jednotky a přitom je zajištěna těsná spolupráce obou systémů s přednostním využitím sluneční energie. Technické řešení využívající dvě teplotní čidla na těle vrstveného zásobníku kombinovaného se solárním systémem je na obrázku 6.
Obr. 6 Vrstvený zásobník pro přípravu teplé vody s využitím solárního
systému Junkers
Pro využití solárního systému je zásobník zvětšen a v dolní části doplněn spirálovým tepelným výměníkem s potřebnou teplosměnnou plochou. Princip vrstveného nabíjení zásobníku kondenzačním kotlem s využitím dvou teplotních čidel je prakticky totožný, rozdílný je pouze snížený dosah trubky pro nasávání studené vody směrem dolů. Tímto opatřením je umožněno, aby voda nasávaná čerpadlem k ohřevu v deskovém výměníku byla předehřátá solárním systémem. Volbou dvou různých objemů zásoby teplé vody v horní části zásobníku v tomto případě nesledujeme jen potlačení tepelných ztrát, ale i zvětšení nebo zmenšení objemu pro ukládání tepla ze solárního systému. V létě například zvolíme start nabíjení podle výše umístěného čidla (NTC2) na těle zásobníku s větším akumulačním prostorem pro teplo ze Slunce a v zimě start podle níže umístěného čidla (NTC1) s menším akumulačním prostorem. Pokud je dostatek tepla ze Slunce, tak nabíjecí proces není vůbec spouštěn a naskýtá se možnost maximálního využití přínosu slunečních kolektorů a patentovaného algoritmu SolarInside, který u Junkers zařízení dokáže přinést další nezanedbatelné provozní úspory.
Tepelná čerpadla, klimatizace, plynové kondenzační kotle, atmosférické kotle, elektrokotle, plynové průtokové ohřívače, zásobníky TUV, regulace, solární systémy.
