Je solární ohřev vody vhodný do bytových domů?

Solární technika umožňuje získávání energie ze Slunce. Nestačí však energii získat, je třeba mít možnost získanou energii účelně využívat. Autor ve svém článku popisuje nevhodné připojení solární techniky ke stávajícímu zařízení pro rozvod a cirkulaci teplé vody v bytovém domě. Zásah do hydrauliky původní instalace způsobil závady v dodávce teplé vody. Autor popisuje i nutné kroky vedoucí k nápravě.

Recenzent: Jiří Matějček

Je více domů, ve kterých se snaží jejich majitelé snížit náklady na vytápění a přípravu teplé vody. Je i více cest, jak toho dosáhnout. Jednou z nich je při přípravě teplé vody využít solární soustavu. Může to být výhodné u domů, které mají vlastní zdroj tepla, ať už jde o plynovou kotelnu nebo zdroj tvořený tepelnými čerpadly, ale i předávací stanici napojenou na blízký nebo dálkový zdroj tepla. Nepříliš probádanou oblastí jsou soustavy v domech, které jsou napojené na čtyřtrubkový systém rozvodu tepla a teplé vody z centrální výměníkové stanice. Popsaný příklad dokumentuje, že ne všechny cesty k úsporám jsou správné.

Tvořivost technicky zdatných jedinců, respektive jedinců, kteří jsou o svých schopnostech přesvědčeni, je v některých domech někdy obdivuhodná. Přece to není tak složité. V solární soustavě je jen několik málo prvků, jako solární panely, akumulační nádoba se dvěma topnými vložkami a průběžný rozvod teplé vody s cirkulací. Stačí tedy jen několik čerpadel, armatur a vhodně to všechno propojit. Odpojit stoupačky od původního rozvodu a napojit je na nově vymyšlený systém přípravy teplé vody.

Zajímavé přitom je, že taková zapojení, vzniklá z technického nadšení pro věc, mohou být funkční a nějakou dobu i ekonomicky výhodná. Jeden takový případ je popsán v následujícím článku. Je potřeba upozornit na to, že se nejedná o systém vhodný k následování. Ne pro jeho nefunkčnost, ale pro jeho negativní vliv na další objekty, které jsou napojeny na stejný rozvod teplé vody a její cirkulaci (TV + C).

Popis technického řešení

Na obr. 1 je vidět konfigurace objektů zásobovaných teplou vodou z výměníkové stanice.
Obvyklý a odborným projektem navržený stav byl posléze narušen.

V objektu „A“ je umístěna výměníková stanice. Z ní vychází rozvod TV + C. Postupně prochází objekty „B“, „C“ a „D“. V každém z objektů jsou na vodorovný rozvod napojeny stoupačky teplé vody s cirkulací. V objektu „A“ a „D“ je 12 bytů, v objektech „B“ a „C“ pak 18 bytů.

Privatizace jednotlivých objektů, nikoliv celku s jednotnou otopnou soustavou, umožnila, aby každý objekt přistupoval ke svému zásobování teplem i TV samostatně. Vlastník objektu „B“ se rozhodl využít solárních panelů pro snížení nákladů na přípravu teplé vody.

Jeho prvním krokem bylo odpojení stoupaček TV + C od původního vodorovného rozvodu procházejícího objektem a jejich napojení na výstup z nové strojovny. TV napojil na vývod teplé vody nahoře z akumulační nádoby a cirkulaci napojil na níže umístěný příslušný vývod z nádoby. Proti tomuto řešení nelze technicky nic namítat. Jeho dalším krokem však bylo to, že na přerušené vývody od vodorovného potrubí TV + C z výměníkové stanice napojil potrubí nové. Potrubí TV napojil na horní přípoj topné vložky v akumulační nádobě a přes řízený ventil i na nové potrubí TV vedoucí do bytů. Potrubí C propojil se spodním vstupem do horní topné vložky a navíc je opatřil čerpadlem, aby zajistil, podle potřeby, oběh TV z vodorovného rozvodu přes vložku do C vodorovného rozvodu. Zjednodušené schéma strojovny a propojení s původním rozvodem TV + C je na obr. 2.

Jak nový systém funguje?

Potrubí od solárních panelů s nemrznoucí směsí je zavedeno do spodní topné vložky akumulační nádoby. Pokud kolektory poskytují dost tepla, je toto teplo využito k ohřevu studené pitné vody přiváděné do akumulační nádoby zespoda. Z rozvodu TV + C, který prochází jednotlivými objekty a od kterého byly odpojeny stoupačky v objektu „B“, je vyvedeno potrubí TV + C. Potrubí TV je zavedeno na vstup horní topné vložky akumulační nádoby, cirkulační potrubí pak na výstup topné vložky. Do cirkulačního okruhu je osazeno oběhové čerpadlo, okruh je vybaven měřičem tepla, který měří množství tepla odebraného z cirkulačního okruhu.

Studená voda je přivedena do spodní části akumulační nádoby, cirkulace z domovního rozvodu do střední části nádoby. Nádoba je vybavena elektrickým dohřevem. Pro případ nulové dodávky tepla ze solárního zařízení, případně nedostatečného ohřevu cirkulační smyčkou, je umožněn i přímý odběr teplé vody propojovacím potrubím TV s vodoměrem přes ventil do rozvodu v objektu.

Objekt se po většinu času spokojí s teplotou teplé vody 45 °C. V případě požadavku na vyšší teplotu se zapojí elektrický ohřev nebo se otevře obtok teplé vody s vodoměrem.

Jak je to přesně s měřením spotřebovaného tepla a teplé vody? Přímá spotřeba teplé vody ze společného vodorovného rozvodu obtokem nádrže je měřena pomocí vodoměru. Pro rozúčtování mezi jednotlivé domy je porovnávána se součtem vodoměrů teplé vody ostatních domů. Jedná se o relativně velmi malou spotřebu. Obtok je používán jen krátkodobě v době ranní a večerní špičky odběru teplé vody, kdy teplota z vlastního zařízení klesá pod 45 °C.

Teplo odebrané z cirkulačního okruhu je měřeno měřičem tepla s čidly v potrubí teplé vody a potrubí cirkulačním. Účtováno je cenou tepla pro přípravu teplé vody smluvně danou dodavatelem.

Stížnosti na nefungující cirkulaci teplé vody v okolních objektech napojených na stejný vodorovný rozvod TV + C začaly na počátku topné sezóny, hned po instalaci solárních panelů a uvedení nové strojovny v domě „B“ do provozu. Vzhledem k předchozímu dlouhému období bez stížností nebylo jasné, zda jsou stížnosti uživatelů bytů v okolních domech oprávněné a jaká by mohla být jejich příčina.

Co se zjistilo?

Příprava teplé vody ve výměníkové stanici byla klasická, s drobnými nedostatky, které neměly vliv na správnou funkci systému. Instalováno bylo cirkulační čerpadlo WILO STAR-Z 20/7, jehož charakteristika je na obr. 3.

Jde o čerpadlo s nejvyšším výkonem v dané řadě cirkulačních čerpadel. Při ověřování pravděpodobného provozního bodu cirkulačního čerpadla ve výměníkové stanici se vyšlo z počtu bytů, počtu výtokových jednotek, průměrného cirkulačního průtoku na jednu výtokovou jednotku a obvyklého rozložení průtoku mezi jednotlivé domy. Výsledek je v tab. 1.

Při průtoku cca 3 m³·h^–1 má čerpadlo WILO STAR-Z 20/7 tlakový přínos necelých 40 kPa, tedy hodnotu s největší pravděpodobností dostačující.

Kontrola stavu vyvážení rozvodu TV ukázala zajímavou věc. Vyvažovací ventily byly osazeny na všech přípojkách stoupaček, ale v plně otevřené poloze a v dimenzi potrubí.

V plně otevřené poloze nemají vyvažovací ventily žádný praktický význam. Navíc jsou v dimenzi potrubí, kdy jejich extrémně nízká tlaková ztráta je pod prahem měřitelnosti průtoku. V posledním napojeném objektu „D“ bylo v cirkulačním potrubí instalováno tzv. „posilovací“ čerpadlo, které neutěšený stav nemohlo zlepšit.

Při podrobném prověřování stavu byla v objektu „B“ objevena strojovna s popsaným schématem zapojení. Podle předložené technické dokumentace strojovnu vyprojektoval autorizovaný inženýr, který rovněž zajistil souhlas s realizací od teplárenské společnosti.

Příčina chyb

Cirkulační čerpadlo WILO Star Z 25/2, instalované v objektu B ve strojovně okruhu topné vložky akumulační nádoby, na jedné straně umožňuje významné zvýšení průtoku v topné vložce akumulační nádoby, i zvýšení přenosu tepla do studené, nebo solárním ohřevem předehřáté vody. Na druhé straně svou činností vážně narušuje hydrauliku celého okruhu TV + C ostatních napojených domů.

Bez odběru teplé vody vytváří cirkulační čerpadlo WILO STAR-Z 20/7 ve výměníkové stanici na sací straně podtlak v celém rozsahu cirkulačního potrubí. Pokud se kdekoliv v rozvodu instaluje další, tzv. „posilovací“ čerpadlo, což se v tomto případě v objektu „B“ stalo, pak stejně jako u čerpadla ve zdroji má toto čerpadlo WILO Star Z 25/2 sací a výtlačnou stranu.

Sací strana „posilovacího“ čerpadla odčerpává teplou vodu z cirkulačních stoupaček posledního domu a tlačí ji směrem k sání čerpadla ve výměníkové stanici. Jde o sériové zapojení čerpadel, kdy mezi výtlačnou stranou „posilovacího“ čerpadla“ a sací stranou centrálního čerpadla vzniká nulový bod, viz obr. 4.

Pokud jsou v nulovém bodě, nebo jeho okolí, napojeny některé ze stoupaček okolních domů, pak teplá voda v těchto domech nemůže cirkulovat. Může začít cirkulovat až v místě, kde je podtlak od centrálního cirkulačního čerpadla stejný, jako byl před instalací „posilovacího“ čerpadla.

Ani stoupačky napojené před „posilovacím“ čerpadlem na tom nejsou lépe. Podtlak menšího, „posilovacího“ čerpadla vytváří menší podtlak, než by vytvářelo centrální cirkulační čerpadlo v případě, že by byl rozvod hydronicky vyvážen. Rozvod TV + C s jedním, nebo více „posilovacími“ čerpadly se nedá vyvážit.

K uvedení cirkulačního okruhu do provozuschopného stavu by bylo zapotřebí:

1. Demontovat „posilovací“ čerpadlo v domě „B“.
2. Osadit před vstupem teplé vody do topné vložky akumulační nádoby vyvažovací ventil, který by zajistil maximální cirkulační průtok 0,729 m³·h^–1 (viz tabulku), tedy průtok, který by odpovídal objektu „B“ před instalací zařízení pro solární ohřev. Tím by ale klesl význam zabudovaného zařízení na minimum.
3. Přepočítat tepelně a hydraulicky celý rozvod TV + C, zaměnit dimenze všech vyvažovacích ventilů za menší, výpočtové přednastavení ventilů ověřit měřením a vypracovat měřicí protokol pro dokumentaci žádaného stavu.

V praxi se pro statické vyvažování cirkulačních okruhů nejvíce osvědčil ventil STAD. V dimenzi DN10 má široký rozsah K_v hodnot, od 0,09 do 1,47 a postačí tak pro vyvažování většiny cirkulačních okruhů. Samozřejmě se dají použít i vyvažovací ventily všech ostatních výrobců, kteří však obvykle mají pro potřebný rozsah K_v hodnot dva typy ventilů, které se na stavbě dají snadno zaměnit. Pokud taková chyba vznikne, nedá se snadno dohledat.

Co říci na závěr?

Pokud by čtenář čekal happy end, bude zklamán. Když dodavatel tepla jednou takové zařízení odsouhlasí, nesnadno se hledá cesta zpátky. A tak se do rozvodu teplé vody na cirkulaci do ostatních objektů zřejmě budou osazovat další „posilovací“ čerpadla, bude se manipulovat hlavicemi předimenzovaných vyvažovacích ventilů. Uživatelé bytů uvidí, že se něco děje, že se někdo přece jenom snaží jejich problém řešit. K technicky správnému řešení to však těžko povede.

---

Poznámka Jaroslava Šípala

Je-li měření teplé vody (TV) a tepelné energie (TE) provedeno podle obr. 2 v článku Ing. Bajgara, tak se jedná o zapojení měření TV + TE podle metody A.

Měření metodou A

Tento typ měření TV má schválení typu a dodává ho firma Coopterm Jindřichův Hradec. Teplá voda z centrálního rozvodu vstupuje do výměníku a dodává TE, která kryje ztráty TE při cirkulaci TV v zásobovaném objektu. Při odběru TV některým z odběratelů dojde k poklesu tlaku, a tím je dán impulz k otevření přepouštěcí armatury na ochozu a doplnění TV do rozvodu objektu. Průtok TV ochozem je měřen vodoměrem. Dodavatel služby tak získá přehled o odebraném množství TV a TE, který je pak podkladem pro fakturaci.

Zapojení se solárními kolektory

Horní topný had v akumulační nádobě je možné považovat za rekuperační výměník měření metody A. Rozdíl je ale v tom, že výrobek firmy Coopterm je úředně schválené měřidlo, toto nikoliv. Tato skutečnost ovšem ničemu nebrání, pokud se dodavatel s odběratelem dohodli na uvedeném získávání podkladů pro fakturaci.

U klasického měření TV + TE metodou A je na jedné straně zdroj TV + TE (na obr. 1 vlevo) a na druhé straně spotřebič. Toto uspořádání zdroje a spotřebiče není možno měnit.

V popisovaném případě by mohla nastat situace, že tepelný zisk kolektorů v kombinaci s minimálním nebo nulovým odběrem TV je tak velký, že voda v akumulační nádobě bude mít vyšší teplotu než je teplota přívodní vody v centrálním rozvodu. Důsledkem toho může být také skutečnost, že teplota TV v akumulační nádobě bude vyšší než je povolených 60 °C. Tím dojde ke změně uspořádání zdroje a spotřebiče. V okamžiku, kdy rozdíl teplot TV a cirkulace z centrálního rozvodu bude menší než 2 popř. 3 K dojde k zablokování měření TE na vstupu do objektu. To je sice pro měření v pořádku, otázkou zůstává, jak se tato anomálie projeví v rozvodu TV pro další objekty.

Způsob řešení

Jedním z možných způsobů jak uvedený problém odstranit je rekonstrukce rozvodu TV podle schématu na obr. 2.

Ostatní objekty „A“,„C“, „D“ rovněž vybavit solárními kolektory. Všechny decentrální zdroje pak budou zapojeny do výměníkové stanice, která bude zajišťovat centrální akumulaci a dotápění okruhu TV. Množství spotřebované vody se sice nesníží, ale sníží se spotřeba TE pro přípravu TV v centrálním rozvodu.

---

Is solar water heating suitable for residential homes?

The author in his article describes improper connection of solar technology to existing devices for distribution and circulation of hot water in an apartment building. Intervention in hydraulics original installation caused the failure in the supply of hot water. The author also describes the necessary steps to remedy the situation.