Wymienniki ciepła w instalacji c.w.u. - zasada działania

Print image
Copy link image
time image Artykuł na: 17-22 minuty
Wymienniki ciepła w instalacji c.w.u. - zasada działania

Wydajna instalacja c.w.u. (ciepłej wody użytkowej) jest jednym z istotnych elementów decydującym o komfortowym użytkowaniu domu. Przy wyborze urządzeń podgrzewających musimy brać pod uwagę dostępne dla nas źródła energii i ich lokalizację oraz przewidywane zużycie ciepłej wody. Systemy c.w.u. współpracują najczęściej z instalacją centralnego ogrzewania, która pełni funkcję źródła ciepła, przekazując energię w sposób przepływowy lub za pośrednictwem zasobnika.

Systemy podgrzewania c.w.u.

W zależności od możliwości technicznych, rozległości instalacji c.w.u. oraz wymaganej wydajności montowane są urządzenia przepływowe lub pojemnościowe. Urządzenia przepływowe umożliwiają czerpanie wody przez nieograniczony czas, ale intensywność strumienia i jej temperatura zależy od mocy grzewczej podgrzewacza. Natomiast urządzenia pojemnościowe zapewniają uzyskanie dowolnej intensywności czerpania, jednak przez czas ograniczony pojemnością zbiornika c.w.u. i akceptowalnym spadkiem temperatury wypływającej wody.

Urządzenia przepływowe podgrzewają wodę na bieżąco, a źródło ciepła - zazwyczaj w postaci kotła gazowego - załącza się automatycznie po otwarciu zaworu czerpalnego baterii. Te kotły mogą zasilać tylko jeden punkt czerpania ciepłej wody lub pracować jako urządzenie wieloczerpalne, a o ich wydajności decyduje moc grzewcza limitująca przepływ wody o pożądanej temperaturze.

Przyjmuje się, że przy wydajności 5 l/min i podgrzaniu wody do 35°C (temperatura wypływu 40-45°C zależnie od temperatury doprowadzonej zimnej wody) - moc grzejna powinna wynosić co najmniej 12 kW. Jest to moc wystarczająca przy korzystaniu z jednej baterii umywalkowej, zlewozmywaka czy natrysku, ale w praktyce pożądana moc podgrzewania to ponad 20 kW, co zapewni komfortowy, pobór ciepłej wody, np. z dwóch baterii i szybkie napełnienie wanny. Wadą podgrzewaczy przepływowych jest zmienność strumienia wody, gdy korzystamy jednocześnie z dwóch punktów czerpania, a także oczekiwanie na wypływ ciepłej wody, gdy podgrzewacz znajduje się w dużej odległości od baterii.

Urządzenia pojemnościowe - zasilane z instalacji centralnego ogrzewania - instalowane są jako oddzielne zbiorniki nazywane zasobnikami. Mogą współpracować praktycznie z dowolnym źródłem ciepła - kotłem gazowym, na paliwo stałe, pompą ciepła czy instalacją solarną - a ich wielkość dobierana jest do planowanej wydajności poboru c.w.u..

W domach jednorodzinnych instalowane są najczęściej zasobniki o pojemnościach 100-200 l. Pracują one cyklicznie w trybie ładowania, magazynowania i poboru ciepłej wody, dlatego istotny jest stosunek mocy ładowania do pojemności zbiornika. Duża moc zapewnia szybki wzrost temperatury po wyczerpaniu ciepłej wody i utrzymanie stabilnego poziomu temperatury podczas poboru c.w.u.. Z magazynowaniem ciepłej wody, zwłaszcza przez dłuższy czas, łączą się straty cieplne, zależne od izolacyjności termicznej zbiornika i osprzętu oraz temperatury otoczenia. Orientacyjnie można przyjąć, że w ciągu doby ze zbiornika uchodzi ok. 1 kWh energii na każde 100 l jego pojemności.

Zasobnik c.w.u. Galmet
W domach jednorodzinnych najczęściej instaluje się zasobniki o pojemności 100-200 l, fot. Galmet.

Współpraca instalacji c.w.u. ze źródłami ciepła

Najczęściej montowanymi urządzeniami do całorocznego przygotowania ciepłej wody są kotły gazowe dwufunkcyjne lub jednofunkcyjne, współpracujące z zasobnikiem. Kotły dwufunkcyjne podgrzewają wodę w sposób przepływowy, zatem ich moc powinna zapewniać uzyskanie dostatecznej wydajności wypływu c.w.u. i zawiera się w granicach 24-28 kW. Często tak duża moc nie jest potrzebna do zasilania instalacji centralnego ogrzewania, ale nowoczesne kotły wyposażone są w modulowane palniki, które pozwalają na optymalną pracę przy obciążeniu w zakresie 20-100% mocy nominalnej. Niekiedy kotły wyposażone są w niewielki zbiornik buforowy, co umożliwia uzyskanie natychmiastowego wypływu ciepłej wody i podłączenie obiegu cyrkulacyjnego.

Kotły dwufunkcyjne to kompaktowe urządzenia zawierające wszystkie elementy niezbędne do zasilania centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. W trybie c.w.u. kocioł automatycznie po odkręceniu kranu z ciepłą wodą przełącza zawór trójdrogowy na mały obieg, odłączając czasowo zasilanie c.o.. Podgrzana woda kotłowa krąży wtedy między komorą spalania a wymiennikiem płytowym, który przekazuje ciepło do przepływającej przez niego zimnej wody. Dzięki temu wymiennikowi następuje też hydrauliczne rozgraniczenie obiegu wody kotłowej i w instalacji c.w.u.. W nowoczesnych kotłach układy elektroniczne utrzymują nastawioną temperaturę na stałym poziomie - niezależnie od intensywności przepływu wody mierzonej przez turbinę elektryczną.

Wbudowany w kocioł wymiennik płytowy ma odpowiednie parametry przekazywania ciepła, dostosowane fabrycznie do maksymalnej wydajności przepływu c.w.u. o regulowanej temperaturze - najczęściej do 60°C.

Kocioł gazowy dwufunkcyjny
Kompaktowy kocioł gazowy dwufunkcyjny zasila instalację c.o. i przygotowuje c.w.u., Immergas.

Kotły gazowe jednofunkcyjne współpracują z instalacją c.w.u. za pośrednictwem zasobnika, który pełni funkcje wymiennika ciepła i magazynowania ciepłej wody. Funkcjonowanie takiej instalacji przebiega podobnie jak w kotle dwufunkcyjnym, ale załączanie podgrzewania wody w zasobniku następuje po obniżeniu się jej temperatury poniżej nastawionej wartości. W tym momencie przełącza się zawór trójdrogowy kotła, kierując ciepłą wodę do obiegu w zasobniku, gdzie następuje wymiana ciepła poprzez wężownicę lub płaszcz zbiornika. Gdy woda osiągnie nastawioną temperaturę, przełącza się zawór trójrożny i kocioł przechodzi w tryb zasilania centralnego ogrzewania.

W celu zapewnienia komfortowego korzystania z ciepłej wody, oprócz dostatecznej pojemności zasobnika, trzeba ocenić efektywność przekazywania ciepła przesyłanego z kotła. W dokumentacji zasobnika powinny być podane wartości mocy wymiany ciepła dla określonych parametrów wody grzejnej i zmagazynowanej. Przykładowo w zasobniku o pojemności 100 l przekazywana moc grzejna, określona przez producenta to 8 kW, pod warunkiem zasilania z kotła wodą o temperaturze 70°C, a w zbiorniku utrzymywana będzie temperatura 45°C przy zasilaniu z sieci wodociągowej wodą o temperaturze 10°C. Wartości te odnoszą się do określonego przepływu po stronie grzejnej, który zależy od wydajności pompy obiegowej kotła. Moc wymiany ciepła w zasobniku wpływa na stabilność temperatury c.w.u., zwłaszcza przy dłuższym i intensywnym jej czerpaniu. Zbyt mała moc spowoduje odczuwalny, powolny spadek temperatury wody.

Kocioł gazowy jednofunkcyjny z zasobnikiem
Kocioł gazowy jednofunkcyjny zintegrowany z zasobnikiem c.w.u., fot. Viessmann.

Wymiana ciepła w zasobniku może odbywać się dzięki rurowej wężownicy lub jego dwupłaszczowej konstrukcji. Pod względem użytkowym ma to wpływ na:

  • rozkład temperatur zgromadzonej wody,
  • efektywność wymiany ciepła,
  • tzw. straty postojowe.

Zasobniki dwupłaszczowe mają z reguły większą powierzchnię wymiany ciepła, ale generują też wyższe straty energii przez gorącą warstwę zewnętrzną. Współpraca instalacji c.w.u. z innymi źródłami zasilającymi centralne ogrzewanie w postaci kotłów węglowych, pomp ciepła czy kolektorów słonecznych odbywa się poprzez wykorzystanie wymiany ciepła w zasobnikach, przy czym ich konstrukcja powinna być dostosowana do parametrów zasilania i umożliwiać, np. ładowanie warstwowe.

Przy współpracy z kotłami na paliwo stałe zasobniki z reguły wyposażane są w dodatkowe grzałki elektryczne, co pozwala na podgrzewanie wody poza sezonem grzewczym. Ładowanie ciepłem tych zasobników z kotła węglowego odbywa się bezpośrednio wodą grzejną z instalacji c.o. lub oddzielnym obiegiem z własną pompą i układem załączania termostatem. Współpraca z pompą ciepła przebiega podobnie jak przy zasilaniu z jednofunkcyjnego kotła gazowego. Natomiast zasobniki do współpracy z kolektorem słonecznym mają podwójną wężownicę, co umożliwia podłączenie kotła na okres zimowego zasilania, gdy ograniczone nasłonecznienie nie pozwala na efektywne pozyskiwanie c.w.u. z solarów.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Martyna Nowak-Ciupa

fot. otwierająca: Viessmann

Dodaj komentarz

time image
time image
Zobacz inne artykuły
Zmiękczacz do wody: 5 argumentów, dlaczego warto go mieć w domu
Zmiękczacz do wody: 5 argumentów, dlaczego warto go mieć w domu
Zadaj pytanie ekspertowi Masz wątpliwości lub dodatkowe pytania? Napisz do nas!
expert image
Akceptowane formaty plików: 'jpg', 'jpeg', 'gif', 'bmp', 'png'. Dodawanie wielu plików - wciśnij CTRL.
Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Administrator danych osobowych: AVT-Korporacja sp. z o.o. z siedzibą: ul. Leszczynowa 11, 03-197 Warszawa. Cel przetwarzania danych: udzielenie odpowiedzi na zadane pytanie. Okres przetwarzania danych: Twoje dane przetwarzane będą do czasu istnienia podstawy do ich przetwarzania – czyli w tym konkretnym przypadku, do czasu udzielenia odpowiedzi. Masz prawo do: dostępu do Twoich danych, ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania, wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych lub ich przenoszenia. Możesz: odwołać zgodę na przetwarzanie Twoich danych osobowych, zażądać, by Twoje wszystkie dane zostały usunięte. Podstawy prawne: art. 5, 6, 12, 13 Ogólnego rozporządzenia o ochronie danych osobowych (RODO). Czytaj więcej
Dodano plik do wysłania
Poradnik
Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!
Dom Energooszczędny Vademecum 2021

Dom Energooszczędny Vademecum

ABC Budowania 2021

ABC Budowania

Jak budować bez błędów

Wnętrza 2022

Wnętrza

Nowoczesne, stylowe, piękne wnętrza - zasady, porady, inspiracje

Czas na Wnętrze maj 2022

Czas na Wnętrze

Magazyn wnętrzarski pełen inspiracji

Twój Dom Twój Styl 2021

Twój Dom Twój Styl

Poradnik shoppingowy

Budujemy Dom kwiecień 2022

Budujemy Dom

Czasopismo budowlane dla budujących dom i wykonawców

Dom Polski 2022

Dom Polski

Jak zbudować dom tańszy niż mieszkanie

Nowoczesne Instalacje 2022

Nowoczesne Instalacje