Utrzymanie temperatury CWU - gorący temat

fot. Instalacja z pompą ciepła 66 kW

Branża budowlana, jako jeden z największych odbiorców energii, znajduje się pod stałym nadzorem i kontrolą zużycia energii. W obowiązujących przepisach budowlanych zgodnie z dyrektywą EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) sformułowano następujące podstawowe wymaganie dotyczące oszczędności energii i izolacyjności cieplnej:

„Budynek i jego instalacje ogrzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne powinny być zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby ilość energii cieplnej, potrzebnej do jego użytkowania, zgodnie z jego przeznaczeniem, była utrzymana na racjonalnie niskim poziomie.”

Dodatkowo zaostrzyły się normy dotyczące wymogów, które musi spełniać instalacja c.w.u. W Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie czytamy:

„W budynkach w instalacji ciepłej wody powinien być zapewniony stały obieg wody, także na odcinkach przewodów o objętości wewnątrz przewodu powyżej 3 dm³ prowadzących do punktów czerpalnych. Instalacja ciepłej wody powinna zapewniać uzyskanie w punktach czerpalnych temperatury wody nie niższej niż 55°C i nie wyższej niż 60°C, przy czym instalacja ta powinna umożliwiać przeprowadzanie jej okresowej dezynfekcji termicznej przy temperaturze wody nie niższej niż 70°C.”

Powyższe zmiany sprawiły, że wybór rodzaju instalacji dystrybucji ciepłej wody jest dziś ważniejszy niż kiedykolwiek, z pełnym naciskiem na obniżenie zużycia energii przy zachowaniu wymaganych parametrów termicznych. W efekcie wielu właścicieli domów jedno- i wielorodzinnych zakupuje pompy ciepła do podgrzewania c.w.u. O ile generalnie jest to krok w dobrym kierunku, często nie zdają sobie oni sprawy ze strat ciepła w układzie dystrybucji. Zapewnienie właściwej temperatury c.w.u. szacowane na ok. 12 proc. zużycia energii  w polskich domach, może mieć większy wpływ na ilość zaoszczędzonej energii niż pozostałych domowych mediów. W konsekwencji wiele osób poszukuje dobrego sposobu na modernizację istniejącej instalacji systemu dystrybucji ciepłej wody.

Rodzaje instalacji dystrybucji wody w budynkach

Jednym z tradycyjnych rozwiązań w zakresie kompensacji strat ciepła w instalacji wodociągowej jest rurociąg cyrkulacyjny. Rurociągi cyrkulacyjne działające na zasadzie „przepływu i powrotu“ zawierają rury powrotne, w których ciepła woda krąży powoli, dzięki czemu jest dostępna natychmiast po odkręceniu kranu. Gdy woda zaczyna się schładzać, pompa cyrkulacyjna podaje ją z podgrzewacza w zamkniętej pętli przez rurę; następnie woda powraca do podgrzewacza.

Alternatywę dla rurociągów cyrkulacyjnych stanowi kompensacja strat ciepła przez samoregulujący przewód grzejny. Przewód układa się pod izolacją pojedynczej rury. Rozwiązanie to sprawia, że woda nie ochłodzi się poniżej punktu utrzymania temperatury 55°C, co zapobiega rozwojowi groźnych bakterii z grupy Legionella. Inteligentna technologia samoregulacji sprawia, że moc grzewcza przewodu dostosowuje się do temperatury rury, a prąd pobierany jest tylko wtedy, gdy temperatura spadnie poniżej wymaganej wartości.

Wydajność energetyczna pod lupą

Które z prezentowanych rozwiązań jest najbardziej efektywne energetycznie? Odpowiedź na to pytanie jest bardziej złożona niż zakładano. Przeprowadzono zatem badanie, które objęło całościowo instalacje c.w.u. wraz z analizą zależności pomiędzy wszystkimi składnikami łącznie ze źródłem ciepła, siecią dystrybucji wody oraz zachowaniami użytkownika. Wszystkie trzy składniki mają na siebie wpływ i są w stanie zwiększać bądź zmniejszać efektywność analizowanego modelu jako całości.

Rozwiązanie najbardziej efektywne energetycznie

Na potrzeby badania zastosowano wydajną instalację z pompą ciepła (66 kW) wraz ze względnie małym zbiornikiem (500 litrów) celem zagwarantowania odpowiedniej temperatury dostarczanej wody. Wnioski oparto na rocznym wskaźniku wydajności (Annual Performance Factor - APF), nie zaś na współczynniku wydajności (Coefficient of Performance - COP). W przeciwieństwie do COP wskaźnik APF bazuje na całej instalacji z pompą ciepła z uwzględnieniem sposobu dystrybucji przez okres jednego roku.

Wyniki studium dowodzą, że rzeczywista efektywność energetyczna (wartość APF) danej pompy ciepła zawiera się znacznie poniżej wartości podanej przez producenta (COP). Jest to bezpośrednia konsekwencja ciągłego poboru mocy przez pompę ciepła i dynamicznego zachowania systemu. W szczególności, krótkie fazy przełączania skutkują niższymi wartościami średnimi.

Sytuacja pogarsza się jeszcze bardziej, gdy z pompą ciepła współpracuje rurociąg cyrkulacyjny. Przy temperaturze powrotnej wody, wynoszącej co najmniej 55°C, woda zapobiega tworzeniu się warstw o różnej temperaturze występujących w zbiorniku c.w.u. dzięki temu, że rura powrotna umieszczona jest w górnej jego części. Im większa strefa mieszania, tym częściej załącza się pompa ciepła celem utrzymania wyższej temperatury na poziomie 55-60°C.

Rozwiązanie z pojedynczą rurą wyposażoną w samoregulujący przewód grzejny Raychem HWAT zapewnia znacznie wyższe wartości ze względu na niską temperaturę powrotną w pompie ciepła. Dodatkową zaletę stanowi fakt, że przewód grzejny przyczynia się do niższej częstości załączania pompy ciepła, wydłużając tym samym cykle pracy.

Samoregulujący przewód grzejny Raychem HWAT

Wnioski

Przedstawione wyniki badań jednoznacznie wskazują, że pojedynczy rurociąg z samoregulującym przewodem grzejnym Raychem HWAT to rozwiązanie podnoszące wydajność energetyczną w przypadku instalacji CWU z pompą ciepła. Technologia samoregulacji dodatkowo optymalizuje zużycie energii. Dalsze oszczędności można uzyskać poprzez ustawienie trybu wyłączenia dziennego przy wysokim zapotrzebowaniu (przepływie) wody oraz zmniejszenie temperatury wody w nocy przy niskim zapotrzebowaniu. System ten zapobiega rozwojowi bakterii Legionella oraz zapewnia natychmiastowy dostęp do ciepłej wody w każdym punkcie czerpalnym, dzięki czemu obniżamy również straty wody.