Voda jako topné médium. Běžná kapalina s nevšedními vlastnostmi
Pokud se nás někdo zeptá na součásti teplovodního ústředního vytápění, většinou si vzpomeneme na zdroj tepla, rozvodné potrubí a otopná tělesa. Voda, která v systému koluje, je tak obyčejná a všudypřítomná, že zůstává v našich myslích v pozadí. Neprávem.
Na začátek si vypůjčím definici z wikipedie, která systém ústředního vytápění definuje jako soubor tepelného zdroje (kotle, tepelného čerpadla apod.), rozvodů a tepelných výměníku, neboli radiátorů. Dále sem patří zásobníky, ventily, měřicí a regulační zařízení atd.
Jednoduché ústřední vytápění bychom nalezli už u starých Římanů, kteří ohřátý vzduch od topeniště rozváděli pomocí kanálů v podlahách a temperovali tak jednotlivé místností. Tuto tzv. teplovzdušnou variantu ústředního vytápění nalezneme v podobě krbových vložek s vzduchotechnickým potrubím dodnes. Vzhledem k malé tepelné kapacitě vzduchu (a souvisejícím požadavku na prostorné šachty, které teplý vzduch vedou) se postupně prosadily systémy parní a teplovodní. Pára zůstala v dálkovém vytápění a voda jako teplonosné médium v otopných soustavách budov.
Unikátní fyzikální vlastnosti vody
Voda je sloučenina vodíku a kyslíku, chemicky označovaná jako H₂O a v přírodě se vyskytující jako sníh, led, voda a vodní pára. Z chemického hlediska je produktem hoření vodíku a kyslíku do podoby nehořlavé a chemicky velmi stabilní látky, dobře známé ve všech třech uvedených skupenstvích. U teplovodního vytápění se využívá řady unikátních fyzikálních vlastností vody v kapalném skupenství:
První z nich je měrná tepelná kapacita vyjadřující schopnost akumulovat teplo. Tato fyzikální veličina se značí písmenem C a udává množství energie nutné k ohřátí tělesa o 1 ˚C. Jednotkou je joule na kilogram a kelvin, J/(kg·K). Měrná tepelná kapacita vody je přitom obrovská – 4180 J/(kg·K). Pro srovnání měď dosahuje 383 J/(kg·K), železo 450 J/(kg·K), beton kolem 1000 J/(kg·K), olej 2000 J/(kg·K) a dřevo 2500 J/(kg·K).
Hustota, jak si pamatujeme ze školních lavic, se značí řeckým písmenem ρ [ró] a vyjadřuje hmotnost objemové jednotky látky (kg/m³). Tato veličina s rostoucí teplotou vody klesá - 1 m³ dvacetistupňové vody váží 998,2 kg, třicetistupňové 995,7 kg, padesátistupňové 988,0 kg a sedmdesátistupňové 977,8 kg.
Třetí do party je tepelná vodivost. Značí se písmenem λ [lambda] a vyjadřuje schopnost látky vést teplo. Veličina má v soustavě SI rozměr W/(m·K), je závislá na teplotě a v případě vody vychází na 0,597 W/(m·K) pro 20 ˚C nebo 0,645 W/(m·K) pro 50 ˚C.
Tepelné čerpadlo jako významný krok k soběstačnému domu
Dům, o němž je řeč, je přestavbou rodinného domu na administrativní budovu s možností její zpětné adaptace na bydlení či kombinaci obojího. Dům není formálně „pasivní“, avšak v…
Funkce vody v teplovodním vytápění
Díky vysoké měrné tepelné kapacitě se voda perfektně hodí jako médium pro transport tepla mezi kotlem a topnými tělesy (radiátory, podlahovým topením apod.). Pro představu běžnou 18mm měděnou trubkou o vnitřním průměru 16 mm se při teplotním spádu 45/35 ˚C a rychlosti proudění 0,5 m/s (teplovodní topení pracuje nejčastěji od 0,2 do 1,0 m/s) přenáší přes 4000 W.
Tepelná kapacita vody se využívá samozřejmě i u zásobníků teplé vody (TUV) a u akumulačních zásobníků. Jedna tuna vody (cca 1 m³) pojme při ohřátí o 1 ˚C cca 1,16 kWh energie, což pro nádobu(y) o objemu 2000 l a pracovní teplotě pohybující se v rozsahu 25 až 55 °C znamená 70 kWh. Relativně nízká tepelná vodivost zároveň umožňuje teplotní vrstvení (stratifikaci) uvnitř zásobníku. Zajímavá je i finanční stránka věci. Zatímco investice do výše uvedeného zásobníku bude v řádu desetitisíců, baterie o stejné kapacitě by vyšly při dnešních cenách klidně na půl milionu.
Tepelné čerpadlo + fotovoltaická elektrárna + solární ohřev = optimalizace
Trendy v oblasti vytápění a ohřevu vody jsou určovány alternativními přístupy. Jedním z nich je využití tepelného čerpadla jako hlavního topného zařízení. To využívá pro svůj…
Hustota vody závislá na teplotě otevírá cestu k návrhu topné soustavy s přirozeným (samotížným) oběhem vody, kdy díky rozdílné hustotě kapaliny v přívodní a vratné větvi vzniká v systému tzv. samotížný nebo také účinný vztlak, který pokrývá tlakové ztráty při proudění vody.
Tepelná čerpadlo vzduch-voda Vitocal 150-A (250-A) s výstupní teplotou až 70 °C představují novou generaci tepelných čerpadel speciálně vyvinutou pro modernizaci otopné soustavy starších domů. Stávající radiátory lze využívat i nadále. Podlahové topení není nutně potřeba. Tepelná čerpadla se vyznačují vysokou energetickou účinností, tichým provozem, komfortním ovládání přes aplikaci, trvale udržitelným provoz a příjemným designem.
Tato moderní tepelná čerpadla od společnosti Viessmann pracují s patentovanou hydraulikou Hydro AutoControl, která se stará o maximální účinnost po celou dobu životnosti. Jedinečná konstrukce neslouží pouze k tomu, aby mohl odborný topenář tepelné čerpadlo s OptiPerform namontovat mnohem rychleji, a tím pádem levněji. Vyžaduje i mnohem méně místa, protože je o 60 % menší než obdobné systémy.
Box je reklamou. (zdroj: Viessmann)
Nepřeberné možnosti
Teplovodní vytápění s sebou přináší též obrovskou flexibilitu. Výměnou plynového kotle za tepelné čerpadlo přejdeme z vytápění plynem na vytápění elektřinou. Zdroje mohou zůstat dokonce oba a spouštět se v závislosti na aktuální ceně elektřiny, plynu a okamžitém topném faktoru tepelného čerpadla. V době levné energie si teplo můžeme uložit do akumulačního zásobníku atd.
Tepelné čerpadlo, fotovoltaická elektrárna a ústřední vytápění, ve kterém běhá voda, je zároveň takřka ideální kombinací pro maximalizaci energetických úspor. Vítaným bonusem může být i „bezplatné“ chlazení v létě využívající vlastní vyrobenou elektrickou energii.
