Příprava ohřáté vody

Největší část spotřeby energie v nízkoenergetickém domě tvoří energie na přípravu ohřáté pitné vody. Při výběru nejvhodnějšího způsobu zásobování teplou vodou je třeba zohlednit několik faktorů – její spotřebu, počet a vzdálenost odběrních míst od zdroje, samotný zdroj, který vodu ohřívá, a také závislost nebo nezávislost přípravy ohřáté vody na otopném systému. Podle způsobu distribuce ohřáté vody rozeznáváme systém centrálního zásobování teplem nebo samostatný centrální a místní ohřev.

Zásobník na ohřátou pitnou vodu
V letním období by k přípravě ohřáté pitné vody (OPV) neměla být používána fosilní paliva (plyn, olej, uhlí). Podstatně ekologičtějším a dlouhodobě výhodnějším způsobem je tepelné čerpadlo nebo solární zařízení s vhodným tepelným zásobníkem. V mnoha případech nízkoenergetických domů jsou zásobníky OPV montovány do tepelných zásobníků vytápění, aby se tepelné ztráty z nich zužitkovaly při vytápění. Proto tepelná izolace mezi oběma zásobníky v podstatě neexistuje. Tento způsob je vhodný i v případě uskladňování akumulovaného tepla na studené roční období ve velkoobjemovém sezonním zásobníku vody.

Pozor však na situace, kdy sezonní zásobník v domě není nebo zásobník vytápění není mimo topné období v provozu. V těchto případech dochází k soustavným únikům tepla ze zásobníku OPV a následnému ochlazování vody v něm. Proto se doporučuje řešit přípravu OPV  a vytápění oddělenými systémy tak, aby se během topného období daly oba systémy propojit společným zásobníkem tepla, který může být nabíjen týmž tepelným zdrojem.

Důkladně tepelně izolovaný zásobník OPV (s tloušťkou izolace 12 až 20 cm) má jen nepatrné tepelné ztráty (jen 1 až 2 °C za den), proto obvykle stačí jeden dohřev zásobníku za den. Teplota vody v zásobníku by měla být maximálně 60 °C. Optimální teplota je 45 až 50 °C (doporučuje se i občasná sterilizace vody jejím dohřátím na 60 °C), aby se zamezilo vytváření vrstvy vápna. Objem zásobníku, který využívá teplo ze solárních kolektorů, by měl být dimenzován tak, aby pokryl dvou- až třídenní spotřebu vody v případě málo slunečných dnů. Tepelný zásobník by měl být v rodinném domě umístěn tak, aby rozvody ohřáté vody na místa spotřeby (v kuchyni, koupelně) byly co nejkratší a aby nebyla potřebná cirkulace, případně elektrický dohřev v rozvodu. V zájmu minimalizace tepelných ztrát rozvody by vedení měla mít malé profily a měla by být důkladně tepelně izolovaná (volná teplovodní vedení minimální tloušťkou izolace 8 cm, zakrytá vedení minimální tloušťkou izolace 6 cm).

Pro dosažení maximálních energetických úspor v nízkoenergetickém rodinném domě se doporučuje využívat pitnou vodu ohřátou na bázi sluneční energie pro provoz pračky nebo myčky nádobí.

Solární ohřev vody
Pro domácnosti představuje solární ohřev nejefektivnější možnost, jak získat ohřátou pitnou vodu. Tepelná solární zařízení jsou obvykle navrhována tak, aby byla schopna pokrýt 70 % roční spotřeby OPV a aby dokázala (ekonomicky smysluplně) uspořit 50 až 75 % nákladů na její přípravu. V období od května do září jsou schopna plně pokrýt spotřebu ohřáté vody. Při nedostatečném slunečním záření elektrický dohřev zabezpečuje dostatečné množství ohřáté vody v horní části zásobníku. Protože tepelný výměník solárního zařízení se nachází pod systémem dohřevu vody, solární nabídka ohřáté vody je využitelná i během činnosti otopného systému.

Z hlediska investičních nákladů jsou pro celoroční přípravu OPV nejvýhodnější ploché sluneční kolektory se selektivní konverzní vrstvou. Solární systém na ohřev vody se skládá z těchto komponentů:

• kolektory,
• armatury,
• zásobník (bojler) s výměníkem tepla,
• čerpadlo,
• regulační jednotka,
• vyrovnávací expanzní nádoba. 

K samotné přeměně energie slunečního záření na tepelnou energii slouží kolektory, jejichž nezbytnou součástí je absorbér zachycující sluneční záření. Teplo je prostřednictvím teplonosné kapaliny (nemrznoucí směs) odváděno trubkami do zásobníku ohřáté vody, respektive bojleru, ve kterém výměník ohřeje užitkovou vodu. Externí výměník tepla solárního zařízení může být připojen buď na otopný systém, nebo na ohřev pitné vody a oba zásobníky mohou být dobíjeny i za sebou v závislosti na nabídce slunečního záření.

Dodatečný ohřev solárního systému by měl být v letním období realizován elektrickou energií a v zimě otopným zařízením s tepelným zásobníkem spojeným případně i s fosilním zdrojem tepla. Příprava OPV (nebo dohřev) v zimě prostřednictvím otopného systému by měla být realizována pomocí kompresorového čerpadla řízeného rozdílem tlaků. Elektronické ovládání zabezpečuje automatický provoz, vypíná a zapíná oběhové čerpadlo. Vyrovnávací nádoba udržuje rovnoměrný tlak a vyrovnává změny objemu kapaliny.

Pasivní dům v reálu Samozřejmě že bez vody to nejde ani v klasickém domě, v pasivních domech však mohou být možnosti jejího využití ještě o něco širší. Do našeho pasivního domu jsme pitnou vodu přivedli klasicky – z městského vodovodu, ostatní řešení jsou však méně běžná. Vodní šachta a potrubí pro všechny případy Na začátku stavby má jen málokdo kompletně vypracovanou podrobnou projektovou dokumentaci. Kdyby ji i měl, tak zejména u pasivního domu, s jehož technologiemi je u nás jen málo zkušeností, si nemůže být jistý, jestli později nebudou potřebné změny. Ani my jsme neznali přesné odpovědi na mnohé otázky – na pozemku byla stará ražená studna, která by mohla být zdrojem tepla pro tepelné čerpadlo, mohla by být využívána na zalévání zahrady, jako zdroj užitkové vody používané přímo v domě (například na splachování záchodů) a podobně. Mnohé záviselo na vydatnosti studny, kterou jsme neznali, či na kvalitě vody, hodně věcí souviselo s dalšími, a tak získat přesnou odpověď chtělo svůj čas. Se stavbou ale bylo třeba začít a většinu energie a času jsme museli věnovat akutnějším problémům. Řešením bylo vytvoření přístupného technologického uzlu – vodní šachty – mimo dům. Šachta je spojená s technologickou místností v domě jakýmsi minikolektorem – plastovým potrubím o průměru 300 mm, kterým byla později vedena (a v případě potřeby i budou vést) veškerá potřebná potrubí. V době budování základů jsme se tedy nemuseli starat o to, jestli později budou potřebná nějaká další vedení, kde budou vstupovat do stavby, kudy povedou a podobně. Volba střední cesty Ve vodní šachtě je samozřejmě vodárnička. Největším problémem bylo vybrat vhodné vodní čerpadlo – mělo totiž splňovat několik protichůdných požadavků. Mělo by čerpat ze studny vodu střídavě na zalévání zahrady (v létě) a pro potřeby tepelného čerpadla (to by mělo sloužit jako zdroj tepla v zimě) a také užitkovou vodu pro potřeby domu. Na jedné straně by tedy měl být jeho příkon co nejnižší, aby nesnižoval energetickou výhodnost tepelného čerpadla, na druhé straně výkon co nejvyšší, aby čerpadlo dodávalo dostatek vody pro závlahový systém. Automatické zavlažování standardně vyžaduje průtok minimálně 3 500 litrů za hodinu, na což je potřebné výkonné čerpadlo s příkonem kolem 1,5 kW. Kdybychom totéž vodní čerpadlo použili na čerpání vody pro tepelné čerpadlo, spotřeba tepelného čerpadla by se tím zvýšila o 1,5 kW, takže by se stalo energeticky nevýhodným. Najít vyhovující vodní čerpadlo bylo skutečně těžké. Jako nejlepší řešení se ukázala domácí vodárna od firmy Grundfos s malou akumulační nádrží na 25 litrů, k níž jsme připojili akumulační nádrž na 150 litrů vody ze starší vodárny. I když má tato vodárnička příkon jen 0,7 kW, praktickým měřením jsme zjistili, že dává asi 2 500 litrů za hodinu. Pro tepelné čerpadlo a užitkovou vodu pracuje vodárna ve spínacím režimu, takže neodebírá plný výkon. Automatický postřik jsme rozdělili na více okruhů, které jsou zapínány postupně, přičemž v žádném z nich nebyla překročena spotřeba 2 000 litrů za hodinu. Přepínání mezi okruhy je řízeno prostřednictvím inteligentní instalace, takže zalévací sekvenci je možno spustit automaticky i ručně a v případě potřeby se zcela zablokuje. Zpracováno podle série článků Pasivní dům ve slovenské realitě, autor Ing. Branislav Gablas, uveřejněné v roce 2007 v časopisu Môj dom z vydavatelství JAGA GROUP, s. r. o.

Dimenzování a stupeň pokrytí
Nejdůležitější zásadou při dimenzování solárního zařízení na přípravu ohřáté vody je dosažení téměř 100 % pokrytí spotřeby vody mimo topné období. Proto je třeba odhadnout denní potřebu ohřáté vody obyvatel. Obvykle se vychází z potřeby ohřáté vody od 40 do 60 litrů na jednoho člověka a den. Pokud se členové domácnosti více sprchují, než koupou, je spotřeba ohřáté vody nižší – na jednu koupel ve vaně se spotřebuje v průměru 150 l vody s teplotou 40 °C.

Jestliže vycházíme z teploty 50 °C a z předpokladu ideálního nasměrování kolektoru na jih, sklonu střechy 45° a stupně pokrytí 70 %, můžeme vypočítat potřebný objem zásobníku podle vzorce: objem zásobníku (l) = spotřeba ohřáté vody (l) × počet osob × 2,5.

V případě zařízení určených jen na výrobu ohřáté vody se předpokládá plocha solárních kolektorů 1,0 až 1,5 m² na osobu, v případě dodatečné podpory vytápění by měla být instalována kolektorová plocha od 3 do 7 m² na osobu. Zvětšení plochy kolektorů je v závislosti na zvoleném řešení výhodnější než zvětšení objemu zásobníku. Orientační velikost kolektoru se dá vypočítat takto: počet členů domácnosti × 1,5 až 2 = plocha kolektoru (m²).

Zpracováno podle publikace Nízkoenergetický ekologický dům, autor Ernest Nagy, vydalo vydavatelství JAGA GROUP, s. r. o., v roce 2002
Foto: Branislav Gablas, Kaldewei