Podgrzewamy wodę w zasobniku c.w.u.

Wybierając sposób podgrzewania wody w zasobniku, należy zwrócić uwagę na parametry pracy systemu oraz specyfikę instalacji. Wymiennik czy grzałka? Jaki rodzaj? Odpowiedzi wcale nie są takie oczywiste.

Fot. 1. Zasobnik c.w.u. nie musi już być chowany w kotłowni lub pomieszczeniu gospodarczym – swoim wyglądem nie różni się od innych sprzętów gospodarstwa domowego. Fot.: ATLANTIC

Oferta zasobników c.w.u. na rynku jest bardzo szeroka i znacznie bardziej bogata niż jeszcze kilka czy kilkanaście lat temu. Poszczególne modele różnią się chociażby pojemnością jaki mają naczynia cwu, jak i sposobem podgrzewania wody. Dobierając rodzaj oraz wielkość zbiornika c.w.u. należy wziąć pod uwagę parę istotnych kwestii, m.in. liczbę osób korzystających z ciepłej wody, liczbę punktów poboru, preferencje użytkowników (odwieczny dylemat: prysznic czy kąpiel w wannie) oraz rodzaj baterii. Zbyt mały zasobnik, niedostosowany do indywidualnych potrzeb gospodarstwa domowego nie dostarczy wymaganej ilości wody, z kolei przewymiarowanie zbiornika będzie oznaczało wyższe koszty eksploatacyjne. Przy doborze podgrzewacza sprawdźmy jego parametry i upewnijmy się, czy może on współpracować z danym źródłem ciepła. Przeanalizujmy również moc, jaką zasobnik może odbierać od źródła ciepła.

Fot. 2. Grzałki elektryczne należą do dość drogich sposobów ogrzewania. Fot.: KOSPEL

Najczęściej spotykanym wariantem jest podgrzewanie wody z jednego źródła, co wymaga jednego wbudowanego wymiennika ciepła lub miejsca na wkręcenie grzałki elektrycznej. Bardziej skomplikowane, rozbudowane instalacje bazują na zbiornikach z możliwością podłączenia nawet kilku źródeł ciepła jednocześnie. Dane rozwiązania oznaczają także inny poziom komfortu, ale i koszt użytkowania. Na komfort użytkowania zasobników wpływa również szybkość podgrzewania wody.

Grzałki

Fot. 3. Przy doborze podgrzewacza sprawdźmy jego parametry i upewnijmy się, czy może on współpracować z danym źródłem ciepła. Fot.: KOSPEL

Od doboru sposobu podgrzewania wody w zbiorniku oraz mocy przekazywanej w określonym czasie ze źródła ciepła do wody użytkowej zależy szybkość tego procesu. Najmniejszą moc mają grzałki elektryczne z termostatem – 1,5 lub 2 kW – stosowane w niektórych zasobnikach. W takim wypadku podgrzewanie wody może trwać przynajmniej 1,5 -2 godziny. Nawet jeśli w budynku zainstalowany jest piec na paliwo stałe dostarczający ciepło do zbiornika c.w.u. podczas sezonu grzewczego, niejednokrotnie dodatkowo używa się grzałki elektrycznej, która podgrzewa wodę w momencie mniejszego zapotrzebowania. Termostat umożliwia precyzyjne sterowanie temperaturą wody, jaka będzie utrzymywana w zbiorniku. Oczywiście, na rynku dostępne są również grzałki o wyższych mocach, np. 4, 6, a nawet 9 kW, jednak służą one już jako samodzielne, podstawowe źródło ciepła, a nie urządzenie wspomagające. Pamiętajmy jedynie, że należy je podłączyć do trójfazowej instalacji elektrycznej.
Grzałki są raczej droższym rozwiązaniem, dlatego też stosuje się je przeważnie w momentach zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową, ale poza sezonem grzewczym. Zazwyczaj stanowią element wspomagający w zasobnikach z wężownicą lub wężownicami. Istotną kwestią przy doborze grzałki jest materiał, z którego wykonano zbiornik.

Nurkowe i ceramiczne

Fot. 4. Przykład podgrzewacza gazowego z wężownicą. Fot.: TERMICA

Elektryczna grzałka nurkowa jest bezpośrednio zanurzona w wodzie – zupełnie jak czajniku elektrycznym znajdującym zastosowanie w gospodarstwach domowych. To najczęściej drut oporowy zamknięty w rurce wypełnionej izolatorem (tlenkiem magnezu). Istotne jest uformowanie grzałki – odstępy pomiędzy elementami powinny być jak największe, aby zapewnić swobodny przepływ wody oraz zapobiegać przegrzaniu i uszkodzeniu z uwagi na jej wysoką temperaturę pracy. Ponadto dzięki temu na jej powierzchni kamień kotłowy nie osadza się aż tak bardzo, co mogłoby negatywnie wpłynąć na proces przekazywania ciepła. W przypadku zbiornika ze stali nierdzewnej grzałka również powinna być wyprodukowana ze stali nierdzewnej lub ze stopu Incoloy.
Grzałki ceramiczne nie są zanurzane w wodzie, jak w zasobnikach innego rodzaju, a zainstalowane w tulei wystającej z przestrzeni wodnej podgrzewacza – nazywamy je więc suchymi. Obudowa zwiększa powierzchnię wymiany ciepła, dzięki czemu temperatura pracy na jej styku z wodą jest na tyle niska, że wyeliminowane zostaje zjawisko osadzania się kamienia kotłowego. Poza tym grzałka zapewnia równomierne ogrzewanie na całej swojej powierzchni. Zastosowanie emaliowanych tulei zapewnia ciągłość powłoki ochronnej na zbiorniku, w związku z czym podczas wymiany grzałki nie ma konieczności opróżniania podgrzewacza z wody. Konstrukcja grzałki oparta na podwójnym obwodzie grzewczym umożliwia jej pracę nawet po uszkodzeniu jednego z nich – jednak z połową mocy.

Fot. 5. Wymienniki typu zbiornik w zbiorniku z dodatkową wężownicą można podpiąć do układu solarnego. Kolektory podgrzewają wodę wstępnie (lub w sezonie letnim całkowicie), a kocioł dogrzewa ją do pożądanej temperatury. Fot.: BUDERUS

Z wymiennikiem płaszczowym

Fot. 6. Zasobnik z grzałką ceramiczną czy nurkową? Jeśli ceramiczna się zepsuje, nie musimy spuszczać wody w zbiorniku w celu wymiany. Fot.: ATLANTIC Fot. 7. Na komfort użytkowania zasobników wpływa m.in. szybkość podgrzewania wody. Fot.: KOSPEL

Woda w zasobniku może być więc podgrzewana przez wspomnianą grzałkę lub przygotowywana w zasobniku przez wbudowany wymiennik ciepła. Zazwyczaj stosuje się wężownicę lub płaszcz wodny. Wykorzystywane rozwiązania to przede wszystkim wymienniki dwupłaszczowe (woda użytkowa ogrzewana jest płaszczem, przez który przepływa czynnik grzewczy, np. woda z układu c.o.) lub zbiornik w zbiorniku (zbiornik c.w.u. jest całkowicie zanurzony w wodzie grzewczej). Wymiana ciepła może następować tu przez ścianki wewnętrznego zasobnika c.w.u. Płaszcz wodny zbiornika z każdej strony okala wbudowany zbiornik c.w.u., ma więc dużo większą powierzchnię wymiany ciepła od wężownicy – powierzchnia wymiany ciepła w ogromnym stopniu warunkuje bowiem, jaką moc jest w stanie przekazać wbudowany wymiennik ze źródła ciepła do wody użytkowej (i tym samym zbiorniki płaszczowe charakteryzują się największą szybkością nagrzewania wody).
Zasobniki z wymiennikami płaszczowymi są wybierane głównie z uwagi na niskie opory przepływu. Dzięki temu znajdują zastosowanie w instalacjach grawitacyjnych z kotłami stałopalnymi, umożliwiając jednocześnie przygotowanie ciepłej wody użytkowej, jak i podwyższenie temperatury powrotu kotła. Mankamentem tego rodzaju zasobników może być zaś dość powolny przepływ czynnika przez płaszcz. Czasami moc przekazywana przez ścianki zasobnika jest niska, choć nie wskazywałaby na to powierzchnia wymiany cieplnej. Niektórzy producenci rozwiązują ten problem poprzez dodatkowe wyprofilowanie ścianek wewnętrznego zbiornika – wymusza to zawirowanie wody w tym miejscu.

Z wężownicą

Fot. 8. Wymiennik spiralny czy płaszczowy? Wydaje się, że więcej zwolenników ma to drugie rozwiązanie. Fot.: ATLANTIC Fot. 10. Wymiennik typu zbiornik w zbiorniku oraz wymiennik do pomp ciepła. Fot.: TERMICA

To jedne z najbardziej popularnych urządzeń o długiej tradycji na rynku i charakteryzujące się prostą konstrukcją. W przypadku zasobników z wymiennikami z wężownicą spiralną woda podgrzewana jest przez czynnik grzewczy przepływający przez wężownicę – spiralę, zwiniętą rurę. Następnie czynnik ze spirali wraca do kotła, który ponownie ją ogrzewa, a cykl się powtarza.
Podgrzewacze z wężownicą mogą integrować kilka wężownic do współpracy z kilkoma źródłami ciepła, jak w przypadku zasobników biwalentnych. Wśród zalet zasobników z wężownicami wymieniane jest przede wszystkim niewielkie, cykliczne rozszerzanie się i kurczenie wężownicy podczas rozgrzewania i stygnięcia, co często spowalnia proces odkładania się osadów na powierzchni wężownicy.

Do kolektorów i pomp ciepła

Czynnikiem grzewczym w opisanych systemach jest najczęściej woda z układu c.o., jednak przy wymiennikach zbiornik w zbiorniku z dodatkową wężownicą możliwe jest podpięcie do układu solarnego. W wymiennikach solarnych, czyli biwalentnych, spotkamy dwie wężownice – jedną podpina się do układu c.o., drugą zaś do kolektorów słonecznych. Kolektory podgrzewają wodę wstępnie (lub w sezonie letnim całkowicie), a kocioł dogrzewa ją do pożądanej temperatury. Pojemność zasobnika tego rodzaju wynosi min. 200 l. Wynika to z tego, że w pochmurne dni kolektory nie są w stanie dostarczyć odpowiedniej ilości energii do podgrzania wody, ale większy zasobnik umożliwia zmagazynowanie maksymalnej ilości ciepłej wody.
Przy pompach ciepła stosowane są wymienniki dwuwężownicowe – czynnik grzewczy ogrzewany jest przez pompę, osiąga zatem niższą temperaturę niż w przypadku ogrzewania konwencjonalnym kotłem c.o., należy więc zapewnić większą powierzchnię wężownicy. Często wykorzystywaną konstrukcją jest „wężownica w wężownicy”. Niejednokrotnie konstrukcja umożliwia podpięcie również innych źródeł ciepła, jak np. kominków z płaszczem wodnym – wtedy zbiornik musi posiadać dodatkowe króćce.

Fot. 9. Dobierając rodzaj oraz wielkość zbiornika c.w.u., należy wziąć pod uwagę m.in. liczbę osób korzystających z ciepłej wody, liczbę punktów poboru, preferencje użytkowników. Fot.: KOSPEL

Na pracę zarówno grzałek, jak i wymienników może wpływać temperatura pracy – zbyt duża powoduje szybsze wytrącanie się z wody kamienia, w związku z czym w przypadku twardszej wody zaleca się niższą temperaturę eksploatacji systemu. Dobrym pomysłem jest wykorzystywanie filtrów wody, dzięki którym przedłużymy żywotność wymiennika, o ile oczywiście będziemy je regularnie wymieniać. Jeśli twardość wody przekracza 20°dH, nie powinniśmy montować wymiennika płytowego. Znajdujące się w nim wąskie kanaliki byłyby narażone na osadzanie się kamienia i zapychanie. Lepszym rozwiązaniem będzie więc zasobnik z wężownicą.

Piotr Sosnowski, doradca techniczny, Kospel

Zdaniem EKSPERTA
Co wybrać?

Jaki sposób podgrzewania wody użytkowej jest najbardziej efektywny? Najlepiej bazować na przykładach mówiących o możliwościach przekazywania mocy z różnych źródeł ciepła do wody użytkowej. Weźmy pod uwagę zasobnik SE-200 (bez wbudowanego wymiennika c.w.u.), który zostanie doposażony w grzałkę elektryczną, zasobnik z wężownicą SW-200 Termo Max oraz zbiornik płaszczowy o pojemności zbliżonej pojemności 180 litrów SP-180 Termo-S firmy Kospel. Zasobnik SE-200 możemy doposażyć w grzałkę elektryczną o mocy do 4,5 kW. Ograniczenie wynika z długości grzałki, jaką zmieścimy w zasobniku o średnicy całkowitej 595 mm. Grzałka działająca z mocą 4,5 kW będzie 200 litrów wody podgrzewała przez stosunkowo długi okres czasu. Jeżeli te same 200 litrów będziemy podgrzewali w wymienniku SW-200 Termo Max z wbudowaną wężownicą spiralną o powierzchni 1,1 m2 i zapewnimy ze źródła ciepła stabilną temperaturę wody grzewczej na poziomie 80°C, to przy przepływie wody grzewczej przez wężownicę na poziomie 3 m3/h osiągniemy moc 40 kW. Co za tym idzie szybkość nagrzewania będzie zdecydowanie (niemalże 10-krotnie) lepsza od grzałki.

Wymiennik płaszczowy SP-180 Termo-S charakteryzuje się największą powierzchnią grzewczą – 1,6 m2. Konstrukcja płaszczowa „zbiornik w zbiorniku” pozwala uzyskać moc i wydajność nawet o 30% wyższą niż w tradycyjnych wymiennikach o pojemności 200 litrów z wężownicą, dzięki temu woda będzie podgrzewana jeszcze szybciej. Wymiennik płaszczowy SP-180 ma jeszcze jedną niewątpliwą zaletę – można go zamontować praktycznie w dowolnej pozycji: pionowej wiszącej i stojącej oraz poziomej.

Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów firm: Kospel, Atlantic Polska, Termica, Buderus