Ohřívací médium, neboli jinak teplonosná látka, je důležitý pojem - jedná se o látku, která dokáže přenášet teplo z teplého zdroje (jako je kotel, krb, zásobník tepla, tepelné čerpadlo, solární panely atd.) k tepelnému spotřebiči, jako jsou radiátory nebo podlahové topení. Aby instalace centrálního vytápění fungovala, je teplo přenášeno právě pomocí ohřívacího média přes trubky, smyčky a další druhy kanálů. Je nezbytné a tady není prostor pro diskusi.
✅ Nejčastěji používaným je samozřejmě voda, má mnoho výhod, ale má také nevýhody. Mezi hlavní požadavky, které klademe na ohřívací média v praxi, patří:
✅ V tomto ohledu se voda osvědčuje dobře, ale někdy se do ní přidávají různé látky za účelem zlepšení určitých parametrů - například se míchá voda s glykolem v různých koncentracích za účelem dosažení konkrétních parametrů této směsi. V tomto článku budeme diskutovat pouze o tekutých ohřívacích médiích, opomíjejíc plynné typy jako vzduch nebo vodní pára, které v podstatě nejsou běžné v domácích instalacích. Projednáme otázku jejich vlivu na životnost hydraulických zařízení, jako jsou zásobníky, výměníky tepla, čerpadla, dezinfekční lampy pro vodu atd.
✅ Voda - je to nejzřejmější řešení, protože je nejrychleji a nejsnadněji dostupné. Rozhodně také jedno z nejlevnějších. Nicméně obsahuje velké množství nečistot v podobě organických a anorganických suspenzí, které nejsou viditelné pouhým okem - ale hlavně rozpuštěných solí a plynů, koloidů (ve formě křemičitých a různých jiných sloučenin). Tyto látky však mají nepříznivý vliv na funkci topných zařízení.
✅ Proto je někdy nutné vodu upravovat, aby byla bezpečná pro náš topný systém a účinná při vytápění. Voda však má také další vlastnosti, které často přehlížíme - i při navrhování instalace - jako jsou: suchý zbytek, oxidační schopnost a reakce.
☑️ Pro zvědavce je zajímavé vědět, že voda mění svou specifickou tepelnou kapacitu v závislosti na teplotě, kterou dosahuje. Tato kapacita se pohybuje mezi 4,226 kJ/kgK (pro vodu o teplotě 0 stupňů Celsia) a 4,194 kJ/kgK pro vodu o teplotě 80 stupňů Celsia. Stejně je to i s tepelnou vodivostí, která se pohybuje v závislosti na teplotě od 0,558 W/mK do 0,681 W/mK (pro teploty, které mohou být přítomny v běžné domácí instalaci, tj. od malých teplot na plus po +80°C).
Ale buďme upřímní - který instalatér (kromě inženýra projektanta z technické univerzity) má o tomto ponětí a používá tato data jako praktické znalosti potřebné k návrhu instalace? Žádný, protože v praxi stačí znalost základních principů, ve kterých instalace odvodňujeme od používání vody - k návrhu účinného a efektivního vytápění. Toto je naše vlastní hodnocení.
✅ Nevýhody používání vody v některých instalacích, častěji průmyslových než domácích, jsou také způsobeny tím, že se voda mění ve skupenství kolem 0 stupňů a mezi 90 až 100 stupni začíná vařit a intenzivně odpařovat, čímž významně zvyšuje tlak v instalaci. Proto je nutné instalace chránit před výrazným ochlazováním (nicméně v praxi by bylo nutné nechat dům na mnoho dní bez jeho zapnutí, aby voda v topení zamrzla) a před vysokým tlakem v případě odpařování vody.
✅ K vlastnostem vody, které ovlivňují hydraulická zařízení, patří také obsah rozpuštěných solí (zvyšující možnost tvorby vápenných usazenin) a reakce, vyjádřená pomocí vodíkového indexu - tzv. pH (souvisí s možností vzniku ☑️ koroze na ocelových zařízeních, např. v zásobnících, rozdělovačích nebo deskových výměníků).
S ohledem na škodlivý vliv urychlující korozi zařízení by se chemik, ale i uživatel, měli zajímat o obsah kyslíku a oxidu uhličitého ve vodě. Obsah těchto plynů se mění s teplotou vody, což je v každé instalaci zcela zřejmé. To zase způsobuje změnu tlaku v instalacích a vytváření bublinek vzduchu, což se projevuje jako zvětrávání v instalaci.
✅ Bublinky vzduchu vždy se v systemu budou hromadit, pokud používáme vodu - a musí být z instalace odstraněny, což určuje, jak máme navrhnout vodní instalaci a jak máme zabezpečit jejich odstraňování.
V vodě jsou rozpuštěny soli, přičemž jejich koncentrace závisí na tom, odkud voda pochází. Za nejhorší se považují hořečnany a vápenaté ionty. Ty mají spíše slabou rozpustnost, ale mají schopnost rozkladu (nebezpečnou pro naši instalaci). ✅ Rozklad jejich se zvyšuje při vysokých teplotách, začíná se slabě projevovat již při 30-40 stupních Celsia, a tedy v prakticky každé instalaci jsou podmínky pro rozklad hořčíku a vápníku (což znamená tvorbu kamenných usazenin). V topných instalacích se v důsledku zvyšující se teploty zesiluje odpařování vody v kotle - zatímco v důsledku rozkladu solí se vysráží usazenina, která se ukládá na površích výměníku tepla (např. na stěnách kotle, trubkách, smyčkách podlahového vytápění, hydraulických zařízeních atd.). Tato usazenina je známým protivníkem vodních instalací - jedna se o kamen.
✅ Obsah solí ve vodě se nazývá tvrdost vody. Může mít různé úrovně. Rozlišujeme přechodnou (uhlíkatou) a trvalou (neuhlíkatou) tvrdost vody. Přechodná tvrdost se vyskytuje ve vodě, když máme co do činění s kyselými uhličitany vápníku a hořčíku, které se při teplotě rozkládají na rozpustné soli. Proto nemají trvalý charakter. Pokud však příčinou tvrdosti jsou neutrální soli vápníku a hořčíku, pak nedojde k jejich rozpadu s rostoucí teplotou médií - a máme trvalou, přechodnou tvrdost.
Vzhledem k tomu, že používáme vodu, instalace se s časem zakamenují, protože ve většině oblastí v České republice a na Slovensku - se vyskytuje tvrdá nebo velmi tvrdá voda. Je to neviditelný nepřítel, protože tvrdou vodu nepoznáme bez fyzikálně-chemické analýzy. Můžeme však vědět, že s časem přítomnost vody (protože tvrdá bude spíše tak či onak, pokud ji neupravíme vhodným způsobem) značně zkrátí životnost zařízení, jako je topný kotel, tepelná čerpadla, UV sterilizátor - lampa na vodu, deskový výměník tepla, zásobník, rozdělovač podlahového vytápění a dokonce i radiátor.
✅☑️ S časem jsou trubky a kanály naší instalace zarostlé vápencem - kamenem, což způsobuje, že naše centrální vytápění má tak nízkou tepelnou vodivost, že naše účty za vytápění nebo spotřeba paliva stoupají až o 30-40 %. Naštěstí existují metody neutralizace tvrdé vody a také zařízení jako jsou odvápňovače vody.
✅ Především při jejich použití není potřeba čistit vodu do instalace ani riziko vytváření kamene v topných trubkách či usazování se v zařízeních, což vede k častější výměně a snížení účinnosti vytápění. Ale bohužel mají také řadu nevýhod.
Shrnutí výhod a nevýhod těchto tekutin v praxi vede k závěru, že se jedná o specializovanější tepelné nosiče, které jsou určeny pro místnosti s konkrétním využitím, zejména průmyslovými.
✅ Exoticky znějícím, ale málo praktickým topným médiem pro domácí instalace je dowtherm nebo difenylový éter. Používá se jako tepelný přenašeč prakticky pouze ve velmi specializovaných průmyslových instalacích, což je škoda, protože jeho tepelná kapacita se pohybuje mezi 1,55 kJ/kgK a 2,76 kJ/kgK, co by bylo velmi zajímavým parametrem. Stejně tak je jeho teplota tuhnutí až -55 stupňů Celsia, což by umožňovalo jeho použití i v místnostech vyhřívaných pouze občas. Bohužel je látkou nebezpečnou pro lidské zdraví a hořlavou. To ho vylučuje z použití v domácích instalacích, ale dokonce i v průmyslových budovách, kde jsou používány práce generující jiskry, jako jsou svařování. Informace o něm uvádíme spíše jako zajímavost. I když byl vynalezen na počátku 20. století, stále se používá.
✅ Jeho hlavní výhodou je, že v našem klimatu nezmrazí. S bodem tuhnutí až do -50 stupňů Celsia může být použit i ve Skandinávii nebo v severních oblastech Ruska. Zůstává tekutý v širokém rozmezí teplot, protože jeho teplota varu se pohybuje mezi 280 a 350 stupni Celsia, a teplota vzplanutí je v podstatě nedosažitelná v uvažovaném použití. Samozřejmě jako jiné oleje nevytváří kamínek ani korozi. Ale má své nevýhody, je rozhodně dražší než voda, zejména pokud máme rozsáhlou instalaci, a navíc se s časem pozoruje odkládání olejových pryskyřic na površích výměníků tepla (radiátory, spirály, deskové výměníky). Je poměrně snadno oxidovatelný, což znamená, že taková instalace musí být častěji odvzdušňována. Masově používaný - jak je známo - také v chladící technice.
Ethylenový glykol - nemrznoucí směs do topení - je to potenciální skutečná alternativa k vodě v instalaci (nebo spíše v její části - té, která je vystavena mrazu - jako je například přídavná hospodářská budova připojená k dalšímu zařízení, které není trvale vyhříváno). Přirozeně, podobně jako minerální olej - nevytváří vápenec v kotle. Bod mrazu se pohybuje od přibližně -17 stupňů až do -49 stupňů Celsia, což v našem podnebí zajišťuje dostatečnou ochranu instalace. Bod mrazu závisí samozřejmě na tom, jak moc je rozředěn, protože...
✅ Zřídka se používá ve formě nerostlin. Nejčastěji se smíchá s vodou v koncentraci podle potřeby - 30% glykolu a zbytek vody, 35% glykolu a zbytek vody nebo pokud situace vyžaduje 50/50% s vodou.
Glykol jako nemrznoucí směs má své výhody - i své nevýhody. Především je to určitě dražší možnost než voda, to je přirozené. Před tím, než se rozhodneme pro jeho použití, musíme vědět, že glykol omezuje tepelný přenos. Nezamrzá, což znamená, že tak snadno nepředává tepelnou energii jako voda. Odhaduje se, že tepelný přenos je o 8 % menší v případě roztoku 30% glykolu až do 15 % u roztoku 50% glykolu. To znamená větší inerciálnost instalace a delší dobu čekání na její zahřátí, a také poněkud vyšší spotřebu paliva (tj. dražší provoz topení).
To nám vysvětluje, proč se rozředí - zředěný dosáhne bodu mrazu, který potřebujeme, a snižují se jeho vadné vlastnosti. Navíc ztrátu tepelného přenosu, která byla zmíněna, 8-15 %, lze samozřejmě výrazně vykompenzovat zvětšením tepelného výměníku - jako je povrch radiátorů a tepelných výměníků, což znamená reálně vyšší investiční náklady. Z výše uvedených důvodů můžeme předpokládat, že to není dobré řešení pro podlahové vytápění, spíše jen pro standardní topné systémy s radiátory.
Z výše uvedených důvodů můžeme předpokládat, že glykol rozhodně není dobrým řešením pro podlahové vytápění, spíše by mohl být vhodný pro standardní topné systémy s radiátory. Rozhodnout se pro použití glykolu v podlahovém vytápění může způsobit, že ohřev studené instalace bude trvat velmi dlouho. Glykol není vhodný pro podlahové vytápění a měl by být používán s ním pouze v nejnutnějších případech, například u rekreačního domku - ale musíme si být vědomi jeho nevýhod.
☑️ Mýtus, že stačí zvýšit tlak v systému, aby se neutralizovala tepelná inercie glykolu v podlahovém vytápění, patří mezi pohádky. Boj s fyzikálními zákony bohužel není vítězný.
✅ Potenciálně smysl má použití glykolu do radiátorů, pokud už se rozhodnete jej použít. Glykol do radiátorů je lepší volbou než do podlahového vytápění, protože radiátory jsou pouze tenká vrstva oceli - nikoliv betonová podlaha. Omezení přenosu tepla způsobené glykolem zde nebude tak škodlivé.
✅ Z uvedených důvodů - pokud plánujeme připojení nějakého dalšího objektu k instalaci, ve kterém kvůli riziku zamrznutí instalace zvolíme glykol - nedoporučujeme rozhodnutí o použití glykolu v celém systému. V praxi je třeba oddělit oběh tohoto prostoru vystaveného mrazu (pravděpodobně garáž, dílna, sklad) od základního oběhu kotle pomocí deskového výměníku tepla. Mělo by být vybráno tak, aby na každých 100 metrů tohoto prostoru připadlo přibližně 0,35 m2 výměny tepelné plochy deskového výměníku. Takový koeficient umožňuje vytápět tradiční instalaci také glykolem, ale pokud jde o hospodářskou budovu, kde nepotřebujeme teplotu jako v obytných prostorách - může to být i menší výměník. Cena samotného výměníku tepla k oddělení oběhů glykolu se pohybuje asi mezi 1200-1500 Kč na 100 m2 prostoru, na základě cen výrobce deskových výměníků tepla Nordic Tec.
☑️ Bohužel, existuje ještě další mínus - pravděpodobně jsme očekávali, že glykol jako minerální olej nebude přispívat k koroznímu poškození zařízení. Bohužel, i když glykolové roztoky nejsou elektrolyty, rozkládají se během provozu instalace, což způsobuje určité korozní vlastnosti, nicméně si ještě nemůžeme příliš cenit.
✅ Pokud se rozhodneme pro glykol - je také dobré si všimnout, zda výrobce oběhového čerpadla doporučuje použití glykolu. Někteří výrobci uvádějí, že čerpadlo není určeno pro glykol, což bychom měli vzít v úvahu. Většina čerpadel si však poradí se slabě koncentrovaným glykolem, nicméně zůstává otázka záruky. Na trhu jsou také k dispozici speciální čerpadla deklarovaná jako určená pro glykol - ve své konstrukci se však příliš neliší.
✅ Musíme konstatovat, že skutečnost, že ve 99 % domácností se jako topné médium používá voda - má své zřejmé opodstatnění výhodami vody. Glykol je příliš nehybný na to, aby se použil v celém systému, ohřívání domu by trvalo dlouho, a pokus o vyrovnání oslabení tepelného přenosu by vyžadoval větší investici. Zejména u moderní podlahové vytápění, které je již známo svou vyšší nehybností, glykol odpadá. Minerální olej je příliš drahý a málo funkční.
✅ Voda - přestože má mnoho nevýhod - je levná a snadno dostupná. Snadno uvolňuje své teplo jak na radiátorech, tak na podlahovém vytápění. Její základní nevýhodou - vysoká tvrdost - se dá (sice s určitými náklady) neutralizovat. Náklady na investici do odstraňovače tvrdosti se pohybují kolem 2500-4000 Kč (pro rodinný dům), lze také upravovat vodu elektrickým paprskem. To je nejlepší řešení, jak chránit naše topné kotle, tepelné čerpadla, zásobníky, rozdělovače topení, výměníky tepla, oběžné čerpadla před ničivým vápencem - a mít účinné vytápění, které spotřebuje minimální množství topného média nebo generuje minimální potřebné náklady na vytápění. Na glykol se rozhodujeme pouze tehdy, když existuje riziko zamrznutí instalace, tedy v domcích, které stojí prázdné, například v zahradních altánech - nebo při připojení dalších místností, které nejsou trvale využívány.
Pokud hledáte výměníky tepla s konkrétními parametry nebo určením, podívejte se na produkty v následujících kategoriích:
Aragonit - forma minerálních solí v tvrdé vodě, která vzniká v důsledku působení filtrů na tvrdou vodu. Aragonit je považován za nebezpečný pro tvorbu kamene, a proto není nebezpečný.
Filtr na tvrdou vodu - zařízení instalované na vodovodních potrubích k odstranění solí způsobující tvrdost vody (nebo spíše k jejich neutralizaci a přeměně na tzv. aragonit, který není schopen vytvářet kámen v potrubí).
Kamen (Vápenec)- minerální usazeniny, hlavně uhličitanů vápníku a hořčíku, které se hromadí na stěnách kotlů a trubek používaných v topných systémech. Vzniká tvrdou vodou, přičemž se předpokládá, že kámen vzniká při jejím ohřívání, již při relativně nízkých teplotách kolem 30-40°C.
TČ - zkratka používaná pro: tepelné čerpadlo
Tepelné čerpadlo monoblok - typ tepelného čerpadla, který má část oběhu umístěnou venku a je tak někdy vystaven nepříznivým povětrnostním podmínkám, včetně zamrzání v extrémních případech.
Tvrdost vody - parametr určující obsah rozpuštěných minerálů v ní, zejména solí vápníku a hořčíku. Tvrdá voda může ovlivnit různé aspekty užívání vody (např. mytí, vaření, stejně jako provoz domácích spotřebičů, jako jsou rychlovarné konvice nebo pračky. Vysoká tvrdost vody může zkrátit životnost spotřebičů, které s ní přicházejí do kontaktu, jako jsou například kotle na ústřední topení nebo tepelná čerpadla. Pokud má voda vysokou tvrdost, bude mít větší potenciál pro tvorbu kamenného kotla.
Výměník tepla (deskový) - průtokové zařízení používané k výměně tepla mezi dvěma médii, které připomíná kostku s 4 připojeními, složené z ocelových desek. V kontextu článku se nejčastěji používá k oddělení glykolových oběhů od vodních (aby se vyměňovaly teplotou, ale nesmísily se). Příkladem takového zařízení je výměník používaný pro solární systémy.
Nedostatečné dimenzování výměníku tepla - co to v praxi znamená?
Předimenzování výměníku tepla - k čemu to slouží?
Jak vybrat výměník tepla pro plynový kotel?
Jak správně připojit tepelný výměník Nordic Tec? Je možné zaměnit směry průtoku?
Jak probíhá výrobní proces pájených deskových výměníků tepla?
Dějepis - Historie deskových výměníků tepla - odkud pocházejí?
Zanechat komentář