Jak szybko stygnie woda w podgrzewaczach elektrycznych?

O izolacji i błędach w podłączeniach…

Szybkość stygnięcia wody w zbiorniku ogrzewacza uzależniona jest od sposobu podłączenia urządzenia (tutaj znaczenie ma właściwy sposób zzamontowania urządzenia i pracy tzw. cyrkulacji). Przede wszystkim zależy jednak od rodzaju i własności izolacyjnych ocieplenia zbiornika, a także warunków, w jakich użytkowane jest urządzenie.

Eksploatacja elektrycznych podgrzewaczy c.w.u. jest związana z kosztami jakie trzeba ponieść, aby nagrzać wodę oraz utrzymać jej temperaturę. Z reguły w większości dostępnych na rynku urządzeniach o pojemnościach do 140 litrów montowane są fabrycznie grzałki o mocach 1500 W lub 2000 W. W zależności od pojemności zbiornika ogrzewacza taka grzałka nagrzewa wodę w czasie od godziny (ogrzewacze o pojemności 40 litrów) do nawet 6 godzin ( w ogrzewaczach o pojemności 140 litrów wyposażonych w grzałkę o mocy 1500 W). Po nagrzaniu wody w zbiorniku sterownik urządzenia przechodzi w tzw. tryb podtrzymania. Wtedy grzałka również zużywa energię elektryczną . W trybie podtrzymania termostat włącza grzałkę co jakiś czas i na jakiś czas tylko i wyłącznie w celu podtrzymania temperatury wody w zbiorniku.

Często padają pytania o to: ile właściwie kosztuje przygotowanie c.w.u.? Poniżej w prosty sposób zostanie to przedstawione.

Szacując przykładowo koszt 1 kWh energii na poziomie 0,40 zł okazuje się, że przygotowanie c.w.u. w podgrzewaczu o pojemności 140 litrów kosztuje każdorazowo odpowiednio 3,68 zł, co daje miesięcznie około 110 zł (w przypadku jednego podgrzania na dobę). Podtrzymanie odpowiedniej temperatury będzie hipotetycznie kosztowało około 1,4 zł na dobę (zakładając podtrzymanie tylko w nocy i w dzień, czyli około 16 godzin na dobę). Miesięcznie będzie to koszt około 25 zł. Koszt podtrzymania temperatury c.w.u. w zbiorniku podgrzewacza w stosunku do kosztów jej przygotowania stanowi zatem około 20-25%. Wydawać by się mogło, że to niewiele. Jednak w skali roku użytkowania urządzenia koszt już jest widoczny w większości domowych budżetów. Jednak o ile w przypadku podgrzewaczy elektrycznych nie jest odczuwalny spadek temperatury (w odpowiednim bowiem momencie włączy się grzałka z odpowiednio ustawionym termostatem) to w przypadku wymienników zasilanych z kotłów węglowych i podgrzewaczy, gdzie na noc użytkownicy odłączają zasilanie grzałki. Zbyt szybkie stygnięcie wody bywa denerwujące. Z reguły jest tak, że użytkownik dowiaduje się w najmniej oczekiwanym momencie, że woda jest za chłodna, by z niej skorzystać i często wpada w irytację. A często bywa tak, że brakuje czasu, aby ją podgrzać.

Dlaczego woda stygnie w zbiornikach c.w.u.?

Od czego zależy czas stygnięcia?

Pomijając kwestię poboru ciepła do podgrzania c.w.u., która jest związana z częstotliwością korzystania z podgrzewacza, to szybkość stygnięcia wody w zbiorniku ogrzewacza uzależniona jest od sposobu podłączenia urządzenia (tutaj znaczenie ma właściwy sposób podłączenia urządzenia i pracy tzw. cyrkulacji) oraz przede wszystkim od rodzaju i własności izolacyjnych ocieplenia zbiornika, a także warunków, w jakich użytkowane jest urządzenie.     

Izolacja zbiorników – jaka i jak gruba?

Każdy zbiornik wymiennika c.w.u. i podgrzewacza c.w.u. charakteryzuje się pewnymi własnościami termicznymi izolacji. Ściślej mówiąc współczynnikiem przewodzenia ciepła. Generalnie im niższy współczynnik, tym lepiej, oznacza to bowiem, że izolacja jest dobrym opornikiem termicznym, a więc przeciwdziała „ucieczce” ciepła z wody na zewnątrz zbiornika. Powszechnie stosowane przez producentów wymienników i podgrzewaczy c.w.u. izolacje z polistyrenu (styropianu ) charakteryzują się współczynnikiem przewodzenia ciepła na poziomie około 0,040 W/mK. Izolacje z pianki o zamkniętych komórkach mają współczynnik niższy. Zawiera się on w granicach 0,026-0,028 W/mK. Izolacje z kolei z pianki o otwartych komórkach mają współczynnik przewodzenia zbliżony do wartości dla polistyrenu – 0,038 W/mK.
I tak, jeżeli przykładowo zbiornik jest zaizolowany styropianem o grubości 100 mm, to strata ciepła liczona w jednostkach energii może wynosić około 4,5 do 5  kWh w ciągu 24 godzin. Oznacza to dla użytkownika, że jeżeli w ciągu całej doby woda nie będzie pobierana, to strata ciepła będzie wynosiła 0,18 kW na godzinę. Co daje (dla pojemności 500 litrów) obliczeniowe obniżenie temperatury o około 0,3⁰C/h.  W praktyce może dochodzić nawet do 0,5⁰C/h. Zatem w ciągu 24 godzin w zbiorniku o pojemności 500 litrów temperatura wody może obniżyć się samoczynnie o  około 7-12⁰C, a w ciągu 9 godzin o około 3 do 5⁰C. Takie wartości uzyskuje się, jeżeli wymiennik c.w.u. znajduje się w pomieszczeniu o temperaturze około 20⁰C. Jeśli wymiennik stoi w piwnicy, gdzie panuje temperatura niższa (na przykład w granicach 10⁰C ), to obniżenie temperatury będzie większe i może wynosi nawet 10 -15⁰C w ciągu 9 godzin. Próby przeprowadzone przez jednego z większych producentów tego typu urządzeń wykazały, że podgrzewacz elektryczny o pojemności 140 litrów wyposażony w grzałkę elektryczną o mocy 1500 W zaizolowany pianką pouliretanową o grubości 2,5 cm, umieszczony w pomieszczeniu o temperaturze około 13⁰ C zużywa na podgrzanie wody (od temperatury 10⁰ C do uśrednionej temperatury 55⁰C) około 9,2 kWh. Zaś w trybie podtrzymania zużywa  około 3,5 kWh/24 godziny. Przeliczając to na wartości godzinowe, godzinowa strata ciepła wynosi około 0,14 kW, obliczeniowy zaś spadek temperatury będzie wynosił odpowiednio około 0,9⁰C/h. Zatem w tym konkretnym przypadku w ciągu 9 godzin (np. od godziny 21 wieczorem do 6 rano) temperatura wody w zbiorniku może obniżyć się nawet o 10⁰C. Należy pamiętać o tym, że temperatura wody nie obniża się równomiernie. Zazwyczaj jest tak, że im wyższa różnica pomiędzy temperaturą otoczenia a temperaturą wody w zbiorniku, tym czas stygnięcia jest szybszy. Im niższa, tym dłuższy. W praktyce woda w zbiorniku szybciej ochładza się od poziomu 60⁰C do 45⁰C, aniżeli od 45⁰C do 30⁰C (przy temperaturze otoczenia wynoszącej 20⁰C) mimo tego, że różnica temperatury jest taka sama.

Błędy w instalacji a szybkie stygnięcie wody w zbiorniku

Zgłoszenia serwisowe jednego ze znaczących na rynku producentów urządzeń do wytwarzania c.w.u. potwierdzają, że pomimo w miarę dobrych własności termicznych izolacji zbiornika, woda może samoczynnie obniżać temperaturę dużo szybciej niż 0,5⁰C/h. Dzieje się tak wówczas, gdy wymiennik jest w sposób nieprzemyślany podłączony do kotła lub gdy układ cyrkulacji c.w.u. jest źle wykonany.

Znane są przypadki obniżenia temperatury c.w.u. w zbiornikach wymienników nawet o 15⁰C w ciągu 9 godzin wskutek nieprzemyślanego podłączenia pompy obiegowej c.w.u. Zjawisko ma miejsce wówczas, kiedy pompa obiegowa c.w.u. jest podłączona niezależnie od sterowania kotła i czujnik temperatury w zbiorniku c.w.u. jest niewłaściwie zamontowany.

Najgorszym błędem jest podłączenie pompy w taki sposób, że pompa pracuje w trybie ciągłym. Wówczas działanie pompy powoduje, że po włączeniu w kotle tzw. trybu czuwania lub przy wygaszeniu się kotła, gorąca woda z wymiennika c.w.u. oddaje ciepło do instalacji centralnego ogrzewania.

Czasem nawet najmniejsze zgoła niepozorne błędy powodują, że woda stygnie szybciej niż tego oczekuje użytkownik i jest to niezależne od sposobu wykonania urządzenia. Mowa tutaj o przypadkach, kiedy nadmierne obniżenie temperatury wody w zbiornikach c.w.u. jest związane ze źle wykonanym układem cyrkulacji ciepłej wody użytkowej. Cyrkulacja c.w.u. jest bardzo przydatnych układem umożliwiającym zapewnienie stałych parametrów wody w odległych od zbiornika punktach odbioru. Jest to instalacja składająca się z dwóch „nitek” przewodów podłączonych razem w taki sposób, że ciepła woda odbierana jest z góry zbiornika, powraca zaś do przyłącza znajdującego się w połowie jego wysokości. Układ cyrkulacji działa tak, że poprzez odpowiednio podłączoną instalację woda krąży pomiędzy podgrzewaczem c.w.u., a punktami odbioru. Jeżeli przewody układu cyrkulacji są niedostatecznie zaizolowane, zwłaszcza w kierunku pomiędzy bateriami umywalkowymi lub prysznicowymi, a zbiornikiem c.w.u., to działają jak chłodnica i woda płynąc nimi, ochładza się. Po przepompowaniu do zbiornika miesza się z wodą gorącą, w rezultacie obniżając jej temperaturę dużo szybciej niż wynikałoby to ze strat związanych z „ucieczką” ciepła przez izolację zbiornika.

Jakkolwiek by nie podejść do problemu stygnięcia wody, to prawda jest taka, że nie ma urządzeń idealnych, w których nie istniałoby to zjawisko.

Proces stygnięcia w znaczący sposób można ograniczyć na etapie produkcji urządzeń poprzez stosowanie izolacji o większej grubości lub systemów izolacyjnych o mniejszych współczynnikach przewodzenia ciepła. Dlatego podczas zakupu urządzenia warto zwrócić uwagę na dane informujące o dobowych stratach energii.

Przemyślany zakup może oszczędzić wielu problemów w późniejszej eksploatacji. Aktualnie do użytku wchodzą izolacje próżniowe. Wielu producentów w miejsce wodnych systemów pouliretanowych wprowadza nowe systemy o lepszej izolacyjności. Co bezpośrednio jest związane z nowymi regulacjami prawnymi odnośnie efektywności energetycznej Nie ulega wątpliwości, że wprowadzenie klas efektywności energetycznej dla podgrzewaczy i wymienników c.w.u. pozytywnie wpłynie na ograniczenie szybkości z jaką będzie stygła ciepłą woda użytkowa w zbiornikach. Zawsze jednak pozostaje kwestia odpowiedniego montażu urządzenia, na które producenci podgrzewaczy i wymienników nie mają wpływu.

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 4/2017 6/2016 2/2016