Ανακυκλοφορία ζεστού νερού χρήσης

Γενικά.

Το παρακάτω σκαρίφημα, απεικονίζει μια κλασσική εγκατάσταση ύδρευσης χωρίς ανακυκλοφορία στο ζεστό νερό χρήσης (ΖΝΧ).






Σε κατάσταση ηρεμίας, το νερό στη σωλήνωση του ζεστού θα είναι κρύο, ή χλιαρό, ανάλογα με τον χρόνο που μεσολάβησε από την τελευταία φορά που οι χρήστες ζήτησαν ΖΝΧ ανοίγοντας κάποια βρύση.

Οταν το νερό στη σωλήνα είναι κρύο και ο χρήστης ανοίξει την βρύση στο σημείο Β, για να τρέξει ζεστό νερό στη βρύση, η σωλήνωση του ζεστού θα πρέπει να αδειάσει εντελώς από το κρύο νερό που περιέχει, και να γεμίσει με ζεστό νερό από το μπόιλερ ή τον παρασκευαστήρα ΖΝΧ.


Το φαινόμενο είναι αισθητό ακόμα και στις εγκαταστάσεις που ο θερμαντήρας βρίσκεται στο πατάρι ακριβώς πάνω από το μπάνιο και γίνεται ενοχλητικό όταν ο θερμαντήρας βρίσκεται μακριά σε σχέση με το μπάνιο, αφού αυξάνεται το συνολικό μήκος των σωλήνων ΖΝΧ και άρα ο όγκος του νερού που περιέχουν.

Εκτός από ενοχλητική, η καθυστέρηση στην άφιξη του ζεστού νερού, συνεπάγεται και μεγάλη σπατάλη νερού, αφού κάθε φορά που οι χρήστες θέλουν να χρησιμοποιήσουν ζεστό νερό, αδειάζουν πολλά λίτρα καθαρού νερού άσκοπα στην αποχέτευση.

Το ζήτημα αυτό αντιμετωπίζεται με την κατασκευή δικτύου ανακυκλοφορίας, που υλοποιείται με την κατασκευή μιας επιπλέον σωλήνωσης που συνδέει τη ζεστή σωλήνα του πιο απομακρυσμένου υποδοχέα με το μπόιλερ ή τον παρασκευαστήρα και την τοποθέτηση ενός κυκλοφορητή που κυκλοφορεί σε κλειστό κύκλωμα (χωρίς ανοικτές βρύσες) το ζεστό νερό χρήσης από το μπόιλερ στον τελευταίο υποδοχέα και πίσω στο μπόιλερ.



Με την τοποθέτηση του κυκλοφορητή ανακυκλοφορίας, το κρύο νερό στις σωληνώσεις ζεστού επιστρέφει στο boiler και θερμαίνεται, ενώ οι σωληνώσεις ζεστού νερού είναι γεμάτες με ζεστό νερό χρήσης έτοιμο προς κατανάλωση.

Με την ύπαρξη της ανακυκλοφορίας, μόλις ο χρήστης ανοίξει τον κρουνό (ή τη θερμομικτική μπαταρία) θα λάβει αμέσως ζεστό νερό, σε θερμοκρασία παραπλήσια με τη θερμοκρασία ΖΝΧ στο μπόιλερ, χωρίς να χρειάζεται να περιμένει ή να ξοδεύει άσκοπα νερό.

Με την προσθήκη της ανακυκλοφορίας, το μοναδικό τμήμα της σωλήνωσης ζεστού που περιέχει κρύο νερό είναι το τμήμα από τον διακόπτη κάτω από τον υποδοχέα μέχρι τον υποδοχέα, μια αμελητέα ποσότητα δηλαδή κρύου νερού.




Τεχνικές απαιτήσεις

Η κυκλοφορία του ΖΝΧ στις σωληνώσεις ζεστού νερού, δημιουργεί θερμικές απώλειες, τις οποίες το μπόιλερ καλείται να αναπληρώσει, με κόστος φυσικά για το χρήστη.

Για την μείωση των απωλειών αυτών, είναι απαραίτητη η πολύ προσεγμένη, σωστά εγκατεστημένη μόνωση σε όλες τις σωλήνες ζεστού νερού και ανακυκλοφορίας.

Δίκτυο ανακυκλοφορίας χωρίς μονώσεις, μπορεί να δημιουργήσει μια εξαιρετικά ενεργοβόρα εγκατάσταση ζεστού νερού χρήσης, ειδικά σε συνδυασμό με λανθασμένο ή ανεπαρκή αυτοματισμό.

Οι μονώσεις τόσο στο ζεστό όσο και στο κρύο, θα πρέπει να είναι πάχους 9mm και άνω σε όλο τους το μήκος. Για ακόμη καλύτερα αποτελέσματα μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνωση πάχους 13mm και στην περίπτωση αυτή μπορεί κανείς να θεωρήσει τις απώλειες αμελητέες.


Αυτοματισμός λειτουργίας

Δεν υπάρχει κανένας λόγος να λειτουργεί ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας όταν το μπόιλερ ζεστού νερού χρήσης δεν περιέχει ζεστό νερό. Αρα ο αυτοματισμός της ανακυκλοφορίας, θα πρέπει να περιλαμβάνει μέτρηση της θερμοκρασίας ΖΝΧ.

Οταν το μπόιλερ περιέχει ζεστό νερό, ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας θα πρέπει να λειτουργήσει, μέχρις ότου η σωλήνωση του ζεστού αδειάσει εντελώς από το κρύο νερό που περιέχει και γεμίσει με ζεστό νερό χρήσης. Τότε ο κύκλος έχει κλείσει και ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας θα πρέπει να σταματήσει να λειτουργεί, διότι έχει επιτελέσει το σκοπό για τον οποίο εγκαταστάθηκε. Περαιτέρω λειτουργία του κυκλοφορητή, σημαίνει άσκοπη κατανάλωση ρεύματος, και άσκοπη αύξηση των απωλειών ενέργειας που μπορεί να είναι σημαντικές σε εκτεταμένα δίκτυα.

Αρα ο αυτοματισμός μας θα πρέπει να περιλαμβάνει μέτρηση της θερμοκρασίας στην σωλήνα επιστροφής μετά τον κυκλοφορητή και πριν το μπόιλερ, όπως στο σχήμα.


Η εφαρμογή μπορεί να υλοποιηθεί με δύο υδροστάτες, έναν στο μπόιλερ και έναν στη σωλήνωση ανακυκλοφορίας, συνδεδεμένους σε σειρά (πύλη AND).

Αν Τ1 είναι η θερμοκρασία ΖΝΧ και Τ2 η θερμοκρασία στη σωλήνωση, τότε ο κυκλοφορητής θα λειτουργεί όταν ισχύει η συνθήκη:

(Τ1 > 50oC) ΚΑΙ (Τ2 < 45οC)


που ηλεκτρολογικά υλοποιείται όπως στο διπλανό διάγραμμα


Ο παραπάνω αυτοματισμός, δίνει:

Ψευδές (δεν λειτουργεί ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας) όταν Τ1 <50οC (δεν έχω ζεστό νερό χρήσης).

Αληθές (λειτουργεί ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας) όταν (Τ1>50oC) (έχω ζεστό νερό στο μπόιλερ) και Τ2<45 (δεν έχει γεμίσει ακόμη η σωλήνα ανακυκλοφορίας με ζεστό νερό).

Ψευδές (δεν λειτουργεί ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας) όταν Τ2>45 (η σωλήνωση ανακυκλοφορίας έχει γεμίσει με ΖΝΧ).

και ικανοποιεί τις απαιτήσεις σχεδιασμού, να λειτουργεί δηλαδή ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας όταν και για όσο χρειάζεται.




Η ίδια εφαρμογή, μπορεί να υλοποιηθεί και αναλογικά, με τη βοήθεια διαφορικού θερμοστάτη. Ο θερμοστάτης, μετράει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ μπόιλερ και επιστροφής (όπως και παραπάνω), τις συγκρίνει, και για όσο η διαφορά τους είναι μικρότερη από ένα δt π.χ. 2^oC, λειτουργεί ο κυκλοφορητής ανακυκλοφορίας.


Για τον τελικό χρήστη οι ρυθμίσεις που μπορούν να γίνουν για τα δύο συστήματα είναι ίδιες, με μόνη ίσως εξαίρεση την αυτόματη απόλύμανση από λεγεωνέλλα, που μπορούν να προσφέρουν κάποια μοντέλα διαφορικών θερμοστατών. Η απολύμανση περιγράφεται παρακάτω.

Κατά τα άλλα, η πρώτη λύση (με εμβαπτιζόμενους θερμοστάτες) είναι πολύ φθηνότερη και πιο απλή.

Σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις, ισχύει η ίδια φιλοσοφία αλλά απαιτείται προσοχή, διότι τα δίκτυα είναι εκτεταμένα και η σωστή ανακυκλοφορία απαιτεί εξισορροπημένους κλάδους.

Σε πολύ μεγάλες εγκαταστάσεις, δεν είναι άσχημη ιδέα η τοποθέτηση περισσότερων από ενός κυκλοφορητών ανακυκλοφορίας, ένας ανα κεντρικό κλάδο του κτιρίου. Με τον τρόπο αυτόν, εξασφαλίζουμε ότι το ΖΝΧ θα κυκλοφορεί σε όλο το κτίριο, χωρίς χρήση ρυθμιστικών βαλβίδων και βαλβίδων εξισορρόπησης που είναι αρκετά δύσκολο να ρυθμιστούν από τεχνικούς που δεν γνωρίζουν καλά το αντικείμενο και είναι εξίσου ακριβές με την αγορά ενός κυκλοφορητή.





Υπολογισμός διατομής σωληνώσεων

Η μέθοδος υπολογισμού των εγκαταστάσεων ανακυκλοφορίας εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από τον τύπο του αυτοματισμού που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κυκλοφορητή.

Σε συστήματα όπου ο κυκλοφορητής λειτουργεί συνεχώς (ενεργοβόρα), ο υπολογισμός γίνεται με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που περιγράφεται εδώ.

Για τον αυτοματισμό που περιγράφηκε παραπάνω, η μέθοδος υπολογισμού διατομών και παροχής θα μπορούσε να είναι η παρακάτω (η μέθοδος δεν περιγράφεται σε κάποιο din ή άλλο πρότυπο και είναι εμπειρική, αλλά λειτουργεί καλά).

Το ζητούμενο στην ανακυκλοφορία, είναι να κυκλοφορεί το ζεστό νερό χρήσης στις σωληνώσεις ανακυκλοφορίας με τέτοια παροχή, ώστε το κρύο νερό που βρίσκεται στο δίκτυο ζεστού νερού χρήσης να αντικαθίσταται από ζεστό μέσα σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα, π.χ. 5 ~ 10 λεπτά της ώρας για μικρές οικιακές εγκαταστάσεις και π.χ. 30 λεπτά της ώρας σε μεγάλα κτίρια.

Για τον υπολογισμό λοιπόν της παροχής της αντλίας, αρκεί να υπολογίσει κανείς τον όγκο νερού που περιέχουν οι σωληνώσεις ζεστού νερού και ανακυκλοφορίας, και να τον διαιρέσει με τον χρόνο που απαιτούμε να κάνει έναν πλήρη κύκλο το νερό χρήσης από τη στιγμή που θα βγει από το μπόιλερ μέχρι να επιστρέψει μέσω του κυκλοφορητή ανακυκλοφορίας.

Το πρόβλημα είναι, ότι οι διατομές δεν είναι γνωστές εκ των προτέρων, και ότι για τη διαστασιολόγηση τους πρέπει να γνωρίζουμε την παροχή, για να υπολογίσουμε όμως την παροχή θα πρέπει να γνωρίζουμε τον όγκο νερού στις σωληνώσεις.

Στις κατοικίες, τα πράγματα είναι σχετικά απλά, γιατί η διατομή των σωληνώσεων ανακυκλοφορίας δεν χρειάζεται να ξεπερνά το Φ20 για πολυπροπυλαίνιο, ή το Φ15 για χαλκό, ή 1/2" για χαλυβδοσωλήνα.

Με τις παραπάνω διατομές, μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο νερού που περιέχουν οι σωλήνες και στη συνέχεια την απαιτούμενη από τον κυκλοφορητή παροχή.

Σε ένα σπίτι π.χ. που μετράμε στο ζεστό νερό χρήσης 10m Φ25PPR, και 30m Φ20PPR στο ζεστό και 15m Φ20PPR στο κρύο, θα έχουμε:

Περιεχόμενο νερό ανα μέτρο μήκους σωλήνων:
Φ20 (εσωτερική διάμετρος 13.2mm) περιέχει 0,132lt/m, ενώ η αντίστοιχη περιεκτικότητα στην Φ25 (εσωτ. διάμετρος 16,6mm) είναι 0,216lt/m

άρα το συνολικό νερό στο σύστημα είναι 10 x 0,216 + 45 x 0,132 = 8,1lt νερού στις σωληνώσεις.

Αν το νερό αυτό θέλουμε να κυκλοφορήσει σε 10 λεπτά της ώρας, η παροχή θα πρέπει να είναι : 8,1 lt / 10 min = 0.81 lt/min = 0.048 m3/h , παροχή που την καλύπτει ένας πολύ μικρός κυκλοφορητής.

Για το ίδιο δίκτυο, αν ζητούσαμε το νερό να κυκλοφορήσει σε 5 λεπτά της ώρας, η παροχή του κυκλοφορητή θα έπρεπε να είναι ίση με περίπου 0.096 m3/h

Σε μεγαλύτερα δίκτυα ο υπολογισμός γίνεται λίγο πιο περίπλοκος και απαιτεί μια ή περισσότερες προσπάθειες δοκιμής / λάθους.

Μπορούμε να ξεκινήσουμε με τον όγκο του νερού στις σωληνώσεις ζεστού νερού (χωρίς να λάβουμε υπ' όψη την ανακυκλοφορία) που είναι πολύ μεγαλύτερης διατομής από την ανακυκλοφορία και συνεπώς περιέχουν το περισσότερο νερό, να υπολογίσουμε με την παραπάνω μέθοδο την παροχή που απαιτείται και μετά να υπολογίσουμε τις διατομές των σωληνώσεων ανακυκλοφορίας για ταχύτητα 1~2m/s

Στη συνέχεια, θα πρέπει να γίνει έλεγχος του μανομετρικού και να διορθωθούν οι διατομές στα σημεία που παρουσιάζουν μεγάλη πτώση πίεσης.

Λόγω της φύσης της εφαρμογής, δεν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια γιατί οι διαφορές στην πράξη που θα προκύψουν (αν δηλαδή το νερό θα γυρίσει σε 5, ή σε 6 ή σε 7 λεπτά) δεν γίνονται αντιληπτές από το χρήστη.


Ανακυκλοφορία ΖΝΧ και λεγεωνέλλα.

Στα δίκτυα ζεστού νερού χρήσης, αναπτύσσεται ένα βακτήριο το οποίο ονομάζεται λεγεωνέλλα και μπορεί υπο προϋποθέσεις να απειλήσει την υγεία μας.

Για τη λεγεωνέλλα μπορείτε να διαβάσετε εδώ, εδώ και εδώ.

Το βακτήριο πεθαίνει σε θερμοκρασίες πάνω από τους 55οC, πράγμα που σημαίνει ότι η περιοδική θέρμανση των σωλήνων ζεστού νερού (που γίνεται με την ανακυκλοφορία) απολυμαίνει το δίκτυο ΖΝΧ από τα βακτήρια της λεγεωνέλλας.


Ανακυκλοφορία ΖΝΧ και ψηφιακή αντιστάθμιση.

Οι περισσότερες σύγχρονες ψηφιακές αντισταθμίσεις για εγκαταστάσεις θέρμανσης παρέχουν τη δυνατότητα ελέγχου της αντλίας ανακυκλοφορίας.

Οι ελεγκτές μετρούν διαρκώς τη θερμοκρασία ΖΝΧ στο μπόιλερ (το κάνουν έτσι κι αλλιώς για να εξασφαλίζουν νερό χρήσης) και με την προσθήκη ενός αισθητηρίου στην επιστροφή της σωλήνας και του κυκλοφορητή ανακυκλοφορίας, είναι δυνατός ο έλεγχος του κυκλοφορητή από τον ελεγκτή της αντιστάθμισης.

Οι εξελιγμένοι ελεγκτές παρέχουν τη δυνατότητα προγράμματος "απολύμανσης", κατά το οποίο ο ελεγκτής ανυψώνει τη θερμοκρασία στο μπόιλερ, κυκλοφορεί το καυτό νερό στις σωληνώσεις για ένα χρονικό διάστημα που επαρκεί για τη θανάτωση του βακτηρίου και στη συνέχεια η εγκατάσταση επανέρχεται σε κανονική λειτουργία.

Γρηγόρης Μοναχός

Διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός Α.Π.Θ.