Konstrukce výměníku
Proč přenese víc tepla než kus trubky
Rekuperovat teplo z odpadní vody umí i obyčejná měděná spirála kolem potrubí. Rozdíl mezi „něco to přenese“ a „vyplatí se to“ dělají tři konstrukční rozhodnutí – a každé z nich je tady vysvětlené celé.
Teplo se ukládá do konstrukce
Běžný průtokový výměník předá teplo jen v okamžiku, kdy obě vody tečou zároveň. Tenhle ne.
2Předehřívaná voda neproudí hladkou trubkou
Tvar kanálu na straně studené vody rozhoduje o tom, kolik tepla stěnou vůbec projde.
3Využívá se i teplo z páry
Ve stoupačce se kromě tepla z kapaliny uvolňuje i teplo, které je v páře nad ní.
Rozhodnutí 1
Teplo se ukládá do konstrukce
Průtokový výměník funguje jen tehdy, když odpadní i studená voda tečou zároveň. Jakmile odběr skončí, teplo, které ještě zbývá v odtékající vodě, mizí do kanalizace. V domácnosti je takových okamžiků víc, než se zdá: vypuštěná vana, doběh sprchy, vypouštěcí cyklus pračky nebo myčky.
EQUALIS THERM část tepla ukládá do vlastní konstrukce a předá ho při dalším průtoku studené vody. Zachytí tedy i teplo z odtoku, u kterého do ohřívače zrovna nic neteče. To je zásadní rozdíl oproti jednoduchým sprchovým výměníkům pod vaničkou, které umí pracovat výhradně při souběhu.
Praktický důsledek: přínos neklesá na nulu u domácností, které se nesprchují najednou, a dává smysl i tam, kde velkou část teplé vody spotřebují spotřebiče.
Rozhodnutí 2
Předehřívaná voda neproudí hladkou trubkou
Kolik tepla projde stěnou, nezávisí jen na ploše. Závisí hlavně na tom, jak rychle se teplo dostane od stěny do jádra proudu. V hladké trubce při klidném průtoku se u stěny drží mezní vrstva – tenká vrstvička vody, která se ohřeje, zůstane na místě a dál se chová jako izolace. Plocha je využitá, ale ne naplno.
Studená voda mířící do ohřívače protéká profilovaným kanálem se strukturovaným povrchem stěny. Profil trvale narušuje mezní vrstvu u stěny, vyvolává sekundární vířivé proudění a udržuje turbulentní režim i při běžném odběru sprchy. Turbulence zvyšuje součinitel přestupu tepla oproti laminárnímu proudění v hladké trubce a potlačuje teplotní rozvrstvení vody v průřezu, takže se stěna kanálu využívá k přenosu tepla po celém obvodu.
Odborně řečeno: profil narušuje hydrodynamickou i tepelnou mezní vrstvu, vyvolává odtrhávání proudu a sekundární (vířivé) proudění. Reynoldsovo číslo vychází při běžném odběru sprchy (5–10 l/min) zhruba 4 700 až 9 400 – je to turbulentní režim, ne hraniční hodnota. Turbulence zvyšuje Nusseltovo číslo, tedy poměr mezi přenosem tepla prouděním a vedením, oproti laminárnímu proudění v hladké trubce, a potlačuje teplotní stratifikaci v průřezu kanálu.
Rozsah Reynoldsova čísla je dopočet z rozměrů kanálu a fyzikálních vlastností vody, ne měření. O kolik se přestup tepla proti hladké trubce zvýší, neuvádíme – ta hodnota je zatím jen odhad z modelu.
Výsledkem je vyšší přestup tepla v celém rozsahu průtoků, ne jen při špičkovém odběru. Právě proto se účinnost podle situace pohybuje v rozmezí 30–87,5 % a ne kolem jedné hodnoty – jak to počítáme, ukazujeme scénář po scénáři.
Rozhodnutí 3
Využívá se i teplo z páry
V odpadním potrubí a stoupačce, do které je výměník zapojen, se uplatňuje i komínový efekt – tah způsobený rozdílem teplot a hustot vzduchu. Vede vodní páru z teplé odpadní vody k chladnější stěně výměníku, kde kondenzuje. Uvolněné latentní teplo fázové přeměny se předává studené vodě navíc k citelnému (senzibilnímu) teplu odebranému ze samotné kapaliny.
Jinak řečeno: kromě citelného tepla, které se odebere přímo z odtékající vody, se využije i latentní teplo, které se uvolní, když pára zkondenzuje na chladnější stěně. Je to doplňkový mechanismus vedle hlavního přenosu stěnou trubky, ne jeho náhrada – a uplatní se právě proto, že výměník je součástí svislé trasy, ne odbočka mimo ni.
Odkud tahle tvrzení jsou
Popis proudění a přenosu tepla vychází z vlastního výpočetního modelu, ne z certifikovaného laboratorního měření. Celou metodiku i vstupní předpoklady zveřejňujeme na stránce Jak počítáme účinnost, aby si je mohl každý přepočítat. Mechanismus kondenzace a komínového efektu ve stoupačce popisuje podrobněji samostatný článek.
Konkrétní provedení teplosměnné plochy a rozměrové parametry konstrukce nezveřejňujeme. Na funkci ani na výpočet to nemá vliv – model pracuje s veličinami, které jsou v metodice uvedené.
Chcete vědět, co to znamená pro vás? Spočítejte si úsporu nebo si projděte rozměry a ceny.