Efektywność i bezpieczeństwo instalacji c.w.u.

Zakłady wodociągowe potrafią skutecznie uzdatnić wodę i badają ją m.in. na obecność bakterii, w tym z grupy coli, które mogą być zarówno pochodzenia kałowego, jak i środowiskowego, gdyż występują w środowisku w glebie i wodzie. Do niedawna ta grupa bakterii służyła jako wskaźnik kałowego zanieczyszczenia wody, ale obecnie odchodzi się od tego i liczba tych bakterii w wodzie wodociągowej stanowi kryterium oceny czystości i integralności systemów dystrybucji. Wraz z kolejnymi badaniami okazało się, że dochodzi do zagrożenia epidemiologicznego także wskutek wtórnego skażenia wody spowodowanego nieprawidłową budową i eksploatacją sieci oraz instalacji. Zwłaszcza bakteria Legionella, powszechnie występująca w wodzie, najlepsze warunki do namnażania się znajduje w instalacjach ciepłej wody. O ile bakterie z grupy coli przenikają przez układ pokarmowy i wywołują szybkie i groźne objawy, Legionella w wodzie spożytej nie jest groźna. Wnika do organizmu poprzez płuca wraz z mgłą wodną – najczęściej podczas kąpieli pod prysznicem – i powoduje groźną chorobę. Ryzyko zakażenia nią występuje też w dużych systemach klimatyzacyjnych, nawilżaczach oraz w wannach z hydromasażem.

Legionella namnaża się w temperaturach w zakresie 22–43°C, a optymalne jest dla niej 35–37°C. Rozwija się przy odczynie pH od 5,5 do 9,2, optymalny zakres to 6,8–7,0 pH. W wodzie o temperaturze powyżej 46°C bakterie te giną. Nie rozwijają się jednak w samej wodzie, ale w biofilmie, który tworzy się na powierzchni przewodów i zbiorników z ciepłą wodą, a stamtąd trudniej się ich pozbyć. Ponadto Legionella znalazła sprytny sposób na przetrwanie temperatury powyżej 46°C – tworzy kolonie wewnątrz ameb i żeby je tam pokonać, konieczna jest temperatura 70°C. 

Ilość tych bakterii zależy od temperatury wody. Tym samym w instalacji z wodą zimną nie ma potrzeby chronić się przed Legionellą – ale trzeba ją tak zaprojektować, żeby nie było ryzyka wzrostu temperatury powyżej 20°C i odcinków ze stagnacją wody. Sama obecność tej bakterii nie służy za wskaźnik zanieczyszczenia wody, ale ogólna liczba mikroorganizmów stanowi kryterium oceny czystości wody i jakości instalacji. 

Na bakterie Legionella składa się 25 gatunków i aż 18 z nich jest chorobotwórczych dla człowieka, m.in. Legionella pneumophila. Dobre warunki do ich namnażana występują w zbiornikach i instalacjach ciepłej wody w dużych kompleksach mieszkalnych i budynkach użyteczności publicznej – w hotelach, szpitalach, sanatoriach, domach opieki społecznej. Objawy choroby są takie same jak przy zapaleniu płuc i tylko po odpowiednich testach można stwierdzić, czy to legionelloza. Tym samym polskie statystyki nie odnotowują dużej liczby przypadków, bo nie przeprowadza się odpowiednich testów.

Dostępne są różne metody dezynfekcji instalacji c.w.u. – chemiczne i fizyczne. Skuteczne jest chlorowanie instalacji dawką 50 mg Cl₂ na 1 dm³ w czasie 3 godzin, potem zmniejszanie dawki do 2–3 mg. Stosuje się też związek chloraminy, który najskuteczniejszy jest w temperaturze 30°C. Z uwagi na fakt, że związki chloru w dużej ilości mogą być rakotwórcze, nie jest to metoda częsta i łatwa technicznie oraz tania. Powoduje też wzrost ryzyka przyspieszonej korozji instalacji. Instalacje można także jodować dawką 16 mg na 1 dm³ jodków przez 1 godz. Stosuje się również ozonowanie – jest ono bardzo skuteczne i szybkie, ale ozon w dawkach do dezynfekcji ma negatywny wpływ na instalacje. Promieniowanie ultrafioletowe też zabija bakterie, ale jego skuteczność zależy od temperatury i mętności wody. 

Praktyczną, skuteczną i tanią metodą zapobiegania bakteriom Legionella w instalacjach ciepłej wody jest utrzymywanie temperatury wody powyżej przedziału, w którym się ona namnaża, ale na takim poziomie, by woda nie była zbyt gorąca i nie powodowała ryzyka oparzeń. Wymaga to zastosowania odpowiedniej armatury i wyposażenia instalacji w system kontroli. Armatura ta powinna dawać gwarancję skutecznego przegrzewu całej instalacji – czyli w zadanej temperaturze i czasie, a jednocześnie minimalizować ryzyko odkładania się kamienia oraz poparzenia użytkowników.

Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych wymaga utrzymywania temperatury ciepłej wody użytkowej (oprócz budynków jednorodzinnych) w zakresie 55–60°C mierzonej w punktach czerpalnych. Instalacja c.w.u. powinna umożliwiać przeprowadzanie ciągłej lub okresowej dezynfekcji metodą chemiczną lub fizyczną (w tym okresowe stosowanie metody dezynfekcji cieplnej) bez obniżania trwałości instalacji i zastosowanych w niej wyrobów. Dezynfekcja termiczna powinna być przeprowadzona w temperaturze nie niższej niż 70°C i nie wyższej niż 80°C mierzonej w punktach czerpalnych. W pełni zapewnia to bezpieczeństwo w zakresie higienicznym ciepłej wody użytkowej.Przepisy wymagają takiego zaprojektowania i wykonania instalacji c.w.u., aby ilość energii cieplnej potrzebna do przygotowania wody była utrzymywana na racjonalnie niskim poziomie. Konieczna jest też izolacja termiczna i utrzymywanie strat ciepła na racjonalnie niskim poziomie – dlatego tak ważne jest izolowanie cieplne przewodów. Warunki techniczne wymagają także zabezpieczenia przed przekroczeniem dopuszczalnych dla danych instalacji parametrów ciśnienia i temperatury, zgodnie z zapisami normy PN-B-02440:1976 Zabezpieczenie urządzeń ciepłej wody użytkowej – Wymagania w zakresie pkt 2; 3.1.1; 3.1.2 i 3.2.1–3.2.13.

Termostatyczne zawory mieszające do małych instalacji

W małych instalacjach, w których c.w.u. przygotowywana jest w pojemnościowych podgrzewaczach wody lub gromadzona w zasobnikach, zawór mieszający ma za zadanie utrzymywanie stałej, ustawionej temperatury wody zmieszanej, niezależnie od zmiany temperatury wody zgromadzonej w podgrzewaczu lub zasobniku. Woda w zasobniku i podgrzewaczach pojemnościowych powinna mieć temperaturę minimum 60°C, aby zapobiegać rozwojowi bakterii. Taka temperatura wody jest jednak zbyt wysoka do jej bezpośredniego użytku. Obniża się ją za pomocą termostatycznych zaworów mieszających, które zmniejszają temperaturę wody w miejscu poboru do wartości bezpiecznej dla użytkownika – tj. do 50°C. W wielu zaworach temperaturę wody zmieszanej ustawia się za pomocą pokrętła w zakresie od 30 do 60°C. 

Zasada działania takich zaworów polega na tym, że element regulacyjny zaworu mieszającego zawiera czujnik temperatury zlokalizowany na wyjściu wody zmieszanej. Poprzez ciągłą zmianę ustawienia elementu zamykającego dopływ wody zimnej utrzymywana jest odpowiednia proporcja wody zimnej i ciepłej, zapewniająca stałą temperaturę wody zmieszanej. Dla prawidłowej pracy zaworu należy zapewnić zbliżone ciśnienie po stronie ciepłej i zimnej wody. 

Schemat instalacji z takim zaworem przedstawia rys. 1. Zaworów przeznaczonych do instalacji ze zbiornikami pojemnościowymi nie można stosować w instalacjach z kotłami, w których c.w.u. jest przygotowywana w sposób przepływowy. 

Oferowane są zawory mieszające o właściwościach hydraulicznych pozwalających na ich montaż w miejscu zasilania całej instalacji lub grupy odbiorników. Dostępne są także np. w wykonaniu z zaworami zwrotnymi na wejściu ciepłej i zimnej wody i filtrami na wlotach oraz w konstrukcji odpornej na osadzanie się kamienia.
Termostatyczne zawory mieszające dla instalacji średnich i dużych.

Zawory takie mają budowę umożliwiającą ich wykorzystanie w instalacjach o dużych przepływach, jak systemy scentralizowane lub grupy odbiorników (rys. 2).

Elementem regulującym jest czujnik temperatury całkowicie zanurzony w przewodzie wody zmieszanej. Czujnik ten rozszerza się lub kurczy wraz z temperaturą i w sposób ciągły dobiera proporcje między wodą ciepłą i zimną. Zawór automatycznie reguluje natężenie przepływu, by uzyskać żądaną temperaturę również wtedy, gdy występują spadki ciśnienia spowodowane poborem wody przez innych użytkowników lub gdy zmienia się temperatura na wejściu wody do instalacji. Oferowane są także zawory z wymiennym wkładem, który zawiera wszystkie elementy regulacyjne. W przypadku konserwacji lub wymiany wkład usuwa się bez demontażu korpusu zaworu. Zawory mają pokrętła regulacji temperatury i blokady. Pokrętło pozwala na ustawienie zadanej temperatury, a mechanizm blokujący zabezpiecza nastawę w wybranym położeniu.

Termostatyczne zawory do cyrkulacji c.w.u.

W instalacji ciepłej wody użytkowej, aby spełnić wymagania przepisów w zakresie efektywności energetycznej i przeciwdziałania rozwojowi bakterii Legionella, ważne jest zapewnienie odpowiedniej temperatury wody w każdym punkcie. Instalacje należy projektować i montować tak, by nie miały one „ślepych” odcinków, w których woda nie będzie przepływać, ale zalegać. Instalacja cyrkulacji ciepłej wody użytkowej musi też być odpowiednio zrównoważona termicznie, żeby uniknąć nierównomiernego rozkładu temperatury. Zawory cyrkulacyjne zamontowane na poszczególnych odgałęzieniach w sposób automatyczny utrzymują ustawioną temperaturę. Zawór taki poprzez wewnętrzny element termostatyczny reguluje natężenie przepływu w zależności od temperatury wody zasilającej. Gdy temperatura ciepłej wody zbliża się do wartości zadanej, element zamykający stopniowo redukuje przepływ. Tym samym natężenie przepływu ciepłej wody wytwarzane przez pompę cyrkulacyjną jest przenoszone na pozostałe odgałęzienia, co powoduje zrównoważenie termiczne całej instalacji.

Z uwagi na prawny wymóg okresowej dezynfekcji termicznej zawory cyrkulacyjne wyposaża się też w układ realizujący ten proces. Funkcja dezynfekcji termicznej może być automatycznie uruchamiana dzięki zastosowaniu drugiego wkładu termicznego. Przy temperaturze 68°C drugi element termostatyczny rozpoczyna kontrolę procesu dezynfekcji, umożliwiając przepływ wody niezależnie od pierwszego czujnika termostatycznego. Woda przepływa specjalnym obejściem, które pozostaje całkowicie otwarte do osiągnięcia temperatury 70°C. Po przekroczeniu tej wartości dopływ zostaje ograniczony, aby zrównoważyć instalację również podczas procesu dezynfekcji. Kiedy temperatura osiągnie wartość 75°C, dopływ jest jeszcze bardziej ograniczany, by zapobiec ewentualnym problemom w instalacji. Dostępne są też zawory z funkcją dezynfekcji sterowaną za pomocą siłownika termoelektrycznego.

Literatura

1. Katalog produktów Caleffi, 2019.
2. System sterowania instalacją cyrkulacyjną ciepłej wody użytkowej, Danfoss, 2012.
3. Materiały firm: Afriso, Caleffi, Danfoss, Herz.