Varmtvannsbereder

Varmtvannsbereder med tank.

En varmtvannsbereder er et apparat konstruert for å berede og eventuelt lagre varmtvann til husholdninger, institusjoner og industri. Begrepet varmtvann kan deles inn i to grupper: varmtvann (opp til 80 °C) og hetvann (over 80 °C). Varmtvann brukes hovedsakelig i husholdninger, industri, kontor og institusjoner. I storhusholdning, næringsmiddelindustri og så videre, hvor det på grunn av hygieniske krav er behov for høyere temperatur, benyttes også hetvann.

Tappested for forbruksvann skal ikke ha vanntemperatur som kan forårsake forbrenningsskade. For varmtvann til personlig hygiene i barnehager, omsorgsboliger etc. bør maksimumstemperaturen ikke overstige 38 °C ved tappestedet. For øvrige installasjoner bør temperaturen ikke overstige 55 °C. Dette ivaretas stort sett ved at beredere er utstyrt med blandeventil.

Forskjellige typer varmtvannsberedere

Beredere kan deles i tre grupper:

• Forrådsbereder, isolert tank med vann oppvarmet på forhånd
• Gjennomstrømningsbereder, som varmer opp vannet idet det konsumeres
• Varmtvannsbeholder, en eldre type som ikke produseres lenger i Norge

Forrådsbereder

En forrådsbereder er en isolert tank for oppvarming (beredning) av vann. Forråd betyr her oppspart eller lagret mengde med sikte på senere bruk. Begrunnelsen for et visst volum på tanken er at en med en stor tank kan tappe store mengder varmt vann over kort tid mens en kan bruke lengre tid på oppvarmingen. En moderne bereder står under konstant trykk fra forsyningsnettet, som ofte er koblet til et vannverk. Som oftest er den utstyrt med et eller flere elektrisk(e) element(er). Elementet er styrt av en driftstermostat og en sikkerhetsutløser som vil bryte strømmen om driftstermostaten svikter. Berederen er også utstyrt med en sikkerhetsventil som slipper ut trykk om dette ved en feil, eller grunnet ekspansjon av vannet under oppvarming, blir for høyt.

Beredere produseres i volumer fra noen få liter til mange tusen liter. Beredere kan også varmes opp med andre energikilder som: Varmepumpe, solenergi, bioenergi, fossil olje eller gass. I nyere systemer er ofte berederen en integrert del av husoppvarmingssystemet. Berederen er da ofte utformet som en dobbeltmantlet bereder med to kammer, ett for tappevann og ett for varmeanlegget. Et alternativ til dobbeltmantel, som er mer vanlig de senere år er innebygget spiral eller en ekstern varmeveksler.

I dag er boligberedere hovedsakelig produsert i rustfritt stål og isolert med polyuretanskum. Frem til 2006 var det mest vanlig med mineralullisolasjon.

Oppvarmingstid på forrådsbereder

For å regne ut hvor lang tid det tar å varme opp en forrådsbereder på 200 liter med 2 kW varmeelement fra 5 °C til 70 °C (∆t 65 K) blir formelen som følger:

• Cj er spesifikk varmekapasitet til vann er 4,18 J/(gram × °C) eller 4,18kJ/(kg × °C). Eller, siden, pr. definisjon, 1J = 1Ws (watt sekund): Cj: 4,18kWs/(kg × °C). som blir brukt i regnestykket.
• Q er volumet i berederen i liter (Én liter og ett kilogram er samme mengde siden det dreier seg om vann)
• ∆t er differansen i temperatur (eksempelvis fra 5 °C til 70 °C gir en ∆t på 65 K)
• T er 3 600 sekunder. Man må dele på det for å gå over fra kWs til det mer praktiske kWh.

$kWh={\frac {Q\times Cj\times \Delta t}{T}}$

For eksempel vil en 200 liters tank med ønsket oppvarming fra 5 °C til 70 °C, gi et energibehov på:

• Energibehov = 200 liter × 4,18 × 65 / 3 600 = 15,09 kWh

For å få tiden kan energibehovet deles på effekten til varmeelementet i berederen (kWh/kW). En standard 200 liters tank kan ha varmeelementet med en effekt på 2 kW. Ved å ta denne brøken vil det dermed ta:

• Tid = 15,09/2 = 7,55 timer

for å varme opp en 200-litersbereder med 2 kW-varmeelement fra 5 til 70 °C.

Gjennomstrømningsvarmer

Utdypende artikkel: Gjennomstrømningsbereder

Gjennomstrømningsvarmer

En 3-faset (400V) gjennomstrømningsvarmer. Tanken på venstre side i kobber, inneholder varmeelementene på cirka 18 kW

En gjennomstrømningsvarmer er en kompakt vannvarmer uten tank eller forråd. Vannet varmes i samme øyeblikk som det tappes, så lenge kranen er åpen. Sammenlignet med tradisjonelle forrådsberedere kan gjennomstrømningsvarmere være energisparende og plassbesparende. Energisparing oppnås ved at den er elektrisk avslått når det ikke tappes. Imidlertid er sparepotensialet noe lavere enn det som ofte hevdes. Dette fordi varmetapet fra en forrådsbereder kommer husets oppvarming tilgode i fyringssesongen. Gjennomstrømingsvarmere er oftest plassert nær tappestedet, noe som forutsetter en varmer for hvert tappested eller våtrom. I større anlegg er dette upraktisk.

• Elektriske gjennomstrømingsvarmere er helt elektrisk avslått når det ikke foregår tapping og har derved ikke tap av energi under tomgang. Kan plasseres nær tappestedene, men kan også fordele varmtvann til flere tappesteder. Denne løsningen er plassbesparende og gir nøyaktig forbruk av strøm i forhold til bruk av varmtvann. Det oppnås friskt varmtvann som kan bedre hygienen.
• Gassdrevne gjennomstrømningsvarmere fungerer prinsipielt på samme måte som elektriske. Forskjellen er at elektriske varmeelementer er erstattet av et forbrenningskammer. Gassdrevne gjennonstrømningsvarmere kan også være integrert i gasskjeler for varmeanlegg. Se: Varmeanlegg. Gassdrevne gjennomstrømningsvarmere har som oftest en pilotflamme som brenner kontinuerlig. I samme øyeblikk som tapping starter åpner en ventil for gasstilførsel og vannet blir umiddelbart varmet opp. Gassvarmeren har derfor et lite tomgangsforbruk av energi. Avgassene føres vanlig vis rett ut av yttervegg. Er vanlig i bruk i land med offentlig gassnett. Passer også eksempelvis på hytter.
• Varmeveksler. I tilknytning til fjernvarme, ​olje- og gassfyrte varmeanlegg benyttes ofte en ren varmeveksler til oppvarming av tappevann. På samme måte som gjennomstrømningsvarmere varmes vann etter behov. Dette krever stor tilførsel av energi under tapping. Benyttes i større boligkomplekser og næringsbygg.

Felles for gjennomstrømningsvarmere er et meget stort behov for energi under tapping. Dette kan gjøre det nødvendig å forsterke husintallasjonen før en elektrisk gjennomstrømningsvarmer kan tas i bruk. Se eksempel på strømbehov lengre ned.

Effektbehov, gjennomstrømningsvarmer

Noen eksempler på effektbehov for gjennomstrømningsvarmere er gitt under. Sammenlignet med en vanlig 2 kW^{[trenger referanse]} varmtvannsbereder med tank har en gjennomstrømningsvarmer behov for betydelig høyere effekt.

Eksempel 1, med forutsetninger om kaldtvann 5 °C, dusjvann 38 °C, ∆t = 33 K (temperaturdiferanse på 33 grader Kelvin):

• 6 liter per minutt = 13,79 kW
• 9 liter per minutt = 20,69 kW
• 12 liter per minutt = 27,59 kW

Eksemepl 2, med forutsetninger om kaldtvann 10 °C, dusjvann 38 °C, ∆t = 28 K:

• 6 liter per minutt = 11,7 kW
• 9 liter per minutt = 17,55 kW
• 12 liter per minutt = 23,4 kW

Beregningene er utført etter følgende utregning

• Cj er spesifikk varmekapasitet til vann = 4,18 J/(gram * °C)
• Q er mengden vann i liter pr. minutt.
• ∆t er differansen i temperatur (eksempelvis fra 5 eller 10 °C og opp til 38 °C, som gir en ∆t på henholdsvis 28 K eller 33 K)
• T = 60

Q × Cj × ∆t = antall joule (energi) som trengs for å varme opp angitt mengde vann i kg. 1 liter vann veier cirka 1 kg. Derfor kan en enkelt beregne resultatet i energi pr liter.

For å regne dette om til Watt må en regne inn tiden. Cj er den energimengden som medgår for å varme opp 1 gram vann en grad K. I dette tilfelle ønsker vi effekten pr. liter/ minutt og må dermed dele på 60.

$kW={\frac {Q\times Cj\times \Delta t}{T}}$

Eksempel 12 liter pr. minutt fra 5 °C til 38 °C: 12 liter/pr min x 4,18 x 33 : 60 = 27,59 kW

Strømbehov, gjennomstrømningsvarmer

Eksempel på strømbehov ved effektuttak på 23,0 kW, avrundet opp til nærmeste hele ampere (A):

• 230 Volt 1 fase = 1 x 100 A
• 230 Volt 3 faser = 3 x 58 A
• 400 Volt 2 faser = 2 x 58 A
• 400 Volt 3 faser = 3 x 34 A

De høye amperetallene i disse disse eksemplene er nok årsaken til det store omfanget i bruk av tradisjonelle forrådsberedere. Med introduksjon av gass til boligoppvarming og der det er tilgang på høye strømeffekter i korte intervaller er gjennomstrømningsvarmere et godt alternativ grunnet sin kompakte form. På tappesteder med behov for små mengder, eksempel vaskeservanter er det også et godt alternativ, da en kan klare seg med 10 – 16 Ampere strømtilførsel ved 230 Volt. Imidlertid er det en klar ulempe ved de fleste elektriske gjennomstrømningsvarmere, de krever at varmtvannskranen er enten lukket eller helt åpne. Dersom den settes i en mellomstilling vil vannet blir svært varmt og varmen vi til slutt koble ut på grunn av overopphetning. Dette fordi enklere elektriske gjennomstrømningsvarmere ikke har noen regulering av tilført effekt.

Ut fra miljøhensyn vil en ved å plassere vannvarmeren nær forbruksstedet unngå varmetapet i fordelingsledningene. Begge typer beredere vil ha behov for sikkerhetsventiler og sikkerhetstermostater og står under konstant vanntrykk fra nettet. Gassvarmeren er også utstyrt med flammeføler, som stenger gasstilførselen om pilotflammen slukker.

Varmtvannsbeholder

En varmtvannsbeholder^{[trenger referanse]} er en eldre type vannvarmer med forrådstank og trykkløs beholder. I likhet med moderme forrådsberedere var de vanligvis oppvarmet med et elektrisk element.

Når en varmtvannsbeholder tappes tilføres kaldt vann til bunnen av tanken, og varmt vann flyter ut fra toppen og ledes via et åpent rør i en treløpsventil frem til tappestedet. En treløps ventil består av to ventiler og et åpent rør. Kaldvannskrana funksjonerer som normalt. «Varmtvannskrana» er egentlig en kaldvannskran hvor utløpet ledes til tanken. Returen fra tanken ledes inn i et åpent rør hvor en ved behov blander inn passe mengde kaldt vann.

Slike beholdere produseres ikke lenger i Norge og brukes ikke til generelt varmtvann, men det finnes små varianter beregnet for vaskeservanter og tappesteder med små vannbehov. Beholderme trenger ikke sikkerhetsventil, da utløpet alltid er åpent. Det er derfor vanlig at det drypper litt i kranen når beholderen er under oppvarming.

Denne teknologien er gammel. Det finnes eksempel på at fagfolk ikke lengre kjenner til virkemåten i en varmtvannsbeholder. Dette kan få katastrofale følger. I februar 2010 var det et eksempel hvor en rørlegger byttet blandebatteri (kran) i en kjøkkenbenk med varmtvannsbeholder. Vedkommende brukte et ordinært toløps batteri og stengte dermed det åpne løpet som finnes i et treløps batteri. Den elektriske termostaten i beholderen var gammel og defekt, med resultat at vannet i beholderen kokte og beholderen eksploderte.

Det ble også utviklet en løsning der den spesielle treløpsvetilen ble erstattet med en fødekasse på loftet. Her stod beholderen under et meget lavt trykk. Fødekassen kan sammenlignes med en toalettcisterne med flottørventil. Flottørventilen holdt et konstant vannivå i fødekassen. Fra denne ble kaldt vann ledet inn i bunnen av tanken. En kunne dermed bruke vanlige tappebatterier, men trykket på varmtvannet var lavt. Under oppvarming ville vannivået i cisternen stige noe. Dette ble fanget opp av ledig volum eller ledet bort ved overløp.

Ekspansjon og drypp fra sikkerhetsventilen

I likhet med varmtvannsbeholderens drypp fra kranen under oppvarming, vil sikkerhetsventilen på en forrådsbereder kunne dryppe i enkelte tilfeller.

Vann utvider seg (ekspanderer) rundt 3 % under oppvarming fra 5 til 70 °C. I en bereder på 200 liter tilsvarer dette en ekspansjon på cirka 6 liter. Vann regnes som ikke-komprimerbart, og den overskytende væsken må derfor ledes bort fra berederen. Vanligvis skyves ekspansjonsvannet tilbake på kaldtvannsledningen og mot nettet fra vannverket. Man ønsker lavere trykk i sanitæranlegget inne i huset enn det er i det offentlige nettet, og det er i dag vanlig at de fleste installasjoner har en trykkreduksjonsventil. En reduksjonsventil fungerer slik at den samtidig er en tilbakeslagsventil. Det økende vannvolumet på innsiden vil ikke lenger kunne føres tilbake til det offentlige nettet og det oppstår et øket trykk inne i husets rørnett. Dette kan man også se på reduksjonsventilens manometer (trykkmåler), hvor en kan avlese et høyere trykk enn reduksjonsventilen er innstilt på. Dette trykket normaliserer seg straks en kran åpnes. Dersom det ikke er noen lekkasjer i kraner eller toaletter vil dette overtrykket kunne nå utløsertrykket for sikkerhetsventilen på varmvannsberederen, som normalt er cirka 9 bar (0,9 MPa), og ekspansjonsvannet ledes ut denne veien.

En annen mulig årsak til drypp fra varmtvannsberederens sikkerhetsventil er dersom en ikke har reduksjonsventil og trykket på nettet overstiger 9 bar som er vanlig utløsertrykk for en slik sikkerhetsventil.

For å unngå at det dannes en vanndam på gulvet foran berederen kan det monteres et ekspansjonskar på kaldtvannstilføselen til varmtvannsberederen. Dette er en lukket tank på cirka 10–18 liter som er delvis luftfylt.

Legionella

Legionella er en vanlig forekommende bakterie som under gitte betingelser kan føre til legionærsyken. Sykdommen ble først beskrevet i juli 1976 i Philadelphia, hvor det var et større utbrudd av sykdommen under årsmøtet til the American Legion (amerikanske krigsveteraner), derav navnet.

Om forholdende ligger til rette kan det blomstre opp legionellabakterier i varmtvannssystemer. Det er derfor viktig at selve berederen holder en temperatur som godt overstiger 60 °C. Det er tilstrekkelig at berederen varmes opp til en tilstrekkelig temperatur med jevne mellomrom. Likeledes bør man med jevne mellomrom gjennomspyle røranlegg og dusjhoder med vann som holder en tilstrekkelig temperatur. Eksempelvis har moderne avanserte varmepumper programmer som ivaretar desinfisering av berederen.

Se også

• Varmtvanndispenser