Zbiornik buforowy i akumulacyjny w instalacji grzewczej

Zbiornik buforowy służy do magazynowania zapasu ciepłej wody w instalacji. Ilość ciepła wytwarzanego w danej chwili przez urządzenia grzewcze nie zawsze pokrywa się z aktualnym zapotrzebowaniem na nie. Najczęściej dotyczy to instalacji wyposażonych w źródła ciepła, których mocy nie da się szybko i elastycznie zmieniać, takie jak proste kotły na paliwa stałe, kominki z płaszczem wodnym czy kolektory słoneczne. Nadmiar ciepła można jednak magazynować i wykorzystywać wtedy, kiedy potrzeby są większe.

W zależności od pojemności i sposobu włączenia do instalacji c.o. zbiorniki wody grzewczej mogą w niej pełnić różne funkcje. Odpowiednio dobrane zwiększają sprawność całego układu, poprawiając spalanie w kotle oraz dystrybucję ciepła. Przyczyniają się w ten sposób także do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń. W niektórych instalacjach, zwłaszcza takich z kilkoma źródłami ciepła, np. kotłem i kominkiem z płaszczem wodnym albo kotłem i kolektorami słonecznymi, są wręcz niezbędne do prawidłowej pracy układu.

Do magazynowania ciepła są wykorzystywane zbiorniki o znacznej pojemności (od 50 do nawet 100 l na każdy kilowat mocy źródła ciepła) nazywane buforami (czy zbiornikami buforowymi). Mogą to być proste zasobniki z króćcami do połączenia ze źródłem ciepła i z instalacją albo wymienniki łączące w sobie wiele dodatkowych funkcji, takich jak przepływowe lub płaszczowe przygotowywanie ciepłej wody użytkowej czy współpraca z instalacją solarną.

Spis treści

1. Zbiornik akumulacyjny - nie tylko magazynowanie
2. Zbiornik buforowy
3. Pojemność zbiornika buforowego i straty ciepła
4. Zbiorniki akumulacyjne - układy multiwalentne do przygotowania c.w.u.

Zbiornik akumulacyjny - nie tylko magazynowanie

Gromadzenie ciepła nie jest jedyną korzyścią wynikającą ze stosowania zbiorników buforowych w instalacji. Jest to niewątpliwie ich podstawowe zadanie, jednak równie ważną funkcją jest poprawa sprawności pracy niektórych źródeł ciepła.

Kocioł grzewczy na paliwo stałe połączony ze zbiornikiem buforowym może wytwarzać wodę grzewczą o wysokiej temperaturze, niezależnie od wymaganej (zwykle niższej) temperatury współpracujących z nim obiegów grzewczych. Woda z bufora przez zawory mieszające ustalające wymaganą temperaturę trafia do instalacji. W ten sposób parametry pracy kotła i instalacji grzewczej mogą być optymalne.

Kotły na paliwa stałe (węgiel, drewno, pelety) osiągają wysoką, deklarowaną przez producentów sprawność tylko wtedy, gdy pracują z mocą nominalną. Taka moc jest jednak potrzebna wyłącznie w największe mrozy, gdy temperatura na zewnątrz spada do wartości obliczeniowej, czyli mniej więcej -20°C, co zdarza się w ciągu zaledwie kilku-kilkunastu dni w sezonie grzewczym. W konsekwencji kocioł, którego deklarowana sprawność sięga 80%, pracuje z rzeczywistą średnioroczną sprawnością na poziomie 50-60%, a więc marnuje ponad połowę opału i do tego jeszcze emituje znacznie więcej zanieczyszczeń, niż by mógł, gdyby pracował efektywniej.

Inaczej jest w przypadku urządzeń niskotemperaturowych, jakimi są pompy ciepła. Zastosowanie zbiornika buforowego nie poprawia w sposób bezpośredni efektywności ich pracy. Co więcej, efektywność układu z buforem w stosunku do układu bezpośredniego spada o mniej więcej 5%.

Przeczytaj też: Dobór mocy i wydajność kotła gazowego do c.o. i c.w.u. >>>

Mimo to zbiorniki buforowe można dość często spotkać w instalacjach z pompą ciepła. A to dlatego, że dzięki dodatkowej porcji wody grzewczej zgromadzonej w zbiorniku optymalizuje się praca sprężarki – czasy jej pracy i okresy przerw wydłużają się. Mniej „szarpnięć” to przede wszystkim dłuższa żywotność sprężarki i mniejsze niebezpieczeństwo awarii.

Dobrym pomysłem jest także wykorzystywanie dodatkowej pojemności instalacji grzewczej, jaką daje zbiornik buforowy, do współpracy pompy ciepła z instalacją elektryczną rozliczaną w systemie dwutaryfowym. Można wtedy zaprogramować automatykę pompy ciepła w taki sposób, by w okresie obowiązywania tańszej taryfy wytwarzane przez nią ciepło było magazynowane, a jego „rozbiór” odbywał się w czasie, gdy koszt energii elektrycznej jest wyższy.

Instalacje ze źródłami ciepła, których moc płynnie dopasowuje się do zapotrzebowania na ciepło, czyli na przykład z gazowymi kotłami wiszącymi, nie wymagają magazynowania ciepła. Jednak gdy w ramach jednej instalacji taki kocioł współpracuje z kolektorami słonecznymi albo drugim źródłem ciepła, np. kominkiem, całość można bezpiecznie „spiąć”, włączając do układu zbiornik buforowy. Odpowiednie sterowanie źródłami ciepła pozwoli wówczas na ograniczenie czasu pracy droższych w eksploatacji źródeł na rzecz tych, które wytwarzają je taniej.

Zbiornik buforowy

Proste zbiorniki buforowe przeznaczone do optymalizacji pracy pojedynczego źródła ciepła mają dużą pojemność i liczne króćce. Sposób ich rozmieszczenia nie jest przypadkowy. Para króćców w najniższej części zbiornika buforowego pozwala na współpracę z niskotemperaturowym źródłem ciepła, np. instalacją solarną (przez wymiennik lub bezpośrednio przez wężownicę). Króćce położone najwyżej umożliwiają z kolei podłączenie źródła ciepła pracującego przy wyższych parametrach, na przykład kotła stałopalnego.

Przeczytaj też: Modernizacja instalacji c.w.u. Jak obniżyć koszty podgrzewania wody użytkowej? >>>

Zbiorniki buforowe współpracujące z wieloma źródłami ciepła oraz mające dodatkowe funkcje określa się zwykle mianem multiwalentnych lub kombinowanych. Ich budowa jest bardziej skomplikowana, aby dało się zoptymalizować współpracę kilku źródeł ciepła, np. w celu maksymalnego wykorzystania energii instalacji solarnej czy zapewnienia odpowiedniego komfortu ciepłej wody użytkowej.

Pojemność zbiornika buforowego i straty ciepła

Zbiorniki buforowe mają najczęściej pojemność od 400 do 1000 l. Dla kotła o mocy kilkunastu kilowatów w celu magazynowania nadmiaru ciepła odpowiedni będzie zbiornik buforowy o pojemności co najmniej 500 l, a jeszcze lepszy 1000-litrowy. Wymiary zewnętrzne zbiorników buforowych bez izolacji w postaci elastycznego płaszcza o dobrych właściwościach ciepłochronnych umożliwiają wniesienie ich przez standardowe drzwi o szerokości 80 cm. Walec o takiej średnicy i pojemności musi mieć jednak mniej więcej 2 m wysokości. Dzięki otulinie postojowa strata ciepła w zbiorniku buforowym wynosi od mniej więcej 1,5 do 3 kWh/24 h, co oznacza, że w ciągu sezonu grzewczego na magazynowaniu traci się średnio około 450 kWh energii cieplnej. To z kolei przekłada się na dodatkowe zużycie paliwa. W przypadku gazu ziemnego należy się liczyć ze wzrostem jego kosztów o 110 zł w sezonie, gdy używa się oleju opałowego – o 140 zł, a kiedy pali się drewnem – o 90 zł.

Aby ograniczyć zużycie energii i paliwa, producenci zbiorników buforowych często proponują zamontowanie dodatkowych alternatywnych źródeł energii do wspomagania ogrzewania. Dobrym rozwiązaniem jest na przykład wężownica solarna. Znajduje się ona w dolnej części zbiornika, a więc jest zanurzona w wodzie o najniższej temperaturze. W połączeniu z dużą pojemnością zbiornika buforowego gwarantuje to spore zyski energii.

Przeczytaj też: Kupujemy zasobnik c.w.u. Na co zwrócić uwagę? >>>

Do zbiorników buforowych o pojemności około 750 l można podłączyć instalację kolektorów słonecznych o powierzchni maksymalnie 12 m² (instalację należy zaprojektować zależnie od charakterystyki rozbioru ciepła). Pokrycie zapotrzebowania na ciepło przez dołączoną do układu instalację solarną może sięgać nawet kilkunastu procent. To oznacza spore oszczędności energii – około 6500 kWh/rok – i tym samym oszczędności w zużyciu paliwa (6500 kWh = 700 m³ gazu = 700 l oleju opałowego = 1,3 t węgla).

Zbiorniki buforowe nierzadko są także wyposażone w osprzęt dodatkowy, m.in. w postaci pełnego sterowania obiegami grzewczymi z zaworami mieszającymi lub bezpośrednimi albo grupy pompowej instalacji solarnej. Taki kombajn zwykle zajmuje, sporo miejsca, ale znacznie upraszcza układ hydrauliczny. Sprawia, że wszystkie odpowiedzialne elementy są zlokalizowane w jednym miejscu, i pozwala na zintegrowanie wielu źródeł energii.

Zbiorniki akumulacyjne - układy multiwalentne do przygotowania c.w.u.

Na rynku można spotkać wiele rozwiązań zbiorników multiwalentnych umożliwiających przygotowywanie wody użytkowej. Do dyspozycji są zbiorniki z funkcją przepływowego przygotowania wody użytkowej, tak zwane higieniczne, a także urządzenia pojemnościowe typu zbiornik w zbiorniku.

Przepływowe podgrzewanie wody użytkowej może być – zależnie od zastosowanego rozwiązania – realizowane w wężownicy zanurzonej wewnątrz zbiornika w otoczeniu wody grzewczej albo w wyciągniętym na zewnątrz wymienniku płytowym tworzącym tak zwany moduł świeżej wody.

Wężownica w zbiorniku. Przygotowanie ciepłej wody użytkowej przez wężownicę zanurzoną w zbiorniku buforowym wody grzewczej jest porównywalne z podgrzewaniem jej przez kocioł dwufunkcyjny. Różnica polega na tym, że twardość wody zimnej jest w tym wypadku niemal bez znaczenia. Zasada działania również jest dość prosta. Zimna woda użytkowa ogrzewa się, przepływając przez karbowaną wężownicę zanurzoną w ciepłej wodzie grzewczej. Konieczne jest jednak zamontowanie termostatycznego zaworu mieszającego, aby uniknąć sytuacji, w której temperatura wody użytkowej byłaby zbyt wysoka. Mankamentem tego rozwiązania jest niezbyt duża wydajność wody użytkowej, sięgająca 9-13 l/min w zależności od mocy źródła ciepła współpracującego ze zbiornikiem buforowym.

Przeczytaj też: Pompa ciepła do c.w.u. - alternatywa dla bojlera elektrycznego >>>

W przypadku standardowo wyposażonej łazienki taki wydatek ciepłej wody jest wystarczający, ale żeby zasilić deszczownicę lub korzystać z ciepłej wody w kilku miejscach jednocześnie, należałoby się rozejrzeć za innym rozwiązaniem.

Również użytkowników pomp ciepła nie należy zachęcać do stosowania zbiorników kombinowanych, ponieważ niska temperatura pracy pomp ciepła dodatkowo wpłynie na zmniejszenie wydajności ciepłej wody użytkowej z takiego zbiornika.

Są to zbiorniki polecane do instalacji z samodzielnym kotłem na paliwo stałe lub do układów z kilkoma źródłami ciepła, na przykład z instalacją solarną wspomagającą jednocześnie centralne ogrzewanie i przygotowanie c.w.u.

Zewnętrzny wymiennik. Przygotowanie ciepłej wody w zewnętrznym wymienniku płytowym pozwala na uzyskanie większej wydajności wody użytkowej, sięgającej – przy odpowiednio dużej mocy przyłączeniowej – nawet 30 l/min. Taki układ jest jednak bardziej wrażliwy na twardość ogólną wody. Rozwiązanie to ma zwykle w standardzie ochronę przed poparzeniem w postaci głowicy termostatycznej.

Zewnętrzne wymienniki płytowe są także polecane do instalacji ze źródłami ciepła podgrzewającymi wodę grzewczą do wyższej temperatury oraz opcjonalnie do integracji z instalacją solarną.