Dobór buforów ciepła. Ciepła woda pod kontrolą

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Bufor ciepła ma za zadanie zapewnić możliwość   
dostarczenia czynnika grzewczego przy chwilowym poborze większym niż wydajność źródła ciepła. Taka sytuacja może wystąpić w okresie szczytu porannego lub wieczornego, związanego z poborem ciepłej wody użytkowej. Bufor ma także za zadanie stabilizować pracę źródła ciepła w taki sposób, aby pracowało ono jednostajnie przy najwyższej sprawności. W przeciwnym razie każdy, nawet nieznaczny, pobór ciepłej wody użytkowej powodowałby jego włączanie. Szczególnie dotyczy to lata, kiedy wytworzone ciepło przeznaczone jest na przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Zanik poboru ciepłej wody użytkowej powodowałby jego wyłączanie. To, oczywiście, pociągałoby za sobą pracę źródła przy niskiej sprawności i przyspieszone zużycie źródła ciepła, pomp oraz armatury regulacyjnej. Bufor ciepła poprawia także jakość regulacji temperatury czynnika grzewczego poprzez stabilną pracę źródła ciepła. Elementy systemów regulacji temperatury w ogrzewnictwie charakteryzują się sporą bezwładnością, co powoduje wahania temperatury w okresach niestabilnej pracy źródeł ciepła lub zmiennego poboru czynnika grzewczego. Bufor ciepła stanowi także doskonałą separację obiegów hydraulicznych o odmiennej specyfice działania. Należy nadmienić, iż występują tu zazwyczaj dwa obiegi: obieg pierwotny i wtórny. Obieg pierwotny obejmuje źródło ciepła, pompę obiegową bufora ciepła wraz z instalacją ją łączącą. Obieg wtórny obejmuje bufor ciepła, pompę obiegową, mieszkaniowe stacje wymiennikowe oraz instalację ją łączącą. Obieg pierwotny charakteryzuje się zazwyczaj stałą wydajnością w zakresie przepływu, jak i mocy grzewczej. Obieg wtórny pracuje przy zmiennym przepływie mocy grzewczej i oporze hydraulicznym. Szybkość i dynamika zmian jest duża i adekwatna do zmiennego poboru ciepłej wody użytkowej. Dzięki zastosowaniu bufora ciepła możliwe jest połączenie tych obiegów łącznie z separacją lub wysprzęgleniem.

Jak to działa? Bufory ciepła są to zazwyczaj cylindryczne, nisko parametryczne zbiorniki do gromadzenia czynnika roboczego. Jako czynnik roboczy wykorzystywana jest woda uzdatniona, stosowana w instalacjach jako nośnik ciepła. W instalacjach klimatyzacyjnych czynnikiem roboczym może być wodny roztwór glikolu, dla zabezpieczenia medium przed zamarznięciem. Szczególnie dotyczy to instalacji prowadzonych na zewnątrz budynków (np. dachy z agregatami wody lodowej) lub w nieogrzewanych pomieszczeniach, gdy istnieje realne niebezpieczeństwo zamarznięcia wody. Wodne roztwory substancji niezamarzających stosowane są także, gdy temperatura nośnika ciepła w warunkach pracy jest niższa od zera lub bliska zeru. W przypadku instalacji ogrzewczych, zasilających stacje wymiennikowe, stosowanie wodnych roztworów glikolu jest rozwiązaniem sporadycznym, bardzo rzadko stosowanym. Ze względu na warunki techniczne dotyczące temperatury nośnika ciepła w instalacjach ogrzewczych maksymalna temperatura pracy buforów ciepła może wynosić 90oC, zgodnie z obowiązującymi przepisami. Maksymalną temperaturę czynnika roboczego określa Dziennik Ustaw (nr 75, poz. 690 z 2002 roku) w paragrafie 135, w punkcie 5: „W pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi zabrania się stosowania ogrzewania parowego oraz wodnych instalacji ogrzewczych o temperaturze czynnika grzejnego przekraczającego 90°C”. Ciśnienia pracy buforów ciepła nie określają przepisy prawa budowlanego, ale wynosi ono nie mniej jak 3 bary i nie więcej jak 6 barów. Zbiorniki wykonywane są z blachy stalowej jako cienkościenna powłoka spawana. Jako materiał do budowy zasobników buforowych wykorzystywana jest blacha niestopowa o grubości 3-4 mm S235JR wg EN 10025 lub St37-2 wg DIN 4553. Zasobnik buforowy posiada liczne przyłącza do podłączenia źródła ciepła oraz instalacji rozprowadzającej (fot.).

W przypadku występowania wspomagającego źródła ciepła bufor może być wyposażony w wewnętrzny wymiennik ciepła typu wężownica, analogicznie jak bufory zasilane energią słoneczną. Są to jednak rzadkie przypadki. Sens separacji wspomagającego źródła ciepła może występować, gdy jego nośnik ciepła ma odmienne właściwości lub inne parametry pracy. Może to dotyczyć sytuacji, gdy jest to ciepło odpadowe, zaś nośnikiem jest np. para nisko parametryczna, olej chłodzący z procesu technologicznego. Stosowanie wewnętrznego wymiennika ciepła może mieć miejsce, gdy temperatura nośnika ciepła źródła wspomagającego jest odpowiednio wyższa od czynnika roboczego zasilającego stacje wymiennikowe. Takie rozwiązanie niesie także konieczność odpowiednich zabezpieczeń przed perforacją wymiennika, przekroczeniem maksymalnego ciśnienia i temperatury w buforze ciepła.

Zasobniki buforowe mogą być również łączone w baterie zasobników. Produkowane są zasobniki buforowe, od minimalnych pojemności wynoszących np. 300 dm3 do np. 5000 dm3. Średnice przyłączy są odpowiednio dopasowane do pojemności zasobników buforowych. Zasobniki są najczęściej z zewnątrz zabezpieczone przed korozją. Zbiorniki standardowo posiadają izolację cieplną o grubości zazwyczaj 100 mm z folią i pokryciem zewnętrznym. Wymiary zewnętrzne zbiorników są zoptymalizowane pod względem możliwości wprowadzenia do pomieszczeń komunikacją ogólną, bez konieczności wykonywania specjalnych otworów technologicznych. Oczywiście dotyczy to zbiorników o mniejszej pojemności. Średnica i ilość króćców przyłączeniowych pozwala na swobodne podłączenie źródeł ciepła i odbiorników o dużej mocy grzewczej. Laminarne wprowadzenia mediów grzewczych pozwalają na stratyfikacje temperatur czynnika grzewczego.

Zasobniki buforowe mają także zastosowanie w instalacjach ogrzewczych przy kojarzeniu różnych źródeł ciepła charakteryzujących się różną wydajnością, dynamiką, zakresem temperatur, czasem pracy. Bufory ciepła pełnią także funkcję odmulaczy oraz centralnych systemów odpowietrzających.

Metody doboru Przedstawione tu powody stosowania buforów ciepła wymagają różnych metod doboru tych urządzeń w oparciu o zróżnicowane kryteria. Aby bufor ciepła mógł spełnić swoją funkcję, musi być zabudowany we właściwym miejscu w instalacji oraz jego pojemność musi być większa od minimalnej określonej na podstawie różnych kryteriów. Jego lokalizacja w schemacie technologicznym instalacji zasilającej stacje wymiennikowe wydaje się rzeczą oczywistą. Musi być umiejscowiony pomiędzy źródłem ciepła a instalacją ze stacjami wymiennikowymi.

Dużo trudniejszym zagadnieniem jest określenie jego pojemności. Najczęściej pojemność buforów ciepła określana jest na postawie minimalnego czasu włączenia źródła ciepła. Ze względu na specyfikę rozbioru ciepłej wody użytkowej zakłada się okresy postoju źródła ciepła. W okresie uruchamiania źródła ciepła energia do zasilania stacji musi pochodzić z bufora ciepła. Jest to dosyć uproszczone kryterium, jednak często stosowane przez projektantów i zalecane przez producentów mieszkaniowych stacji wymiennikowych. Można je nazwać kryterium letnim, ponieważ zimą w zasadzie, wg tej metody obliczeń, źródło nie powinno być wyłączane, ponieważ mamy stały pobór ciepła na cele grzewcze.

Vb = Vmax c.w.u.* j *tr,

Vb – pojemność bufora ciepła [dm3],

Vmaks c.w.u. – maksymalny strumień czynnika grzewczego do zasilenia mieszkaniowych stacji wymiennikowych na cele c.w.u. [dm3/s],

j – współczynnik jednoczesności pracy stacji wymiennikowych [-],

tr – czas rozruchu źródła ciepła [s].

W przypadku gdy wyliczona pojemność jest mniejsza od pojemności instalacji ogrzewczej, można zrezygnować z bufora ciepła, kierując się tym kryterium doboru pojemności.

W następnym artykule kontynuowany będzie temat zasad projektowania instalacji z mieszkaniowymi stacjami wymiennikowymi.

Grzegorz Ojczyk

Fot. Zasobnik buforowy PUB.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij