Magazynowanie i dostarczanie czynnika grzewczego. Bateria buforów

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf 

Tradycyjny sposób łączenia buforów ciepła, przedstawiony w artykule pt. „Relacje strumieni” w poprzednim wydaniu „Magazynu Instalatora” (6-7/2012 – przyp. red.), w tym przypadku można nazwać także równoległym i przepływowym. Określenie „przepływowy” jest o tyle zasadne, że każda struga czynnika grzewczego, wychodząca ze źródła ciepła oraz powracająca do źródła ciepła, musi przepłynąć przez bufor (lub baterie buforów ciepła). Ma to swoje wady i zalety. Podstawową wadą jest ograniczona robocza pojemność (także cieplna), spowodowana odległością w pionie najbliższych króćców zasilania i powrotu. Naturalną rzeczą wydaje się w takim przypadku zwiększenie tej odległości. A więc króćce powrotne z czynnikiem o niskiej temperaturze lokalizujemy możliwie nisko w buforze ciepła (nie tyle my, co producent), króćce zasilające z czynnikiem o wysokiej temperaturze umieszczamy możliwie wysoko w buforze ciepła. Pomysł wydaje się przedni, aczkolwiek kłopotliwy w realizacji za sprawą ograniczeń konstrukcyjnych. W takim razie może zrobić krok w „przepaść” i w ogóle zrezygnować z króćców zasilających i powrotnych? Czyli czynnik o wysokiej temperaturze od strony źródła ciepła (strona lewa), przez „rozdzielacz”, nad buforami wprowadzić wprost na stronę prawą, czyli na stronę odbiorów. Analogicznie czynnik powracający o niskiej temperaturze ze strony prawej, strony odbiorów przez „kolektor” pod buforami, wprowadzić wprost na stronę lewą, stronę źródła ciepła.

Jedyny rozdzielacz
W tym szaleństwie jest metoda! Aczkolwiek zagubiła się nam przy tym sprawa buforowania ciepła oraz dopasowania (sprzęgania) obiegów źródła ciepła i obiegów odbiorów o różnych mocach grzewczych i różnych strumieniach czynnika grzewczego. Słowo sprzęganie wydaje się tu słowem kluczowym.
Wobec tego musimy „rakiem” się wycofać i „przeprosić” z buforem(ami) ciepła, z tą jednak różnicą, iż zastosujemy tylko wpięcia buforów do rozdzielacza i kolektora. W tym momencie możemy mówić o głównym i jedynym rozdzielaczu i kolektorze. Zrezygnujemy tutaj z indywidualnego wprowadzania czynnika grzewczego ze źródła ciepła do buforów ciepła oraz z indywidualnego wyprowadzania czynnika grzewczego z buforów do źródła ciepła. Analogicznie sprawa będzie się miała z poborem i zwrotem czynnika grzewczego z odbiorników ciepła. Przepływ czynnika grzewczego pomiędzy buforami a rozdzielaczem i kolektorem będzie wynikał z kompensacji różnicy pomiędzy strumieniem czynnika grzewczego ze źródła ciepła a strumieniem czynnika grzewczego z odbiorników ciepła. Bufory ciepła w swojej istocie będą sprzęgać zasilania i powroty oraz magazynować energię cieplną. Ten sposób połączenia buforów ciepła możemy nazwać połączeniem równoległym kompensacyjnym.

Konkretne przykłady
Na początek załóżmy, że bufory są do połowy wypełnione czynnikiem grzewczym o wysokiej temperaturze tw (rys. 1), który znajduje się w górnej części buforów.
Górną część buforów, zajętą przez czynnik grzewczy o wysokiej temperaturze, nazwiemy umownie „poduszką gorącej wody”. Pozostałą część buforów wypełnia czynnik o niskiej temperaturze tn i nazwiemy ją „poduszką zimnej wody”. Poduszkę gorącej i zimnej wody oddziela umowne lustro, stanowiące granicę obszaru z gorącą i zimną wodą. Możemy wyodrębnić trzy możliwe relacje strumieni czynnika grzewczego, zasilającego bufory Vzź i odbiorniki ciepła Vzo :

  • Przypadek 1: (Vzo = Vzź)
    Jeśli strumień czynnika zasilającego bufory ciepła, pochodzący ze źródła ciepła Vzź, ma taką samą wartość co strumień Vzo, który zasila odbiorniki ciepła. Wówczas mamy swoisty stan równowagi w buforach ciepła, poduszka gorącej wody nie ulega zmianie, nie kurczy się, ani się nie powiększa. Lustro oddzielające obszary gorącej i zimnej wody nie przemieszcza się w pionie.
  • Przypadek 2: (Vzo < Vzź)
    W sytuacji gdy pobór czynnika grzewczego przez odbiorniki Vzo jest mniejszy od strumienia czynnika grzewczego wytworzonego przez źródła ciepła Vzź, nierównomierność poboru w stosunku do produkcji kompensowana jest wzrostem objętości poduszki gorącej wody. Namacalnym objawem jest obniżanie się lustra oddzielającego poduszkę gorącej i zimnej wody (rys. 2).

Stan taki może się utrzymywać do momentu osiągnięcia przez lustro oddzielające poziomu „1”. Dalsze obniżanie poziomu lustra wiąże się ze swoistym zakłóceniem, które polega na mieszaniu się czynnika o wysokiej temperaturze (tw) z gorącej poduszki z czynnikiem powracającym z instalacji (Vpo) o niskiej temperaturze (tn). W efekcie tego zakłócenia podnosi się temperatura czynnika powracającego do źródła ciepła (t > tn). Stan taki uznawany jest za niekorzystny, ponieważ często pogarsza parametry pracy źródła ciepła. W przypadku prostych systemów regulacyjnych, sterujących pracą źródła ciepła, zalecane jest wyłączenie źródła ciepła wraz z pompą obiegową lub redukcja mocy i wydajności pompy obiegowej.
W przypadku zaawansowanych systemów regulacyjnych z płynną regulacją mocy grzewczej źródła ciepła oraz płynną wydajnością pompy obiegowej, podwyższona temperatura czynnika grzewczego powracającego do źródła ciepła powinna być sygnałem do redukcji mocy grzewczej oraz wydajności pompy obiegowej. Redukcja mocy grzewczej i wydajności pompy obiegowej powinna trwać do momentu, aż temperatura czynnika powracającego do źródła nie obniży się do wartości pierwotnej (tn).

  • Przypadek 3: (Vzo > Vzź)
    W sytuacji gdy pobór czynnika grzewczego przez odbiorniki Vzo jest większy od strumienia czynnika grzewczego wytworzonego przez źródła ciepła Vzź, nierównomierność poboru w stosunku do produkcji kompensowana jest kurczeniem się objętości poduszki gorącej wody. Namacalnym objawem jest podnoszenie się lustra oddzielającego poduszkę gorącej i zimnej wody (rys. 3). Stan taki może się utrzymywać do momentu osiągnięcia przez lustro oddzielające poziomu „4”. Dalsze podnoszenie się poziomu lustra wiąże się ze swoistym zakłóceniem, polegającym na mieszaniu się czynnika o niskiej temperaturze (tn) z zimnej poduszki z czynnikiem grzewczym o wysokiej temperaturze (tw) z gorącej poduszki. W efekcie tego zakłócenia obniża się temperatura czynnika zasilającego odbiorniki ciepła (t < tw). Stan taki jest niekorzystny, ponieważ obniża wydajność cieplną odbiorników ciepła. W przypadku prostych, jak i zaawansowanych systemów regulacyjnych, sterujących pracą źródła ciepła, należy zwiększyć moc cieplną źródła. Jeśli źródło lub źródła ciepła pracują przy pełnej mocy, zaś zwiększony pobór czynnika grzewczego jest cykliczny i chwilowy, to należy rozważyć możliwość zwiększenia pojemności buforów ciepła lub innego połączenia buforów ciepła z instalacją i źródłem ciepła.

Ważnym wnioskiem, jaki można wysnuć, jest fakt, że robocza pojemność (także cieplna) baterii buforów ciepła ograniczona jest przestrzenią pomiędzy najbliższymi króćcami zasilania (poziom „4”) i powrotu (poziom „1”). Aby zwiększyć pojemność roboczą baterii buforów ciepła, należy wpiąć dodatkowe bufory ciepła.
Przedmiotem następnego artykułu będzie połączenie równoległe buforów mieszane, tzw. przepływowo-kompensacyjne.
Grzegorz Ojczyk

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