Bufor w instalacji grzewczej

Zastosowanie buforu w instalacji uzależnione jest od rodzaju i wielkości instalacji grzewczej.

W niewielkich, jednoobiegowych instalacjach zasilanych ciepłem z kotła gazowego lub olejowego nie przewiduje się zastosowania buforu ciepła. W tych instalacjach wytwarzanie ciepła bilansuje się optymalnie z jego odbiorem i cały proces ogrzewania zachodzi z zadowalającą sprawnością energetyczną. Przekazywanie ciepła przez bufor w instalacji w tych przypadkach powodowałoby większe straty ciepła, nie mówiąc już o kosztach z zakupem i obsługą serwisową samego buforu.

Bufor w instalacji z kotłem stałopalnym

Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w małych instalacjach grzewczych zasilanych ciepłem z kotła stałopalnego. Różnica wynika z charakteru pracy kotłów stałopalnych, które osiągają największą sprawność energetyczną, gdy pracują z odpowiednio wysoką mocą grzewczą, tzw. nominalną. Nie posiadają one takiej zdolności jak kotły gazowe, które zmieniają moc (modulują) w zależności od potrzeb grzewczych, nie tracąc przy tym na sprawności, czy kotły olejowe, które mogą pracować ze zmienną mocą na różnych stopniach, zachowując wysoką sprawność.

Występują kotły stałopalne wielu rodzajów, np. zasypowe, z podajnikiem, wyposażone w prosty lub bardziej złożony system regulacji. Powyższa charakterystyka nie wyczerpuje tematu, ale nie jest to celem niniejszego artykułu.

Kocioł stałopalny wymaga buforu ciepłą, jeśli chcielibyśmy zapewnić mu optymalną pracę z punktu widzenia jego sprawności energetycznej i tym samym oszczędności eksploatacyjnych. Na rys. 1 pokazano schemat jednoobiegowej, grzejnikowej instalacji c.o. i obieg c.w.u. z kotłem stałopalnym i buforem wody grzewczej. Bufor czynnika grzewczego powinien mieć odpowiednią pojemność. Stosuje się bufory o pojemności od 300 nawet do 3000 litrów. Dokładne wyliczenia wielkości buforu będą w tym przypadku uzależnione głównie od mocy kotła i powinny być wykonane przez specjalistę w dziedzinie techniki grzewczej.

Bufor w instalacji i izolacja

Bufory, podobnie jak zasobniki ciepła, muszą być zaizolowane termicznie odpowiednim materiałem izolacyjnym. Z tym nie ma problemu w przypadku buforów firmowych, które ocieplane są płaszczem z pianki poliuretanowej o kilkucentymetrowej grubości lub styropianem o odpowiednich właściwościach termoizolacyjnych. Często jednak, dla oszczędności, przystosowuje się zbiorniki o innym przeznaczeniu na bufory czynnika grzewczego i zaniedbuje ich właściwą izolację termiczną, sądząc po przykładach widocznych w internecie.

Rola sprzęgła

Na rys. 1 pokazano najprostszy typ buforu ciepła z dwoma przyłączeniami do kotła i dwoma przyłączeniami dla odbiorników ciepła. Nie uwzględniono na rysunku armatury hydraulicznej: pomp, zaworów i innych elementów. Ten rodzaj buforu przypomina wyglądem sprzęgło hydrauliczne i taką też pełni jednocześnie dodatkową rolę.

Bufor w instalacji Siedlaczek235-1

Rys. 1. Instalacja grzewcza z kotłem stałopalnym, buforem, obiegiem grzejnikowym c.o. i obiegiem c.w.u.

Rozkład niejednorodny

W buforze występuje niejednorodny rozkład temperatury czynnika roboczego wzdłuż jego wysokości. Zgodnie z naturą, u góry będzie wyższa temperatura niż w dole buforu. Pobór ciepłej wody z samej góry buforu jest przeznaczony dla obiegu grzejnikowego, który jest „odporny” na wysoką temperaturę czynnika. W przypadku obiegu podłogowego ten pobór powinien być umieszczony niżej, instalacja powinna być wyposażona w co najmniej ręczny zawór mieszający. Temperatura czynnika roboczego do obiegów podłogowych zawiera się w granicach od 26 do 45°C w zależności od przeznaczenia pomieszczeń w budynku.

Jednak takie rozwiązania instalacji grzewczych z obiegami podłogowymi nie zasługują w pełni na poparcie. Występuje tu podstawowa sprzeczność. Temperatura wody grzewczej z obiegu podłogowego jest za niska dla kotła stałopalnego. Będzie powodować pocenie się wymiennika ciepła i przyspieszone zużycie przez korozję. W skrajnym przypadku może wystąpić zalewanie kotłowni kondensatem (czarną mazią), wykroplonym na zbyt chłodnym wymienniku kotła stałopalnego.

Korzystne rozwiązanie

Na rys. 2 przedstawiono bardziej złożoną instalację grzewczą, zawierającą dwa źródła ciepła: kocioł gazowy i kominek z płaszczem wodnym, inny rodzaj buforu wody grzewczej, który zawiera w sobie zasobnik c.w.u., oraz dwa obiegi c.o.: grzejnikowy i podłogowy.

Bufor w instalacji Siedlaczek235-2

Rys. 2. Instalacja grzewcza z kotłem stałopalnym i gazowym, buforem z zasobnikiem c.w.u., obiegiem grzejnikowym i podłogowym c.o.

Zasobnik c.w.u. w buforze jest korzystnym rozwiązaniem ze względu na niższy koszt zakupu w porównaniu do kosztu zakupu buforu i zasobnika oddzielnie. Ponadto zasobnik wewnątrz buforu nie ma postojowych strat ciepła i nie potrzebuje dodatkowej powierzchni w kotłowni. Nie ma też strat na przesyle ciepła ze źródła do zasobnika, są tylko straty ze źródła ciepła do buforu.

Bufor wyposażony jest w przyłącza źródeł ciepła znajdujące się na różnych wysokościach; dla kotła gazowego w jego górnej części i dla kominka w dolnej. Takie rozwiązanie umożliwia pracę całej instalacji grzewczej na kilka sposobów w oparciu o:

  • tylko kocioł gazowy,
  • tylko kominek z płaszczem wodnym,
  • jednocześnie kocioł gazowy i kominek.

W przypadku pracy tylko kotła gazowego będzie wykorzystywana górna połowa buforu jako magazyn ciepła. Jest to korzystne rozwiązanie dla pracy kotła gazowego, który nie będzie musiał grzać całej objętości buforu i oszczędne dla użytkownika. W tej części buforu znajduje się zasobnik c.w.u., co zagwarantuje również przygotowanie c.w.u.

Bufor w instalacji z kominkiem

W instalacji grzewczej tylko z kominkiem będzie podgrzewana większa objętość wody w buforze, ze względu na celowe umieszczenie wymiennika ciepła, współpracującego z kominkiem, w dolnej części buforu. Podobnie jak w wyżej podanym przykładzie bufor z odpowiednio dobraną objętością usprawni pracę kominka i zapewni odbiór oraz magazynowanie ciepła nawet przy jego maksymalnej mocy. Ważny jest odpowiedni dobór parametrów obu urządzeń: mocy kominka i objętości buforu. Należy to skonsultować ze specjalistą w dziedzinie techniki grzewczej.

Praca kominka wspólnie z kotłem gazowym może być przewidziana w sytuacja skrajnych, np. w okresie bardzo silnych mrozów albo przy wyjątkowo dużym poborze ciepłej wody. Nie często będą występować takie sytuacje.

Bufor w instalacji pokazany na rys. 2 pełni też ważną rolę jako sprzęgło hydrauliczne. Dzięki niemu możliwa jest niezależna regulacja obiegów grzejnikowych. Oznacza to, że zmiany regulacyjne w jednym obiegu nie mają wpływu na prace innego obiegu. Pompy w różnych obiegach nie zakłócają się nawzajem.

Trzy źródła

Na rys. 3 przedstawiono bardziej złożoną instalację grzewczą, składającą się z trzech źródeł ciepła: kotła stałopalnego, kotła gazowego i instalacji solarnej, buforu i obiegów grzewczych c.o., obiegu c.w.u. i basenu jako dodatkowego odbiornika ciepła. Wbrew pozorom nie jest to najbardziej złożona instalacja grzewcza. Cała instalacja może być regulowana jednym regulatorem pogodowym z dedykowanymi modułami i prostym, dodatkowym termostatem dla utrzymania temperatury wody w basenie.

Bufor w instalacji Siedlaczek235-3

Rys. 3. Instalacja grzewcza z kotłem stałopalnym, gazowym i panelami solarnymi, buforem, obiegami c.o., obiegiem c.w.u. i basenem (z archiwum Vaillant).

Taka instalacja nie może pracować bez magazynu ciepła, bez buforu. Na tym przykładzie widać wyraźnie te trzy wspomniane wyżej części instalacji grzewczej: źródła, magazyn i odbiorniki ciepła.

Bufor dla takiej instalacji grzewczej musi być odpowiednio skonstruowany. Musi posiadać przyłącza z góry przeznaczone dla różnych źródeł ciepła i dla różnych odbiorników. Schemat na rys. 3 nie uwidacznia wszystkich przyłączy buforu. Uzupełnieniem jest rys. 4.

Bufor w instalacji Siedlaczek235-4

Rys. 4. Schemat buforu z uwidocznionym rozkładem temperatury wody grzewczej przeznaczonym do wielu źródeł i wielu odbiorników ciepła (z archiwum Vaillant).

Trzy strefy

Szczegółowe omówienie tego schematu i samego buforu wykracza poza zakres niniejszego artykułu. Należy jednak zwrócić uwagę na takie zaprojektowanie buforu i jego przyłączy, które zapewnia trzy strefy temperaturowe wewnątrz buforu:

  • strefę wody gorącej u góry o średniej temperaturze 65ºC,
  • strefę wody ciepłej o średniej temperaturze 40ºC w części środkowej,
  • strefę wody zimnej o temperaturze ok. 20ºC, nazywaną „rezerwą buforu”.

Strefy temperaturowe tworzone są przez odpowiednie umieszczenie przyłączy zasilania i powrotów ze źródeł i do źródeł ciepła, wewnętrzne kierownice strumieni w postaci przewodów hydraulicznych, oraz przez obwodowe ekrany przy przyłączach odbiorczych czynnika grzewczego. Między strefą wody gorącej i ciepłej znajduje się mechaniczna przegroda, która umożliwia przepływ wody pomiędzy strefami. Jej zadaniem jest „wyostrzenie” granicy temperatur.

Taki rozkład temperatury wewnątrz buforu umożliwia racjonalne wykorzystanie źródeł ciepła, oszczędne gospodarowanie zasobami ciepła i optymalne zasilanie różnych odbiorników ciepła. Ciepło z instalacji solarnej jest transportowane do buforu przez wymiennik ciepła, podobnie jak ciepło transportowane z buforu do basenu. W obu przypadkach wymienniki są oczywiście konieczne.

Bufor w instalacji wody grzewczej jest niezbędnym elementem instalacji grzewczej z kotłem stałopalnym, a także instalacji złożonych z wielu źródeł i wielu odbiorników ciepła.

dr inż. Jan Siedlaczek

Prenumerata Magazynu Instalatora

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