Bufor Ciepła w Instalacji Ogrzewania na Paliwo Stałe: Kluczowe Zastosowania i Korzyści
Kluczowe Zastosowania Bufora Ciepła w Instalacji Ogrzewania na Paliwo Stałe
Wprowadzenie
Bufor ciepła stanowi prosty i funkcjonalny zbiornik na ciepłą wodę, często o pustym wnętrzu, otoczony izolacją termiczną i wyposażony w króćce umożliwiające podłączenie do instalacji. Jego głównym zadaniem jest pełnienie roli magazynu gorącej wody, która może być nagrzana na zapas i wykorzystana w późniejszym czasie do celów ogrzewania lub higienicznych. Proces produkcji ciepła można skoncentrować na okresach, gdy jest to wygodne (np. gdy jesteśmy w domu i mamy czas), natomiast zużywamy je wtedy, gdy jest to rzeczywiście potrzebne. Dzięki temu bufory ciepła stają się praktycznym i efektywnym rozwiązaniem dla użytkowników.
Nowoczesne Domy: Precyzyjny Dobór Źródła Ciepła i Utrzymanie Efektywności Kotła
Nowoczesne, dobrze ocieplone domy o niskim zapotrzebowaniu na ciepło wymagają precyzyjnego doboru źródła ciepła. Chociaż dobieramy kocioł do najbardziej niekorzystnych warunków zewnętrznych, warto pamiętać, że kocioł pracuje również w warunkach przejściowych, takich jak wiosna czy jesień. W tym okresie, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest niższe, kocioł może pracować z mniejszą mocą, co może prowadzić do dławienia procesu spalania i utraty efektywności.
Niewłaściwe palenie w kotle, przewymiarowanie, mały wymiennik ciepła czy zaniedbania w zakresie konserwacji mogą znacznie obniżyć sprawność kotła. W takich przypadkach zużywamy więcej paliwa, które nie jest efektywnie wykorzystywane, co skutkuje dodatkowymi kosztami. Dlatego ważne jest, aby dbać o właściwe użytkowanie i regularne konserwacje kotła, co pozwala utrzymać jego optymalną efektywność i ograniczyć koszty eksploatacji.
Kiedy Takie Rozwiązanie Ma Sens?
Palenie w kotłach stałopalnych niesie ze sobą kilka niekorzystnych aspektów. Proces ten jest uciążliwy, wymaga stałego dostarczania paliwa, konieczne jest regularne czyszczenie komina, trudno precyzyjnie kontrolować temperaturę wody w instalacji, co prowadzi do marnotrawienia dużej ilości ciepła. Dodatkowo, sposób palenia może przyczynić się do szybszej degradacji kotła.
Aby unikać tych problemów, szczególnie w przypadku kotłów na paliwo stałe z systemem ogrzewania podłogowego, zaleca się zoptymalizowanie procesu. Kocioł pracuje na wysokich parametrach, podczas gdy ogrzewanie podłogowe operuje na niższych temperaturach. Bufor pełni rolę regulatora, absorbując wysoką temperaturę z kotła (80-95°C), a następnie dostarczając ciepło do instalacji w sposób zoptymalizowany dla podłogówki (35-40°C). Taki system eliminuje konieczność ciągłego dodawania paliwa, regulowania temperatury i zmniejsza straty ciepła, gromadząc nadmiar energii do magazynowania.
Aby minimalizować konieczność częstych wizyt w kotłowni, zaleca się uruchamianie kotła w okolicach jego mocy nominalnej. Na przykład, kotły zgazowujące drewno są efektywne tylko przy pełnej mocy. Odpowiednie dostarczenie powietrza podczas spalania gwarantuje czystość procesu, pełne wykorzystanie paliwa, eliminuje emisję szkodliwych substancji do komina. Taki sposób palenia jest efektywny, zapewnia czysty komin, minimalizuje kłopoty z rozpalaniem, a bufor szybko ładowany dostarcza równomierną ilość ciepłej wody do instalacji.
Kto Może Obejść Się Bez Bufora?
Posiadacze kotłów zasilanych gazem ziemnym lub peletem – w tych przypadkach bufor może pełnić rolę sprzęgła hydraulicznego, choć jego pojemność może być znacznie mniejsza. Kotły te, dzięki precyzyjnemu sterowaniu procesem spalania, nie wymagają konieczności magazynowania ciepła na późniejsze użycie.
Posiadacze starszych, nieocieplonych budynków – instalacje grzewcze w takich domach są zazwyczaj pojemne, a zapotrzebowanie na ciepło jest znaczne. Kotły pracują w tych warunkach na pełnych obrotach, co sprawia, że magazynowanie ciepła wymagałoby wyjątkowo dużego bufora.
Jak Dopasować Pojemność Bufora?
Im większa pojemność bufora, tym korzystniej, ponieważ pozwala on na dłuższe przechowywanie ciepła. Jednakże istnieją ograniczenia związane z dostępnymi środkami finansowymi oraz dostępnym miejscem w kotłowni. Zakładając, że pragniemy zapewnić rezerwę ciepła na jeden dzień, zwłaszcza w najzimniejszym okresie, dobieramy pojemność bufora zgodnie z zapotrzebowaniem budynku na ciepło.
Najlepiej bazować na projekcie domu, aby określić zapotrzebowanie budynku na ciepło. W przypadku starszych domów lub tych bez dostępnej dokumentacji, pomocna może być tabela do szacowania zapotrzebowania na ciepło:
Przykład 1
Dom 150m2 wybudowany na początku tego stulecia (zapotrzebowanie na ciepło w odniesieniu do powierzchni 60W/m2 )
60W/m2 x 150m2 = 9000W = 9kW – zapotrzebowanie budynku na ciepło w warunkach obliczeniowych (maksymalne zapotrzebowanie na ciepło przy ujemnej temperaturze zewnętrznej, której wysokość zależy od strefy klimatycznej)
Kilowaty mocy mnożymy przez 24 godziny pracy żeby wyszła energia w kilowatogodzinach
9kW x 24h = 216kWh – tyle energii musi zmagazynować bufor na jedną dobę zapasu
Zakładając, że 1m3 wody o temperaturze 95°C magazynuje 60kWh ciepła wystarczającego do zasilenia ogrzewania podłogowego oraz 30 – 40kWh ciepła potrzebnego do zasilenia instalacji grzejnikowej, obliczymy pojemność bufora dzieląc ilość energii wynikającą z zapotrzebowania przez ilość energii zależną od rodzaju instalacji.
216kWh / 60kWh = 3,6m3 – o takiej pojemności bufor zapewni dobowy zapas energii w warunkach obliczeniowych
Przykład 2
Dom 150m2 przedwojenny, gdzie wysokość kondygnacji to 3,15m (zapotrzebowanie na ciepło w odniesieniu do kubatury 48W/m3). Obliczamy kubaturę budynku i mnożymy przez zapotrzebowanie na ciepło w odniesieniu do kubatury:
150m2 x 3,15m = 472,5m3 x 48W/m3 = 22680W = 22,68kW
I dalej jak w przykładzie wyżej.
Zalety
Warstwowy układ temperatury w buforze – nie ma konieczności oczekiwania na ogrzanie całej pojemności bufora, gdyż gorąca woda zbiera się w górnej części zbiornika, skąd jest pobierana.
Możliwość pełnej mocy kotła przy nadmiarze powietrza i wysokiej temperaturze, co zapobiega zanieczyszczeniom komina sadzą i przedłuża żywotność kotła.
Wyższa sprawność układu kocioł + bufor w porównaniu do samego kotła, dzięki lepszemu wykorzystaniu paliwa, co przekłada się na oszczędności dla użytkownika.
Redukcja liczby koniecznych wizyt w kotłowni.
Stabilizacja temperatury w instalacji.
Magazynowanie nadmiaru ciepła.
Wykorzystanie zgromadzonego ciepła nawet po zakończeniu pracy kotła.
Możliwość efektywnej pracy kotła w optymalnych warunkach spalania.
Łączenie różnych źródeł ciepła w jednej instalacji.
Możliwość podziału gorącej wody na różne cele, oszczędzając jednocześnie miejsce w kotłowni na inne zbiorniki.
Wykorzystanie energii z kolektorów słonecznych do ogrzewania podłogowego, nawet gdy są one nieznacznie nagrzane zimą.
Oszczędność na pompie ciepła, umożliwiając jej rzadsze i dłuższe cykle pracy oraz przedłużając jej żywotność.
Wady
Duże rozmiary zbiornika, przekraczające standardowe możliwości większości kotłowni, szczególnie w nowo wybudowanych domach przygotowanych do ogrzewania gazem ziemnym.
Wysoki koszt zakupu – bufor o pojemności powyżej 1m³, dostępny od ręki, może kosztować od 2 do ponad 10 tysięcy złotych, zwłaszcza w przypadku zbiorników o pojemności 3-4m³; dodatkowa wężownica dla obiegu solarnego lub na ciepłą wodę użytkową generuje dodatkowy koszt w wysokości 2-3 tysięcy złotych.
Straty postojowe są niewielkie, ale zawsze obecne, rzędu 2-3°C na dobę w przypadku dobrze ocieplonego zbiornika o pojemności 1m³.
Duża ilość wody to jednocześnie duże naczynie wzbiorcze do zabezpieczenia instalacji.
Jaki Kocioł Wybrać?
☛ Wybór może paść na dowolny kocioł na paliwo stałe, zarówno z górnym, jak i dolnym spalaniem. W przypadku pracy z pełną mocą, konieczność zaawansowanego sterowania staje się zbędna.
☛ Moc kotła może być dowolnie wysoka, z zastrzeżeniem, że wielkość zasypu powinna być dostosowana do pojemności cieplnej bufora. Bufor jest idealnym rozwiązaniem, gdy posiadamy nadmiernie wydajny kocioł w nowym domu lub po termomodernizacji, gdzie zapotrzebowanie na ciepło znacząco spadło, a istniejący kocioł może służyć jeszcze przez parę lat.
☛ W przypadku kotłów podajnikowych, zastosowanie bufora nabiera sensu, gdy kocioł pracuje poniżej 30% swojej mocy nominalnej.
Jak Podłączyć Kocioł Do Bufora I Do Instalacji?
Liczba wyjść z bufora jest uzależniona od ilości źródeł zasilania oraz ilości odbiorników ciepła, a ich rozmieszczenie związane jest z temperaturą w buforze.
☛ Kocioł, generujący najwyższą temperaturę, powinien być podłączony tak, aby mógł ładować całą objętość bufora – zasilanie u góry, powrót u dołu.
☛ Ogrzewanie grzejnikowe, wymagające najwyższej temperatury, powinno mieć zasilanie u góry i powrót nieco powyżej dna.
☛ Pompa ciepła, zdolna do generowania temperatury rzędu 35-60°C, powinna być podłączona do bufora w połowie jego wysokości, a powrót u dołu zbiornika.
☛ Kolektory słoneczne, produkujące znikomą ilość ciepła zimą, mogą ładować bufor. Wężownica z glikolem powinna znajdować się najniżej w zbiorniku, by zwiększyć efektywność działania.
☛ Grzałka elektryczna, idealnie trójfazowa, ładowana w czasie tańszej taryfy nocnej, powinna być podłączona przy samym dnie zbiornika, jeśli to możliwe.
☛ Wężownica ciepłej wody użytkowej, zapewniająca przepływowe podgrzewanie wody, powinna być umieszczona w warstwie o najwyższych temperaturach bufora, z zasilaniem w połowie wysokości zbiornika.
Wężownice w buforze są konieczne jedynie w przypadku oddzielenia układów, takich jak ciepła woda użytkowa (woda pitna) i instalacja solarna (glikol). W innych przypadkach należy unikać wężownic ze względu na koszty i efektywność, którą osiąga się przy bezpośrednim przepływie wody.
Przyłącza zasilające i pobierające wodę z bufora powinny posiadać zakończenia w postaci łokcia 90°, skierowanego w sposób umożliwiający utworzenie ruchu wirowego wody między króćcami zasilającymi a odbierającymi ciepłą wodę. Taki ruch sprzyja uwarstwieniu wody w całej objętości zbiornika.
UWAGA NA NACZYNIE WZBIORCZE!
Po zainstalowaniu bufora, ilość wody w instalacji ulegnie znaczącej zmianie. W celu właściwego dostosowania naczynia wzbiorczego, sugeruje się orientacyjne określenie jego wielkości jako 4-6% pojemności całej instalacji, obejmującej grzejniki, rury, kocioł, a teraz również bufor.