Ilość ciepła wytwarzanego w danej chwili w instalacji bardzo rzadko odpowiada dokładnie zapotrzebowaniu. Najlepiej wiedzą o tym użytkownicy kotłów zasypowych, kominków z płaszczem wodnym (oraz - co także ma dla nas duże znaczenie - instalacji solarnych).
Rzecz w tym, że kotły na paliwa stałe osiągają deklarowaną przez wytwórców wysoką sprawność tylko wtedy, gdy pracują z mocą nominalną. Kłopot w tym, że jest ona potrzebna wyłącznie w największe mrozy, gdy temperatura na zewnątrz spada do około -20°C. A takich dni mamy w sezonie grzewczym zaledwie kilka.
W efekcie, choć kocioł w teorii ma sprawność 80%, to rzeczywista średnia sezonowa wynosi 50-60%, co oznacza, że marnujemy blisko połowę wydanych na opał pieniędzy.
Co gorsza, spalanie z mocą znacznie niższą od nominalnej jest nie tylko nieefektywne. Powstaje wtedy mnóstwo zanieczyszczeń, zatruwamy więc swoje najbliższe otoczenie, a w kotle i kominie gromadzi się bardzo dużo sadzy (niespalone cząsteczki paliwa).
Sprawność i czystość spalania można znacznie poprawić, instalując pomiędzy kotłem a grzejnikami duży zasobnik wody grzewczej. Wówczas kocioł może nagrzewać wodę w zbiorniku niezależnie od tego, czy grzejniki odbierają ciepło czy nie.
Chwilowe zmiany zapotrzebowania na ciepło w pomieszczeniach stają się więc nieistotne. Kocioł może zawsze działać z mocą nominalną, przy której osiąga największą sprawność, a nadmiar ciepła zgromadzony w zbiorniku można wykorzystać później, gdy kocioł (czy też kominek z płaszczem wodnym) już nie pracuje.
Wielką zaletą układu z dużym zbiornikiem akumulacyjnym jest też stabilizacja temperatury wody w instalacji. Chwilowe zwiększenie intensywności palenia, typowe np. dla kominków z płaszczem wodnym, albo przerwanie odbioru ciepła przez grzejniki nie spowoduje wrzenia wody, bo do podgrzania dużej ilości wody potrzeba znacznie więcej ciepła. Ponadto jeśli ruch ciepłej wody pomiędzy kotłem (kominkiem) a zasobnikiem może odbywać się grawitacyjnie - bez udziału pompy - to taki układ jest odporny na przegrzanie w wyniku braku prądu.
Akumulator, sprzęgło, wymiennik
Zbiorniki akumulacyjne należy szczególnie polecić użytkownikom kotłów zasypowych (bez podajnika) oraz kominków z płaszczem wodnym. Ich mocą wyjątkowo trudno jest sterować, a jej zmniejszenie powoduje opisany już spadek sprawności oraz pogorszenie czystości spalania.
Zbiornik taki trzeba też traktować jako właściwie niezbędne uzupełnienie kotła zgazowującego drewno. Proces wydzielania i spalania gazu drzewnego wymaga bowiem utrzymania wysokiej temperatury w kotle, a w związku z tym musi on pracować z pełną mocą.
Zbiornik akumulacyjny, nawet dla kotła o mocy kilkunastu kW, powinien mieć przynajmniej 500 l pojemności, a najczęściej instaluje się ok. 1000-litrowe. Taki zasobnik ma, niestety, dwie istotne wady. Pierwszą jest dość wysoka cena - przynajmniej 2500 zł za zasobnik 1000 l. Druga to znaczne rozmiary. Przy takiej pojemności, walec o średnicy 80 cm ma 2 metry wysokości i nie w każdej kotłowni znajdzie się dla niego miejsce.
Zbiornik akumulacyjny służy jednak nie tylko do magazynowania ciepła. Zastanówmy się, co się stanie w typowej instalacji, bez takiego zbiornika, jeśli przepływ wody przez grzejniki zostanie przerwany, bo np. zamkną się głowice termostatyczne na zaworach. Ustanie ruch wody w całym układzie - także przez kocioł. A teraz pomiędzy kocioł i grzejniki wstawmy zasobnik wody z 4 króćcami: zasilającym i powrotnym kotła oraz zasilającym i powrotnym grzejników.
Co stanie się, gdy w takim układzie zamkniemy przepływ wody przez większość grzejników? Ano nic, kocioł będzie działał dalej. Jedynie część przepływającej przez niego wody zacznie krążyć w krótszym obiegu: kocioł - zasobnik - kocioł. Taki zasobnik uniezależnia przepływ przez kocioł od przepływu przez grzejniki, pełni więc rolę tzw. sprzęgła hydraulicznego, pozwalając przy okazji na łatwe odpowietrzanie i odmulanie całego systemu grzewczego.
Zasobnik wody grzewczej wyposażony w przynajmniej jedną wężownicę jest też wymiennikiem ciepła. Woda przepływająca przez zbiornik nie miesza się bowiem z tą krążącą w wężownicy, ale następuje pomiędzy nimi wymiana ciepła (przez ścianki wężownicy). Jest to atrakcyjne rozwiązanie konkurencyjne w stosunku do popularnych wymienników płytowych, rozdzielających obieg kotłowy (zwykle otwarty) od grzejnikowego (najczęściej zamkniętego).
Zasobnik z wężownicą jest bowiem pod wieloma względami lepszy, niż wymiennik płytowy. Jedyną jego wadą jest to, że zajmuje więcej miejsca. Za to opory przepływu w zasobniku oraz w wężownicy są bardzo małe w porównaniu z wymiennikiem płytowym. Jeżeli w zbiorniku jest otwór rewizyjny, to można go łatwo oczyścić z osadów (kamienia). No i ważny aspekt, opisany już wcześniej - temperatura wody nie zmienia się gwałtownie, ze względu na dużą bezwładność cieplną.
Ciepło z wielu źródeł
Zbiornik akumulacyjny jest właściwie niezbędny w instalacji, w której funkcjonuje kilka źródeł ciepła, np. kominek z płaszczem wodnym albo kocioł na paliwa stałe i kocioł gazowy. Można bez przesady powiedzieć, że w takiej instalacji to on staje się elementem najważniejszym.
Ciepło z każdego z tych źródeł może ogrzewać wodę w zbiorniku, czerpane zaś z niego trafić do grzejników, a ostatecznie do ogrzewanych wnętrz. W razie potrzeby, za pomocą wężownic, można rozdzielić obiegi wody (w tym zamknięty i otwarty).
Przykładowo może to wyglądać następująco:
- kocioł gazowy - pierwsza wężownica;
- grzejniki - druga wężownica;
- kocioł na drewno - bez wężownicy (bezpośrednio).
Warto podkreślić, że oparty na zbiorniku akumulacyjnym system grzewczy można bez problemu budować etapami, np. zacząć od montażu jednego kotła i zbiornika, a potem - zależnie od możliwości inwestycyjnych - przyłączać do niego (czyli do wolnych króćców i wężownic) kolejne źródła ciepła bez konieczności wykonywania jakichkolwiek przeróbek w istniejącej instalacji.
Ciepło zgromadzone w zbiorniku akumulacyjnym można wykorzystać również do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.).
Są na to trzy sposoby:
- zbiornik c.w.u. umieszczony jest wewnątrz odpowiednio dużego zbiornika akumulacyjnego (zasada działania jest identyczna, jak w dwupłaszczowych zasobnikach c.w.u. - zasobnik z ciepłą wodą użytkową ogrzewa się od otaczającej go wody w zbiorniku akumulacyjnym);
- wężownica o dużej powierzchni, zasilana wodą wodociągową, znajduje się wewnątrz zbiornika akumulacyjnego (w momencie poboru c.w.u., woda w wężownicy ogrzewa się przepływowo);
- wężownicę, umieszczoną wewnątrz zbiornika akumulacyjnego, łączy się z zewnętrznym zasobnikiem c.w.u.
W tym ostatnim układzie - w przeciwieństwie do dwóch poprzednich - można łatwo przerwać nagrzewanie wody użytkowej od wody zgromadzonej w zbiorniku akumulacyjnym. Wystarczy zawór na połączeniu zbiornika c.w.u. z wężownicą. Po jego zamknięciu, ruch wody w wężownicy - a więc i wymiana ciepła - ustaje.
Temperatura wody w zbiorniku akumulacyjnym może więc sięgać nawet 90°C, ale podgrzewanie c.w.u. można kończyć np. przy 60°C. Jeśli zaś ruch wody w wężownicy wymusza pompa, to cyrkulację zatrzyma samo jej wyłączenie.
Najwięcej zależy od instalatora
W instalacjach grzewczych ze zbiornikami akumulacyjnymi jest stosowany rozmaity osprzęt dodatkowy: zawory (odcinające, mieszające), pompy obiegowe, zasilacze awaryjne (UPS), czujniki temperatury, grzałki elektryczne oraz wiele innych.
Po co w układzie ze zbiornikiem wody grzewczej grzałki elektryczne? Umieszczając je w zbiorniku, uzyskujemy rezerwowe, bezobsługowe źródło ciepła. Jeżeli mamy kocioł na paliwo stałe, może to być bardzo dobre rozwiązanie zabezpieczające dom przed mrozem podczas dłuższej nieobecności domowników. I co ważne, koszty inwestycji będą niskie - bo za grzałkę zapłacić trzeba znacznie mniej, niż za kocioł elektryczny.
Wymienione powyżej rozwiązania to tylko nieliczne z wielu pomysłów na wykorzystanie zbiornika akumulacyjnego. Można zaproponować dziesiątki innych połączeń, zarówno po stronie ładowania zasobnika, jak i odbioru ciepła, bo system grzewczy tego rodzaju pozwala spożytkować inwencję instalatora i świadomego inwestora.
Warto podkreślić, że nie ma jednej idealnej konfiguracji, zaś proste instalacje niejednokrotnie w praktyce działają lepiej niż te skomplikowane i pełne drogiego osprzętu.
Redaktor: Adam Jamiołkowski
Zdaniem naszych Czytelników
Gość grozik
06 Sep 2015, 20:43
Ale plus jest taki, że w zasadzie nie ma problemu z chwilowymi brakami ciepłej wody - można naraz zmywać i zażywać kąpieli. A nawet i z takim rozwiązaniem kocioł zgazowujący jest dużo bardziej ekonomiczny w eksploatacji od tradycyjnego.