Akumulačná nádrž pre kotly: Prehľad, výhody a výpočet objemu

Donedávna, kým nebolo obvyklé používanie akumulačných nádrží v prípade teplovodných kotlov na drevo a drevné brikety na ústredné kúrenie, prevažnú časť vykurovacej sezóny bol kotol prevádzkovaný na nižší výkon, ako bol jeho menovitý výkon. Takáto prevádzka má za následok celý rad negatívnych javov, ako je zníženie účinnosti kúrenia, dehtovanie kotla, do ovzdušia vypúšťanie veľkého množstva škodlivých emisií, a pod. Toto všetko vedie potom k zbytočnému zvýšeniu nákladov na kúrenie, k zhoršovaniu životného prostredia, pracnejšiemu čisteniu kotla, ako aj ku skracovaniu jeho životnosti.

Hlavný dôvod takéhoto prevádzkovania kotla spočíva v tom, že pri správne naprojektovanom a nainštalovanom menovitom výkone kotla, v období, keď vonkajšia teplota je vyššia, než zodpovedá tepelnej zóne, v ktorej sa vykurovaný objekt nachádza, aby nedochádzalo k prekurovaniu objektu, tak najčastejšie užívateľ zníži výstupnú vykurovaciu teplotu na kotle pod optimálnu hranicu. Vzhľadom na chemické zloženie paliva je optimálna prevádzková teplota kotla na výstupe 75-85ºC, na vratnej teplota vody min. 60-65ºC a optimálna teplota horenia paliva je 1000-1200ºC.

Prevádzkovaním kotla pod týmito teplotami sa síce krátkodobo dosiahne požadovaný efekt zníženia prebytkového tepla a neprekurovania domácnosti, no zároveň dochádza ku všetkým negatívnym hore uvedeným javom. Dôležité je si uvedomiť, že počas vykurovacieho obdobia je iba niekoľko dní, resp. týždňov, kedy sú vonkajšie teploty na hranici danej tepelnej zóny, t.j. kedy sa reálne využije a spotrebuje všetko vyrobené teplo pri prevádzke kotla na jeho menovitý výkon. Za týchto podmienok je v praxi veľmi častým javom, že kotol je prevádzkovaný v teplotnom režime na výstupe 50-60ºC a vratnej vode 30-40ºC, čo je veľmi neefektívne a životnému prostrediu značne škodlivé.

Pri výpočte menovitého výkonu kotla projekčné normy zohľadňujú hlavne tepelnú zónu, v ktorom sa vykurovaný objekt nachádza, jeho veľkosť, mieru zateplenia, povahu používania objektu a pod. Podľa týchto kritérií sa potom vypočíta požadovaný inštalovaný menovitý výkon kotla. Ten by mal byť taký, aby sa spoľahlivo objekt vykúril pri najnižších vonkajších teplotách danej tepelnej zóny. Najčastejšie sa táto teplota v našich klimatických podmienkach pohybuje v rozmedzí -11 až -18ºC.

Čo je akumulačná nádrž a ako funguje?

Ideálnym riešením, ako tento problém s rozdielnymi vonkajšími teplotami odstrániť, je inštalovanie akumulačných nádrží do vykurovacieho systému. Akumulačná nádoba (zásobník tepla) je tlaková nádoba s tepelnou izoláciou, ktorá zhromažďuje prebytočné teplo z tepelného čerpadla, kotla alebo solárneho systému a pomaly ho odovzdáva do vykurovacej sústavy. Akumulačné zásobníky v zásade uchovávajú tepelnú energiu, ktorá nie je práve potrebná, aby sa mohla spotrebovať neskôr podľa potreby.

Akumulačné zásobníky vykurovacej vody sa používajú predovšetkým tam, kde nie je teplo vždy trvalo potrebné. Napríklad v priemernej domácnosti sú špičkové časy vykurovania a prípravy teplej vody ráno a večer. Solárny tepelný systém na zálohovanie ústredného kúrenia a ohrev teplej vody však produkuje najvyššie výnosy uprostred dňa. Na druhej strane plynový kotol alebo kotol na tuhé palivo by sa neustále zapínal a vypínal. Akumulačný zásobník znižuje toto cyklické striedanie a nerovnomernú výrobu tepla.

Akumulačné nádoby sú špeciálne nádrže určené na uchovanie prebytočnej tepelnej energie, ktorú následne uchovávajú pre ďalšie využitie. Sú určené na uskladňovanie technickej vody do vykurovania, smerujúcej do systému podlahového alebo radiátorového kúrenia. Nádoby tohto typu sa vyrábajú z uhlíkovej ocele povrchovo ošetrenej len z vonkajšej strany, nakoľko sa nádoba zapája do uzavretých systémov bez prístupu vzduchu.

Akumulačný zásobník je vždy umiestnený medzi zdrojom tepla a spotrebičmi tepla. Kotol ohrieva vykurovaciu vodu, ktorá preteká cez akumulačný zásobník. Prietok zo zdroja tepla sa v akumulačnom zásobníku mieša so studenou vratnou vodou zo spotrebičov (radiátorov). Tým sa zvýši teplota vody, aby sa v prípade potreby mohla uvoľniť ako prietok do radiátorov. Studená vratná voda zo spotrebičov tepla potom prúdi späť do akumulačného zásobníka vykurovacej vody.

Hustota vody závisí od jej objemu a teploty. V dôsledku toho sa horúca voda vždy nachádza v hornej časti zásobníka vykurovacej vody. Odtiaľ prúdi do radiátorov. Studená vratná voda z radiátorov sa nachádza v spodnej časti zásobníka a odtiaľ prúdi do kotla, kde sa môže ohrievať. Ak je akumulačný zásobník vybavený stratifikačným systémom, studená vratná voda zostáva v spodnej časti, zatiaľ čo horúcu prietokovú vodu možno vždy odobrať zhora.

Akumulačné nádrže a ohrev úžitkovej vody

Akumulačné nádoby môžu byť tiež skvelým pomocníkom pri ohrievaní teplej úžitkovej vody (TÚV) pre domácnosť. Ak akumulačný zásobník ohrieva aj teplú vodu, existuje možnosť doplniť zásobník modulom na ohrev čerstvej vody, ktorý funguje na princípe kontinuálneho prietoku. Teplá voda preteká cez modul, okolo teplej vykurovacej vody, ktorá je v akumulačnom zásobníku, a pritom sa nepriamo ohrieva. Týmto spôsobom sa hygienická teplá voda ohrieva podľa individuálnych potrieb príslušnej domácnosti.

Ak si zaobstaráte akumulačnú nádobu s vnoreným výmenníkom, budete zároveň ohrievať vodu do radiátorov aj na ďalšie použitie, ako napr. umývanie rúk alebo sprchovanie, čo prináša opäť ďalšie úspory. Pretože sa voda vykurovacieho systému vyhrieva na vyššiu teplotu, nemusíte počítať s takou veľkou nádržou pre vodu do vodovodného radu, nádrže s tepelným výmenníkom, ktorý umožňuje napojenie sekundárneho zdroja ohrevu úžitkovej vody, sa o to hravo postarajú.

Niektoré akumulačné zásobníky, ako napríklad Vitocell 340-M, predstavujú kompaktné a priestorovo úsporné riešenie, akumulačný zásobník s ohrevom teplej vody prostredníctvom flexibilného a beznapäťového vlnitého potrubia z nehrdzavejúcej ocele. Táto rúrka je integrovaná do zásobníka v špirálovom tvare, pričom cez ňu prúdi čerstvá teplá voda. Táto voda sa ohrieva teplou vykurovacou vodou. Samostatný zásobník teplej vody pre domácnosť preto nie je potrebný, pretože voda sa ohrieva podľa potreby. Táto skutočnosť spolu s použitím nehrdzavejúcej ocele ako materiálu zabezpečuje hygienický ohrev teplej vody bez rizika vzniku legionelly.

Výhody inštalácie akumulačnej nádrže

Inštalácia akumulačnej nádrže do vykurovacieho systému prináša mnoho benefitov:

• Kotol tak môže byť prevádzkovaný počas vykurovacieho obdobia na menovitý výkon bez ohľadu na vonkajšiu teplotu.
• Zabezpečí ekologické kúrenie, významne ušetrí náklady na kúrenie a umožní dosiahnuť tepelnú pohodu i pri veľkých mrazoch nielen na celú noc, ale aj počas celého dňa, ak nie je nikto doma prítomný.
• U vykurovacieho systému so splyňovacím kotlom s lambda sondou a dostatočným objemom akumulácie sa stáva kúrenie drevom a drevnými briketami nielen mimoriadne efektívnou formou kúrenia, ale aj dostatočne komfortným.
• Stabilná teplota a komfort vykurovania bez výkyvov.
• Menej štartov zdroja tepla, dlhšia životnosť a nižšie náklady na servis.
• Vyššia sezónna účinnosť (SCOP), úspora energie.
• Flexibilita zapojenia viacerých okruhov a zdrojov (tepelné čerpadlo, kotol, solár).
• Tichší chod tepelného čerpadla vďaka plynulejšej prevádzke.
• Zvýši efektivitu vykurovania, zníži náklady na palivo a prispeje k znižovaniu emisií.
• Vďaka tomu, že je teplo akumulované v nádrží, nemusí kotol tak často spínať, čím sa predlžuje jeho životnosť.
• Voda, ktorá sa ohriala pri prevádzke kotla, vydrží pri správne zvolenej veľkosti akumulačnej nádrže ku kotlu a dostatočnej izolácii teplá po mnoho hodín. Vďaka tomu ju možno využiť na prikurovanie aj vo chvíli, keď kotol nekúri.
• Pri kotloch na drevo tak využijete palivo na 100 % a spotreba bude menšia ako v prípade, že akumulačnú nádrž ku kotlu pripojenú nemáte.
• Pri kotloch na biomasu je navyše v rámci dotačného programu Nová zelená úsporám na čerpanie dotácie podmienkou mať inštalovanú buď akumulačnú nádrž, alebo inštalovať systém so samočinnou dodávkou tepla.

Ako zvoliť správny objem akumulačnej nádrže?

Výber správneho objemu akumulačnej nádrže je kľúčový pre maximálne využitie jej potenciálu. Nevhodne zvolená nádrž neprispeje k úspore za energie, práve naopak.

Všeobecné odporúčania

Pri výbere veľkosti nádrže záleží hlavne na type zdroja tepla a výkone celého vykurovacieho systému. Ďalej je potrebné vziať do úvahy veľkosť vykurovaného objektu a jeho tepelné straty. Tiež je dôležité zvážiť, koľko ľudí bude využívať teplú vodu.

• Minimálny doporučený objem akumulačnej nádrže je 55 litrov na 1 kW výkonu kotla.
• Pre zvýšenie komfortu je však vhodné inštalovať akumulačnú nádrž 80 litrov na 1 kW, prípadne i viac, pokiaľ to priestorové podmienky umožňujú.
• Napríklad pre kotol s výkonom 20 kW je teda odporúčaná akumulačná nádoba s objemom minimálne 1100 litrov.
• To platí v prípade, že v domácnosti nie je využívané podlahové vykurovanie, ktoré samo o sebe slúži na akumuláciu tepla. Pri veľkých domoch, alebo pokiaľ sa nádoba využíva aj pre solárne systémy, môže byť objem ešte väčší.

Orientačný výpočet objemu podľa typu kúrenia

Akumulačná nádrž je dnes už pomerne bežnou súčasťou vykurovacieho systému. Vzhľadom k častým dotazom na najvhodnejší objem sme pre Vás pripravili návod, ako si jej ideálny objem môžete vyrátať aj svojpomocne:

Výpočet pre radiátorové vykurovanie:

• Objem akumulačnej nádrže vypočítate násobkom výkonu zdroja vykurovania × 55 l objemu akumulačnej nádrže.
• Príklad: 10 kW výkonu kotla × 55 l = nádrž s objemom 550 l.

Výpočet pre podlahové vykurovanie:

• Objem akumulačnej nádrže vypočítate násobkom výkonu zdroja vykurovania × 80 - 100 l objemu akumulačnej nádrže.
• Príklad: 10 kW výkonu kotla × 100 l = nádrž s objemom 1000 l.

Podrobnejší výpočet objemu akumulačnej nádrže

Aby sme čo najlepšie využili nádrž, je najprv potrebné vyrátať množstvo tepla, ktoré kotol dodá do vykurovacieho systému na jedno priloženie paliva. Ak nepoznáme dobu horenia na nominálny výkon, môžeme si ju vypočítať. Bude na to potrebné poznať výhrevnosť paliva (drevo - cca. 13MJ/kg, čierne uhlie - cca. 25MJ/kg, hnedé uhlie - cca. 17MJ/kg).

Teraz, keď už vieme, koľko tepla kotol vyrobí na jedno priloženie, môžeme sa pustiť do výpočtu vhodnej akumulačnej nádrže. Na to budeme potrebovať:

• Q - množstvo tepla, ktoré kotol vytvorí na jedno priloženie (predbežne vypočítané)
• T - teplotu, na akú bude kotol kúriť (pri akumulačnej nádrži ideálne 80-85°C, aby sme nádrž čo najlepšie využili)
• Ts - teplota, na ktorej udržiavame spiatočku kotla (minimálne 55°C, ideálne o 20° nižšia ako teplota výstupu z kotla)

A ideme počítať podľa vzorca:

V = Q * (860 / (T - Ts))

Takto vypočítaný objem akumulačnej nádrže zabezpečí, aby bol vždy dostatočný objem na uloženie prebytku tepla.

Je dôležité poznamenať, že nie vždy je akumulačná nádrž ku kotlom nutná. Ak vlastníte automatický kotol na pelety, nie je nutné sa po tomto riešení obzerať - tento typ kotla dokáže svoj výkon upravovať sám a spaľovanie paliva si plynule reguluje. Akumulačná nádrž je ale väčšinou odporúčaná priamo výrobcom aj pre automatické kotly pre plynulejší chod kotla, pokojne aj s menším objemom napríklad 200 - 500 litrov podľa výkonu.

Umiestnenie a inštalácia akumulačnej nádrže

Akumulačná nádrž má byť umiestnená čo najbližšie ku kotlu, aby sa minimalizovali tepelné straty v potrubí. Najčastejšie sa tak inštaluje do technickej miestnosti, pivnice alebo kotolne. Pri zaobstarávaní akumulačnej nádoby počítajte s jej väčším rozmerom - napríklad či prejde dverami, aby nebolo nutné riešiť stavebné úpravy. Pre príklad, všetky 1000l akumulačné nádrže okrem LSX sú dostupné vo verzii 790 mm. Je nutné zaistiť dostatočný priestor nielen pre manipuláciu pri inštalácii, ale aj pre následnú údržbu. Vyhnite sa inštalácii vo vlhkom prostredí, ktoré by mohlo spôsobiť kratšiu životnosť a nezabudnite ani na nosnosť podlahy, pretože plne naplnená nádoba môže vážiť aj niekoľko ton.

Akumulačné nádrže sú pripevnené na podstavci. Pri manipulácii s nimi je vhodné vziať do úvahy váhu nádrže a možnosti úchytov. V uzavretom systéme je expanzná nádoba zvyčajne pripojená k vratnému potrubiu (chladnejšia časť), ideálne na mieste s tichším prúdením. Odporúča sa chrániť čerpadlá, ventily a rozdeľovač pred nečistotami.

Údržba a životnosť akumulačných nádrží

V rámci údržby vykurovacieho systému sa sleduje aj prevádzka zásobníka vykurovacej vody. To pomáha zabezpečiť plynulú prevádzku. Počas vizuálnej kontroly odborník na vykurovanie skontroluje akumulačný zásobník, čerpadlá a ventily na poškodenie, koróziu, nečistoty a netesnosti. Ide predovšetkým o preventívne opatrenie. Dôraz sa tu kladie na rozhrania medzi komponentmi, aby sa zabezpečila ich optimálna vzájomná koordinácia.

Zdroj tepla, akumulačný zásobník a spotrebiče tepla tvoria uzavretý systém. Napriek tomu vždy existuje riziko prieniku vzduchu do systému. Mnohé akumulačné zásobníky sú vybavené odvzdušňovacími ventilmi, ktoré umožňujú uvoľnenie vzduchu. Akumulačný zásobník obsahuje vykurovaciu vodu s nízkym obsahom kyslíka, čo znamená, že dodatočná ochrana proti korózii zvyčajne nie je potrebná.

Ak má voda určitú kvalitu a spĺňa špecifikácie, nie je potrebné odvápňovať akumulačný zásobník. V prípade zásobníkov na teplú vodu je situácia odlišná. Tu voda z vodovodu preteká cez výmenníky tepla. V dôsledku toho sa môže v závislosti od tvrdosti vody vyzrážať vodný kameň. Pre predĺženie životnosti systému je dôležité, aby bol riadne odvzdušnený a k objemu vody je potrebné mať primeranú expanznú nádobu.

Celkovo sú akumulačné nádoby skvelým doplnkom vykurovacích systémov, ktorý prináša nielen finančné úspory, ale aj vyšší komfort a ekologickejšiu prevádzku. U kotla na tuhé palivo sa investícia do akumulačnej nádoby určite oplatí.

tags: #akumulacne #potrubie #kotla