Akumulačné zásobníky v systémoch vykurovania: Využitie a výhody

Akumulačná nádrž je zariadenie, ktoré slúži na akumuláciu tepla a jeho následné uvoľňovanie v systémoch vykurovania alebo ohrevu teplej vody. Akumulačné zásobníky v zásade uchovávajú tepelnú energiu, ktorá nie je práve potrebná, aby sa mohla spotrebovať neskôr podľa potreby. Princíp akumulačnej nádrže je jednoduchý. Keď je zariadenie zapnuté, vykurovacie médium (napr. voda alebo tepelný roztok) je ohrievané a teplá látka sa ukladá do nádrže. Počas obdobia, keď nie je potrebné vykurovanie alebo ohrev vody, sa teplá látka uchováva v akumulačnej nádrži.

Prečo sú akumulačné zásobníky dôležité?

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.

Optimalizácia prevádzky kotlov na tuhé palivá

Donedávna, kým nebolo obvyklé používanie akumulačných nádrží v prípade teplovodných kotlov na drevo a drevné brikety na ústredné kúrenie, prevažnú časť vykurovacej sezóny bývali kotly prevádzkované na výrazne 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, apod. 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 na regulátore alebo regulačnom ventile výstupnú vykurovaciu teplotu vody na kotle pod optimálnu hranicu. Vzhľadom na chemické zloženie paliva je optimálna prevádzková teplota vody v kotle 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.

Ideálnym riešením ako tento problém s rozdielnymi vonkajšími teplotami počas vykurovacej sezóny odstrániť, je inštalovanie akumulačných nádrží do vykurovacieho systému. Do nich sa počas prevádzky kotla ukladá-akumuluje vznikajúce prebytočné teplo, ktoré sa následne využije na kúrenie. Kotol tak môže byť prevádzkovaný počas vykurovacieho obdobia na menovitý výkon bez ohľadu na vonkajšiu teplotu. Zaradenie akumulačnej nádrže do vykurovacieho systému optimalizuje prevádzku kotla, predlžuje životnosť kotla, zvyšuje účinnosť spaľovania a znižuje spotrebu paliva. Počas životnosti kotla investičné náklady na akumulačnú nádrž sa nielenže vrátia, ale aj umožnia dosiahnuť významnú úsporu nákladov na palivo a na údržbu kotla.

Konštrukcia a princíp fungovania

Na dočasné uskladnenie tepelnej energie je potrebná špeciálna konštrukcia. Akumulačný zásobník vykurovacej vody je v podstate valec vyrobený z ocele. Je vybavený možnosťami hydraulického pripojenia. Ich počet sa líši v závislosti od modelu a oblasti použitia. Akumulačné zásobníky vykurovacej vody okrem toho zaujmú všestrannou tepelnou izoláciou z polyesterového rúna. To pomáha minimalizovať tepelné straty. V závislosti od modelu a okolností majú akumulačné zásobníky aj prípojku na ponorný ohrievač, vnútornú nepriamu špirálu na pripojenie solárnych kolektorov alebo prídavný stratifikačný systém.

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.

Termická stratifikácia 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. Ako bolo uvedené vyššie, hustota vody sa mení v závislosti od teploty. Horúca voda je v pomere k svojmu objemu ľahšia, a preto vo vertikálnej nádobe stúpa nahor. V nárazníkovom valci tento efekt spravidla vedie k miešaniu. Ak je valec vybavený stratifikačným systémom, studená vratná voda zostáva v spodnej časti, zatiaľ čo horúcu prietokovú vodu možno vždy odobrať zhora.

Typy akumulačných zásobníkov a ich použitie

Viessmann ponúka široký sortiment akumulačných zásobníkov pre teplú vodu a vykurovanie v domácnostiach. Tieto sú vybavené rôzne v závislosti od ich hlavných úloh a podľa individuálnych potrieb. Sortiment Vitocell 100-E zahŕňa zásobníky s objemom od 46 do 2 000 litrov.

Akumulácia pre ohrev teplej úžitkovej vody

Ak akumulačný zásobník ohrieva aj teplú vodu, existuje možnosť doplniť zásobník modulom Vitotrans 353 na ohrev čerstvej vody. Ten funguje na princípe kontinuálneho prietoku. To znamená, že 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. Model Vitocell 140-E sa môže používať aj spolu s modulom na čerstvú vodu.

Akumulačná nádoba môže byť tiež skvelým pomocníkom pri ohrievaní teplej úžitkovej vody pre domácnosť. Pokiaľ 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.

Vitocell 340-M je 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.

Kombinované systémy

Akumulačné zásobníky s viacerými režimami kombinujú nielen vykurovaciu vodu a teplú vodu. Ak napríklad tepelné čerpadlo dodáva príliš málo tepla na pokrytie aktuálnej potreby, použije sa ďalší zdroj tepla. Podobné je to aj s pripojením akumulačného zásobníka k solárnemu termickému systému.

Výpočet a umiestnenie akumulačnej nádrže

Veľkosť akumulačnej nádrže závisí od výkonu kotla a potrebách domácnosti. Všeobecne platí, že na každý 1 kW výkonu kotla by malo pripadať aspoň 55l/kW objemu nádoby. 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. Minimálny doporučený objem akumulačnej nádrže je 55lit/kW. Pre zvýšenie komfortu je však vhodné inštalovať akumulačnú nádrž aj 100lit/kW, prípadne i viac, pokiaľ to priestorové podmienky kotolne umožňujú. Obstarávacie náklady na väčšie akumulačné nádrže sú v porovnaní so získaným komfortom a efektívnosťou kúrenia zanedbateľné. V takom prípade je možné zvoliť tiež kotol s rezervou menovitého výkonu, čím sa skráti doba nabíjania-akumulácie horúcej vody do akumulačných nádrží a zároveň sa užívateľ vyhne riziku vychladnutia domácnosti v prípade, že zabudne do kotla priložiť palivo, resp. bude počas dňa mimo domácnosti.

Orientačný výpočet objemu akumulačnej nádrže

Orientačný výpočet veľkosti akumulácie podľa druhu kúrenia v objekte:

Umiestnenie 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. 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.

Údržba a špecifiká prevádzky

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. Produktový program Vitocell od spoločnosti Viessmann je vybavený 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. Ochrana proti spätnému toku sleduje minimálnu teplotu vratnej vody do kotla. 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.

tags: #akumulacne #potrubie #plynu