Bufor w instalacji centralnego ogrzewania z kotłami na paliwo stałe (także z kominkami z płaszczem wodnym)

Bufor to prosty zbiornik na ciepłą wodę, przeważnie pusty w środku, ocieplony, z króćcami do podłączenia do instalacji. Służy jako magazyn gorącej wody, którą można nagrzać na zapas i wykorzystać w późniejszym czasie do ogrzewania lub do celów higienicznych. Ciepło produkujemy wtedy kiedy nam jest wygodnie (jesteśmy w domu i mamy na to czas), a używamy kiedy jest potrzebne.

Nowe domy, budowane jako dobrze ocieplone mają zapotrzebowanie na ciepło rzędu kilku kilowatów. Źródło ciepła dobieramy mocą do zapotrzebowania na ciepło przy warunkach zewnętrznych najbardziej niekorzystnych, ale kocioł działa przecież też w warunkach przejściowych (wiosna – jesień). Kocioł nie pracuje wtedy z pełną mocą, dławi proces spalania, żeby dostosować swoją pracę do warunków pogodowych i nie działa efektywnie.
Jeśli palimy w kotle w niewłaściwy sposób, albo kocioł jest przewymiarowany, ma mały wymiennik ciepła, nie czyścimy go, to jego sprawność spada, często w sposób znaczny. Wydajemy wtedy dużo więcej na opał, który nie jest efektywnie wykorzystany i tracimy pieniądze.


Kiedy takie rozwiązanie ma sens?


Palenie w kotle stałopalnym ma kilka minusów – jest uciążliwe, stale trzeba dokładać, trzeba czyścić komin, trudno precyzyjnie wpływać na temperaturę wody w instalacji, dużo ciepła się marnuje, albo sposób palenia powoduje szybszą degradację kotła.

✓ jeśli mamy kocioł na paliwo stałe i ogrzewanie podłogowe – kocioł pracuje na wysokich parametrach, podłogówka na niskich. Bufor przejmie wysoką temperaturę z kotła (80-95oC), a ogrzewanie podłogowe weźmie w swoim czasie tyle ciepła ile będzie potrzebować do stabilnej pracy przy odpowiedniej dla podłogówki temperaturze zasilania (35-40oC).  Odchodzi dokładanie do pieca, przygaszanie i „kiszenie” paliwa, żeby obniżyć temperaturę. Można nagrzać raz a dobrze, nadmiar ciepła się nie zmarnuje tylko zostanie zmagazynowany.

✓ żeby zredukować ilość wizyt w kotłowni – rozpalamy tak, żeby kocioł pracował w okolicach swojej mocy nominalnej. Np. kotły zgazowujące drewno są przystosowane tylko do pracy z pełną mocą. Takie spalanie przy dostawie odpowiedniej ilości powietrza jest czyste, opał dopala się do końca, nie powstają szkodliwe substancje, osadzające się w kominie, praca jest czysta, bufor ładuje się w ciągu kilku godzin (w zależności od jego pojemności), a później oddaje ciepłą wodę do instalacji w równomiernym tempie. Mamy czysty komin, mniej kłopotu z rozpalaniem oraz stały i równomierny dostęp do gorącej wody.


Kto może obyć się bez bufora?


✗ właściciele kotłów na gaz ziemny lub pelet – tu bufor sprawdzi się w roli sprzęgła hydraulicznego, ale jego pojemność może być dużo mniejsza. Kotły te ze względu na sterowanie procesem spalania nie wymagają magazynowania ciepła na później.

✗ właściciele starych, nieocieplonych domów – instalacja grzewcza jest tam bardzo pojemna, a zapotrzebowanie na ciepło spore. Kocioł pracuje w takich warunkach na pełen etat, magazynowanie ciepła wymagałoby bardzo dużego bufora.


Jak go dobierać?


Im większa pojemność bufora tym lepiej, bo na dłużej zmagazynuje ciepło. Ale jesteśmy ograniczeni zasobnością portfela i miejscem w kotłowni. Załóżmy, że chcemy zapewnić zapas ciepła na jeden dzień w okresie, gdy jest najzimniej. Wtedy pojemność bufora dobieramy na zapotrzebowanie budynku na ciepło.

Zapotrzebowanie budynku na ciepło najlepiej wziąć z projektu domu. Jeśli mamy dom starszy lub bez dokumentacji to pomocna będzie tabela do oszacowania zapotrzebowania:

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 95oC 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 temperatur z buforze – nie trzeba czekać na ogrzanie całej pojemności bufora, żeby móc korzystać z gorącej wody, bo ta zbiera się w górnej części zbiornika, skąd jest pobierana

✔ kocioł może pracować z pełną mocą, przy nadmiarze powietrza i wysokiej temperaturze, dzięki czemu komin nie zarasta sadzą, a kocioł przedłuża swoją żywotność

✔ sprawność układu kocioł + bufor jest większa niż samego kotła, bo paliwo jest lepiej wykorzystane, oznacza to oszczędność dla użytkownika

✔ redukuje ilość wizyt w kotłowni

✔ temperatura w instalacji jest bardziej stabilna

✔ magazynuje nadwyżki ciepła

✔ wykorzystuje zmagazynowane ciepło wtedy, gdy kocioł już nie pracuje

✔ umożliwia pracę kotła w warunkach, gdy spalanie jest najbardziej efektywne

✔ pozwala łączyć kilka różnych źródeł ciepła w jednej instalacji

✔ pozwala dzielić gorącą wodę na różne cele – mimo swoich gabarytów oszczędza miejsce w kotłowni na inne zbiorniki

✔ pozwala wykorzystać ciepło z kolektorów słonecznych (zimą grzeją się nieznacznie) do ogrzewania podłogowego

✔ oszczędza pompę ciepła, pozwalając aby włączała się rzadziej i na dłuższy czas, tym samym przedłużając jej żywotność


Wady:


✘ duże rozmiary zbiornika, które przekraczają możliwości przeciętnej kotłowni, zwłaszcza w nowych domach, przygotowanych na ogrzewanie gazem ziemnym

✘ koszt zakupu – typowy, dostępny od ręki bufor o pojemności powyżej 1m3 ma cenę od 2 do ponad 10 tysięcy złotych dla zbiorników o pojemności 3-4m3, dodatkowa wężownica dla obiegu solarnego lub na ciepłą wodę użytkową to koszt 2-3 tysięcy złotych

✘ straty postojowe – raczej znikome, ale zawsze. Rząd wielkości przy dobrze ocieplonym zbiorniku o pojemności 1m3 to 2-3oC na dobę

✘ dużo wody to duże naczynie wzbiorcze do zabezpieczenia instalacji


Jaki kocioł wybrać?


☛ dowolny kocioł na paliwo stałe z górnym lub dolnym spalaniem. Skoro będzie pracował z pełną mocą zbędne jest sterowanie.

☛ moc dowolnie wysoka, wielkość zasypu dobrana do pojemności cieplnej bufora. Bufor sprawdzi się w przypadku, gdy posiadamy przewymiarowany kocioł w nowym domu lub takim po termomodernizacji, gdzie znacząco spadło zapotrzebowanie na ciepło, a stary kocioł jeszcze może popracować parę lat.

☛ przy kotłach podajnikowych zastosowanie bufora ma sens wtedy, gdy kocioł pracowałby poniżej 30% swojej mocy nominalnej.


Jak podłączyć kocioł do bufora i do instalacji?


Ilość wyjść z bufora zależy od ilości źródeł zasilania i ilości odbiorników ciepła. Ich rozmieszczenie ma związek z wysokością temperatury w buforze.

☛ kocioł wytworzy największą temperaturę i należy podłączyć go tak, żeby mógł ładować całą objętość bufora – zasilanie u samej góry, powrót u samego dołu.

☛ ogrzewanie grzejnikowe potrzebuje najwyższej temperatury, więc zasilanie grzejników u samej góry a powrót nieco powyżej dna.

☛ pompa ciepła jest zdolna wytworzyć temperaturę rzędu 35-60oC, więc jej podłączenie do bufora powinno wychodzić mniej więcej w połowie jego wysokości. Powrót podłączamy u samego dołu zbiornika.

☛ kolektory słoneczne – zimą produkują znikomą ilość ciepła, którą można wykorzystać do ładowania bufora. Kolektory działają efektywniej, gdy grzeją zimną wodę, dlatego wężownica z glikolem powinna znajdować się najniżej w zbiorniku. Warto zwiększyć efektywność takiej wężownicy zmieniając jej układ z cylindrycznego na stożkowy.

☛ grzałka elektryczna – najlepiej trójfazowa, ładująca bufor w czasie nocnej, tańszej taryfy, jeśli mamy taką możliwość – podłączamy przy samym dnie zbiornika.

wężownica ciepłej wody użytkowej – przepływowe grzanie ciepłej wody będzie najefektywniejsze w warstwie najwyższych temperatur bufora i tam należy umieścić wypływ ciepłej wody. Zasilanie wodą z sieci podłączyć w połowie wysokości zbiornika.

Wężownice potrzebne w buforze są tylko wtedy, kiedy należy oddzielić układy takie jak ciepła woda użytkowa (woda pitna) i instalacja solarna (glikol). W innych przypadkach wężownic należy unikać, nie tylko ze względu na koszty, ale przede wszystkim na odzysk ciepła – większa efektywność jest przy bezpośrednim przepływie wody.

Przyłącza zasilające i pobierające wodę z bufora powinny być zakończone w zbiorniku kolanem 90o, skierowanym w taki sposób, aby pomiędzy króćcami zasilającymi bufor (z kotła, kominka) a tymi odbierającymi ciepłą wodę (ogrzewanie grzejnikowe i podłogowe) powstał ruch wirowy wody w jednym kierunku (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) w całej objętości zbiornika. Sprzyja to uwarstwieniu wody.


Uwaga na naczynie wzbiorcze!


Po zainstalowaniu bufora zmieni się i to znacznie objętość zładu, czyli ilość wody w instalacji. Wielkość naczynia wzbiorczego dobieramy orientacyjnie jako 4-6% pojemności całej instalacji (grzejniki, rury, kocioł i teraz także bufor).

as-gips