Sprzęgło hydrauliczne czy bufor ciepła?

Sytuacja wydarzyła się w lipcu 2016 roku. Dni upływały, a termin oddania nowo projektowanego budynku do użytkowania zbliżał się coraz bardziej. Około 90% prac budowlanych była już wykonana, część instalacji odebrana, a inna część – jeszcze nie gotowa. Jedną z takich instalacji była właśnie instalacja chłodnicza, która miała zasilać chłodnice powietrza w pięciu centralach wentylacyjnych.

Instalacja nie była zbyt skomplikowana – jako źródło ciepła zaprojektowano chłodniczy pracujący na r-r glikolu etylenowego 35%. Układ był stałoprzepływowy, a regulacja mocy wszystkich odbiorników odbywała się w sposób jakościowy z wykorzystaniem zaworów trójdrogowych, współpracujących z siłownikami przystosowanymi do płynnej regulacji. Oczywiście wszystkie zawory regulacyjne posiadały wysoki autorytet, ale… mimo to, już na etapie rozruchu instalacji pojawił się pewien, problem…

Agregat chłodniczy nie chce działać

Agregat chłodniczy nie działa! Właśnie takie słowa było słychać najczęściej podczas rozruchu instalacji. Ale o co dokładnie chodziło? Aby to wyjaśnić musimy przyjrzeć się dokładnie instalacji…

Ok, a więc wiedzieliśmy, że mamy agregat chłodniczy, który zasila pięć odbiorników ciepła oraz po przeprowadzeniu kilku prób okazało się, że problemy z urządzeniem nie zawsze występują. Pompa ciepła działała bez zarzutu, kiedy większość lub wszystkie centrale wentylacyjne były uruchomione. Jednak kiedy zapotrzebowanie na moc spadało, wtedy pojawiały się problemy. Co więcej, charakter obiektu był na tyle ciekawy, że nie zawsze wszystkie urządzenia musiały pracować. Ba – czasami wystarczało, że tylko jedna centrala będzie działać, a cztery pozostałe mogą być wyłączone. Dlatego też problem był poważny i trzeba było go jak najszybciej rozwiązać.

Jak działa sprzęgło hydrauliczne lub bufor ciepła?

Zanim przejdę do dalszej części historii, chciałbym, żebyśmy się na chwilę zatrzymali i przyjrzeli dokładnie dwóm urządzeniem. Chodzi oczywiście o sprzęgło hydrauliczne i bufor ciepła, co jak się później zresztą okaże, będzie kluczowe.

Ale zacznijmy od początku. Oczywiście zasada działania sprzęgła hydraulicznego oraz zbiornika akumulacyjnego (buforu ciepła) jest niemalże identyczna. Obydwa urządzenia rozdzielają obieg pierwotny instalacji od obiegu wtórnego, dzięki czemu pompy zamontowane po stronie pierwotnej jak i wtórnej instalacji nie walczą ze sobą.

Co więcej, zauważmy, że stosując sprzęgło hydrauliczne lub bufor ciepła, musimy rozważyć trzy, potencjalne sytuacje, które mogą wystąpić w naszej instalacji:

• przepływ po stronie pierwotnej będzie równy przepływowi po stronie wtórnej
• przepływ po stronie pierwotnej będzie większy niż przepływ po stronie wtórnej
• przepływ po stronie pierwotnej będzie mniejszy niż przepływ po stronie wtórnej

Aby było Ci jeszcze łatwiej zrozumieć, co dokładnie mam na myśli, przygotowałem specjalne rysunki, które odzwierciedlają powyższe sytuacje oraz pokazują przepływu, które zachodzą wewnątrz omawianych urządzeń.

Rys. 01. Przepływ po stronie pierwotnej jest równy przepływowi po stornie wtórnej.

Rys. 02. Przepływ po stronie pierwotnej jest większy niż przepływ po stornie wtórnej.

Rys. 03. Przepływ po stronie pierwotnej jest mniejszy niż przepływ po stornie wtórnej.

Dlaczego pompa ciepła nie chce działać?

Wróćmy teraz do naszej historii. Zastosowany w instalacje agregat chłodniczy był niczym innym jak pompą ciepła powietrze – woda. Zasada jej działania jest dziecinnie prosta – pobiera energię z powietrza i oddaje ją do wody (w naszym przypadku do r-r glikolu etylenowego 35%, ale w tym przypadku było to akurat mało istotne). Dodatkowo, aby nasze urządzenie działało prawidłowo, musiały być spełnione cztery, bardzo ważne warunki:

• pompa ciepła musiała mieć zapewniony przepływ minimalny
• pompa ciepła musiała mieć zapewnione minimalne ciśnienie przed pompą obiegową (która była wbudowana w agregat)
• pompa ciepła musiała mieć zapewnioną odpowiednią różnicę temperatur na zasilaniu i powrocie
• instalacja musiała posiadać minimalny, wymagany zład

I tutaj właśnie tkwił cały problem… Jak już wcześniej wspomniałem, instalacja była stałoprzepływowa. Natomiast nie zdążyłem jeszcze napisać, że minimalna różnica temperatur na zasileniu oraz na powrocie, potrzebna do prawidłowej pracy urządzenia wynosiła 3°C.

Teraz zauważ co się działo, kiedy wszystkie urządzenia pracowały lub kiedy zapotrzebowanie na ciepło przez instalację było spore. W takiej sytuacji odbiorniki zapewniały duży odbiór ciepła, a tym samym instalacja osiągała wymaganą różnicę temperatur. Natomiast co się działo w momencie, kiedy w instalacji uruchomiona była tylko jedna centrala wentylacyjna, a żeby tego było mało, zamontowana w niej chłodnica powietrza potrzebowała jedynie 30% swojej mocy? Widzisz problem? 🙂 Wymiana ciepła była na tyle mała, że nie uzyskiwaliśmy wymaganej różnicy temperatur na zasileniu i powrocie, a tym samym układ zabezpieczający pompę ciepła wyłączał urządzenie (bo inaczej mogłoby dojść np. do uszkodzenia sprężarki).

Zatem, kiedy poznaliśmy już przyczynę problemu, pojawiło się pytanie – jak rozwiązać problem, aby instalacja działała prawidłowo? 🤔

Jaka jest różnica pomiędzy sprzęgłem hydraulicznym a buforem ciepła?

Podstawowa różnica pomiędzy tymi dwoma urządzeniami jest taka, że zbiornik buforowy jest w stanie magazynować energię cieplną w instalacji. Ale o co dokładnie chodzi? Ok, postaram Ci się to wyjaśnić najprościej jak tylko potrafię. Wyobraź sobie sytuację, że posiadasz w domu instalację grzewczą, wyposażoną w kocioł na paliwo stałe oraz zbiornik buforowy. Jest ciepły, jesienny dzień, ale mimo wszystko Twojej rodzinie jest chłodno więc, aby sprawić im przyjemność postanowiłeś dla nich zapalić w kotle.

Jak tylko wzniecisz ogień w palenisku, uruchomisz pompę kotłową, kocioł się nagrzeje, całe ciepło będzie przekazane na instalację zasilającą grzejniki w sposób pośredni, tj. z wykorzystaniem zbiornika buforowego. Jaka jest tego zaleta? Ano taka, że w momencie, kiedy w domu będzie odpowiednio ciepło, zamkniesz głowice termostatyczne przy grzejnikach, a kocioł dalej będzie działał, całe ciepło będzie dostarczane do zbiornika akumulacyjnego, gdzie będzie zmagazynowane. Teraz wyobraź sobie kolejny dzień, kiedy jest już chłodno, a Ty ponownie potrzebujesz ogrzać dom. Czy musisz znowu rozpalać ogień w kotle? Oczywiście, że nie! 🙂 Wystarczy, że wykorzystasz energię cieplną zmagazynowaną wcześniej w zbiorniku buforowym.

Mam nadzieję, że wyjaśniłem Ci dokładnie o co chodzi z tą całą akumulacją ciepła. Tutaj dodam jeszcze, że im większy zbiornik buforowym tym większy zapas ciepła, ale również większy ciężar, większy koszt samego urządzenia, itp. Dlatego też wielkość zbiornika buforowego należy dobierać z rozwagą i jeżeli tylko chcesz poznać 3 metody jak obliczyć pojemność takiego zbiornika to zachęcam Cię do zapisania się do mojej listy mailingowej, gdzie otrzymasz dostęp do materiałów Premium za darmo. W materiałach tych dzielę się z Tobą takimi informacjami. Aby zapisać się do tej listy i odebrać materiały Premium, wystarczy, że wypełnisz poniższy formularz.

CHCESZ WIEDZIEĆ WIĘCEJ?

Już teraz zapisz się do darmowego newslettera i odbierz zestaw materiałów premium oraz dowiedz się o rzeczach, które niekoniecznie publikuję na stronie.

Chcę zapisać się do newslettera, a co za tym idzie wyrażam zgodę na otrzymanie na mój adres e-mail informacji o nowościach, promocjach, produktach i usługach oferowanych przez serwis swiadomyprojektant.pl oraz informuję, że zapoznałem się z treścią regulaminu i akceptuję jego treść. Wiem, że w każdej chwili mogę wycofać zgodę.

Ok, teraz kiedy już wiesz jaka jest podstawowa różnica pomiędzy buforem ciepła, a sprzęgłem hydraulicznym możesz zapytać, czy w ogóle jest sens stosować sprzęgło hydrauliczne, skoro zbiornik akumulacyjny posiada takie zalety. Oczywiście, że tak – są sytuacje, że stosowanie zbiornika buforowego mija się po prostu z celem.

Kiedy stosować zbiornik buforowy, a kiedy wystarczy sprzęgło hydrauliczne?

Zanim odpowiemy sobie na pytanie kiedy stosować zbiornik buforowy, a kiedy sprzęgło hydrauliczne, najpierw zadajmy sobie pytanie, kiedy w ogóle jest konieczność stosowania takich urządzeń. Jak już wspomniałem na samym początku, głównym zadaniem sprzęgła hydraulicznego jak i zbiornika buforowego jest rozdzielenie obiegów grzewczych lub chłodniczych. Dlatego też, produkty te zaleca się stosować wszędzie tam, gdzie mamy kilka źródeł ciepła (np. kilka kotłów gazowych pracujących w układzie kaskadowym) lub kilka obiegów hydraulicznych.

Kiedy wybrać bufor ciepła?

Ok, skoro już wiemy, kiedy należy stosować te urządzenia, pora na kolejne pytanie – kiedy zdecydować się na bufor ciepła, a kiedy na sprzęgło hydrauliczne. Jeżeli w instalacji, jaką projektujesz mogą pojawić się nieprzewidziane zyski ciepła, których nie jesteś w stanie kontrolować, powinieneś wybrać bufor ciepła. Mam tutaj na myśli wszelkie instalacje solarne, kominki z płaszczem wodnym lub instalacje z kotłami na paliwo stałe.

Kotły na paliwo stałe mają tą właściwość, że, zazwyczaj zapewniają wysoką temperaturę na zasilaniu oraz potrzebują czasu, aby spalić cały węgiel lub drewno w palenisku. Dlatego też dobrze jest magazynować to ciepło w zbiorniku akumulacyjnym i wykorzystywać je częściowo – w zależności od aktualnych potrzeb. W innym przypadku, po prostu bezpowrotnie tracimy energię.

Kolejną sytuacją, kiedy dobrze jest zastosować bufor ciepła są wszelkie instalacje z wykorzystaniem pomp ciepła. Dzieje się tak, ponieważ większość takich urządzeń, do optymalnej pracy potrzebuje odpowiedni zład w instalacji. Teraz może pojawić się dylemat, ponieważ co jeżeli wymaganą pojemność instalacji zapewnisz przy pomocy samych rurociągów i urządzeń (co oczywiście jest możliwe). Z jednej strony możesz zrezygnować wtedy z bufora, ale… mimo wszystko i tak zalecałbym Ci jego zastosowanie. Dlaczego? Dlatego, że dzięki niemu pompa ciepła będzie mogła pracować optymalnie, a żywotność sprężarki będzie dłuższa (dłuższa praca, mniejsza ilość cykli pracy).

Tutaj chciałbym, abyś zwrócił uwagę na jeszcze jedną, bardzo ważną rzecz. Bufor ciepła magazynuje wodę w sposób warstwowy, tzn. woda, która posiada niższą temperaturę jest cięższa i gromadzi się w dolnych częściach zbiornika. Woda gorąca jest lżejsza i będzie się gromadzić w górnej części zbiornika. Dlatego też, w zależności od systemu jaki stosujesz zwróć uwagę na odpowiednie połączenie króćców zbiornika z rurociągami zasilania i powrotu. W instalacjach grzewczych zasilanie powinno być podłączone do górnych króćców, a w instalacjach chłodniczych – do dolnych.

Rys. 04. Rozkład czynnika grzewczego w zbiorniku buforowym w zależności od jego temperatury.

Oczywiście nie jest tak, że stosowanie buforu ciepła niesie za sobą same plusy – są też i minusy. 🙂 Naturalnie montaż takiego urządzenia wymaga dodatkowego miejsca, czasami fundamentu, a czasami nawet odbioru przez Urząd Dozoru Technicznego. Dodatkowo zbiornik akumulacyjny nie należy do tanich produktów, a żeby tego było mało, wymaga montażu większego naczynia przeponowego i dodatkowej armatury wraz z odpowiednią automatyką.

Kiedy wybrać sprzęgło hydrauliczne?

Skoro już wiesz, kiedy zaleca się stosowanie zbiorników buforowych, to przyszła pora, abyś poznał odpowiedź na pytanie, kiedy stosować sprzęgło hydrauliczne. Tutaj sprawa jest bardzo prosta, np. w przypadku pracy z kaskadą kotłów gazowych. Dlaczego zbiornik buforowy nie ma tutaj sensu? Ponieważ obecnie, zdecydowana większość kotłów gazowych i tak posiada palniki z modulowaną mocą. Oczywiście odrębnym tematem są instalacje zasilane kotłami gazowymi w specyficznych instalacjach, takich jak np. baseny, gdzie potrzebujesz odpowiednią ilość ciepłej wody użytkowej i tutaj zbiorniki buforowe jak najbardziej są zalecane. Ale o tym może napiszę w przyszłości.

Inną sytuacją, kiedy zaleca się stosowanie sprzęgła hydraulicznego są wszelkie instalacje wyposażone w kilka obiegów grzewczych lub chłodniczych (zwłaszcza w przypadku, kiedy występuje duża dysproporcja pomiędzy wielkością i charakterem pracy pomp obiegowych).

Obecnie duża ilość kotłów gazowych wyposażona jest już fabrycznie w pompy obiegowe, które mogą okazać się za małe na potrzeby instalacji. W takim przypadku, dołożenie sprzęgła hydraulicznego oraz montaż odpowiedniej pompy obiegowej za urządzeniem pozwala na odpowiednią pracę całego systemu.

Ponadto, skoro już mówimy o sprzęgłach hydraulicznych, to projektując takie urządzenie zwracaj uwagę, czy produkty takie są od razi zintegrowane z automatycznym odpowietrznikiem oraz z separatorem. W większości przypadków dobrze jest mieć jedno urządzenie, które spełnia wszystkie te funkcje.

Bufor ciepła i instalacja pracuje prawidłowo!

Teraz pora na zakończenie naszej opowieści. Oczywiście, jak już pewnie sam zauważyłeś, dodanie zbiornika buforowego oraz montaż drugiej pompy obiegowej w obiegu wtórnym rozwiązało sytuację i zapewniło oczekiwaną pracę instalacji. Dzięki temu system cały czas działa skutecznie, a jego praca jest efektywna i ekonomiczna.

Co prawda, podczas dobierania samego urządzenia pojawiło się jeszcze jedno pytanie – jaka powinna być jego wielkość? Jednak po przeczytaniu odpowiedniego artykułu w strefie Premium, do jakiej otrzymasz dostęp zaraz po zapisaniu się na moją listę mailingową, jestem przekonany, że i to będzie dla Ciebie jasne. 🙂

PODOBAŁ CI SIĘ ARTYKUŁ?

Już teraz odbierz zestaw darmowych materiałów premium, które pomogą Ci zwiększyć wiedzę oraz poprawić finanse

Chcę zapisać się do newslettera, a co za tym idzie wyrażam zgodę na otrzymanie na mój adres e-mail informacji o nowościach, promocjach, produktach i usługach oferowanych przez serwis swiadomyprojektant.pl oraz informuję, że zapoznałem się z treścią regulaminu i akceptuję jego treść. Wiem, że w każdej chwili mogę wycofać zgodę.