Využitie viacerých alternatívnych zdrojov energie, či už pre prípravu teplej úžitkovej vody alebo pre vykurovanie, vyžaduje inštaláciu akumulačnej nádoby, ktorá sa napojí na zdroje tepla. Teplo je možné získavať pomocou slnečných kolektorov, tepelného čerpadla, kotla, prípadne ohrevom s elektrickou špirálou. Akumulačná nádrž uchováva teplo vyrobené zdrojom (napríklad kotlom) a pomáha stabilizovať prevádzku vykurovacieho systému. Akumulačná nádoba, známa aj ako 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. Sú to 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. Akumulácia tepla zaisťuje vyššiu efektivitu celého systému.
Prečo je akumulačná nádrž dôležitá?
Inštalácia akumulačnej nádrže do vykurovacieho systému prináša mnoho benefitov. Hlavnou výhodou používania akumulačných nádrží je finančná úspora. Ďalšími výhodami používania sú stála zásoba teplej vody, zníženie nákladov na ohrev vody, zvýšenie komfortu prípravy teplej vody, predĺženie životnosti kotla a iných zdrojov tepla, ekologické aspekty a možnosť využitia teplej vody aj pre iné účely, ako je napríklad ohrievanie vonkajšieho bazéna alebo skleníka.
Tlakové akumulačné nádrže zhromažďujú prebytočné množstvo vytvoreného tepla. Táto energia je určitú dobu uchovávaná a v prípade potreby využitá k vykurovaniu domu alebo k ohrevu teplej úžitkovej vody. Pokiaľ niektorý deň vykurujete viac, v niektorých miestnostiach môže dochádzať k prekurovaniu a následne k neekonomickému vetraniu. Pri inštalácii akumulačnej nádrže sa prebytok energie uloží a využije sa neskôr, čím sa zamedzuje vzniku tepelných strát.
Riešenie problémov s kolísavým výkonom kotla
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 podobne. 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 takého 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 minimálne 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. 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 odstrániť, je inštalovanie akumulačných nádrží do vykurovacieho systému. Do nich sa 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. Akumulačná nádrž si ukladá prebytok výkonu do zásoby. Bez nej by prebytočné teplo uniklo cez komín von.
Toto moderné riešenie komfortu kúrenia v závislosti od inštalovaného výkonu kotla a objemu akumulačnej nádrže, zabezpečí ekologické kúrenie, významne ušetrí náklady na kúrenie a čo je tiež dôležité, umožní dosiahnuť tepelnú pohodu aj pri veľkých mrazoch nielen na celú noc, ale aj počas celého dňa, ak nie je nikto doma prítomný. Menej časté prikladanie do kotla - stačí priložiť raz do dňa. Niekedy menej. V priemere dokáže nádoba pri jednom zakúrení teplo akumulovať aj na viac ako 24 hodín. Keď sa nádoba úplne „nabije“, kotol sa odstaví. Akumulačná nádrž sa stáva hlavným vykurovacím zdrojom. Nemusíte kontrolovať, či je kotol plný. Využívate energiu z akumulačnej nádoby. Po jej prečerpaní sa kotol zapne. 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.
Ako funguje akumulačná nádrž?
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.
Pre správnu prevádzku sa odporúča namontovať snímače teploty v hornej a dolnej časti nádrže a riadiť nabíjanie a vybíjanie podľa teplôt. Ochrana spiatočky kotla, prostredníctvom termostatického ventilu alebo nabíjacej jednotky, sleduje minimálnu teplotu vratnej vody do kotla. Pri podlahovom zmiešavacom systéme je zmiešavanie kľúčové - chráni podlahu a komfort (bez prehrievania). Akumulačka dokonca chráni podlahové kúrenie pred poškodením z vysokej teploty.
Základy parných vykurovacích systémov HVAC
Typy akumulačných nádrží a ich využitie
Na trhu sú dostupné nádrže v rôznych objemoch od 150 l do 2000 l. Zásobníky majú na povrchu izolačnú vrstvu, ktorá zaistí uchovávanie tepla. Dá sa zvoliť akumulačná nádrž s glazúrou sintofon, alebo s keramickou glazúrou. Nádoby tohto typu sa vyrábajú z uhlíkovej ocele povrchovo ošetrenej len z vonkajšej strany, nakoľko sa nádoba zapája do uzavretých systémov bez prístupu vzduchu. Dodávame len akumulačnej nádrže s oceľovým a nerezovým výmenníkom.
Akumulačné nádoby sa vyrábajú vo viacerých verziách:
- Akumulačná nádoba bez výmenníka (Puffer): Slúži len na uskladnenie teplej vody.
- Akumulačná nádoba s jedným alebo dvoma tepelnými výmenníkmi: Slúžia na ohrev vody cez ďalší zdroj tepla.
- „Nádoba v nádobe“: Ide o akumulačnú nádobu na technickú vodu s vnoreným zásobníkom na teplú úžitkovú vodu.
- Akumulačná nádoba na technickú vodu s prietokovým ohrevom úžitkovej vody: Ohrev úžitkovej vody sa deje prostredníctvom špirálovitého tepelného výmenníka z nerezovej ocele 316L, ktorý prechádza stredom nádoby. Tento model je dostupný taktiež vo verzii s jedným alebo dvoma prídavnými tepelnými výmenníkmi.
Typy LMT sú vhodné pre TÚV a môžu byť osadené až 3 výmenníkmi. Jednotlivé typy sa líšia rozmermi, počty a umiestnením závitov. LMG má všetky vývody v jednej rade, LVT vo 3 radách.
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 napríklad umývanie rúk alebo sprchovanie, čo prináša opäť ďalšie úspory. 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.
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. Malá nádrž kapacitne nestačí a naopak zbytočne predimenzovaná nádrž je drahšia a následne akumulované teplo nie je správne využívané.
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. Všeobecne platí, že na každý 1 kW výkonu kotla by malo pripadať aspoň 55 l objemu nádoby. 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. Obstarávacie náklady na väčšie akumulačné nádrže sú v porovnaní so získaným komfortom a efektívnosťou kúrenia zanedbateľné.
Orientačný výpočet objemu podľa typu kúrenia
Pre lepšiu predstavu si objem môžeme vypočítať aj svojpomocne:
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.
| Typ vykurovania | Výpočet objemu akumulačnej nádrže | Príklad (pre 10 kW kotol) |
|---|---|---|
| Radiátorové vykurovanie | Výkon zdroja vykurovania × 55 l | 10 kW × 55 l = 550 l |
| Podlahové vykurovanie | Výkon zdroja vykurovania × 80 - 100 l | 10 kW × 100 l = 1000 l |
Podrobnejší výpočet objemu akumulačnej nádrže
Aby sme čo najlepšie využili nádrž, je najprv potrebné vyrátať množstvo tepla (Q), 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. 13 MJ/kg, čierne uhlie - cca. 25 MJ/kg, hnedé uhlie - cca. 17 MJ/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 ale väčšinou je odporúčaná priamo výrobcom aj pre automatické kotly pre plynulejší chod kotla, pokojne aj s menším objemom napríklad 200 - 500 litrov podľa výkonu. 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.
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 a sú priskrutkované na palete. 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. Pre predĺženie životnosti systému je dôležité, aby bol riadne odvzdušnený a k objemu vody je potrebné mať primeranú expanznú nádobu.
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. Anódová tyč životnosť akumulačnej nádrže nezvyšuje.
tags: #akumulacne #potrubie #kotla