Jak "to" się robi? - czyli bufor ciepła

[adam_mk]

Ponieważ w kilku wątkach proszono mnie o poradę w sprawie zbiornika – bufora ciepła postanowiłem „hurtem” spełnić to, o co mnie proszono i tam podawać link do tego wątku.

A tu? – Może się komuś przyda, choć nie pytał.

 

Wielokrotnie spotykałem się z różnymi konstrukcjami zbiorników – buforów wodnych.

Akumulowanie ciepła w wodzie ma pełne uzasadnienie w jej parametrach fizycznych.

Proces akumulacji jednak posiada liczne ograniczenia praktyczne.

To, co jest technologicznie najprostsze, wcale nie jest tu optymalne.

 

Najczęściej popełnianą niekonsekwencją konstruktorów jest wykonywanie wężownic ogrzewających zład w postaci walca z rur zwiniętych w okrąg. O ile najniższe zwoje dość dynamicznie oddają strumień ciepła do otaczającego je płynu, o tyle chmurka podgrzanej wody opływająca coraz wyżej położone zwitki skutecznie tę dynamikę redukuje. Praktycznie, gdyby udało się wyeliminować to zjawisko, to długość wężownicy grzejnej mogłaby być znacznie mniejsza (tańsza). Wytworzona „chmurka” cieczy o podwyższonej temperaturze, mniejszej gęstości, a więc i lżejsza, wznosi się pod sam szczyt zbiornika w postaci strugi wstępującej, która z powodu wcześniej opisanej geometrii rury grzewczej ułożona jest przy ściance zbiornika. Zimniejsza i gęściejsza woda jednocześnie opada centralnie, w okolicach pionowej osi zbiornika. Jest to oczywiste dla wszystkich zjawisko konwekcji.

Wypada zwrócić uwagę, że jest takie miejsce, gdzieś w połowie drogi pomiędzy ścianką a osią pionową zbiornika, gdzie woda „stoi”. Ten stan wywołany jest małą dla wody, ale niezerową lepkością. W tym obszarze, działające na blisko siebie położone warstwy wstępującą i zstępującą, siły powodują lokalne turbulencje, mieszanie się i uśrednianie temperatur. W efekcie woda pod szczytem zbiornika wcale nie jest tak ciepła, jak wynikałoby z podawanych do niego mocy a i struga wody zimnej też nie tak szybko opada, jak można by się tego spodziewać z wyliczeń. Proces akumulacji dysponowanego strumienia ciepła jest spowolniony w porównaniu z jego obliczeniowym potencjałem.

Milcząco założyłem tu, najczęściej wykonywany, zbiornik w postaci walca postawionego pionowo.

Ten kształt i taka jego orientacja w przestrzeni, co wcale nie jest oczywiste na pierwszy rzut oka, ma bardzo jasno wytyczony cel. Zbiornik taki powinien być akumulatorem warstwowym, co oznacza, że na różnych jego wysokościach utrzymują się w miarę stałe w czasie temperatury.

Utrzymywanie „warstw” o różnych temperaturach przy takiej konstrukcji jest iluzoryczne, bo wystarczy, aby załączył się piec (źródło ciepła) i natychmiast warstwowy układ zaburzany jest wcześniej opisywanymi strugami (wstępującą i zstępującą).

Cel, jakim jest wytworzenie możliwości korzystania z określonych „warstw” jest tym gorzej spełniany im większe moce dostarczane są do zbiornika. Jest to generator problemów dla automatyki urządzeń odbiorczych.

A miało być tak pięknie! Prosto miało być!

Co robić?

 

Żebym to ja wiedział co doradzić?!

 

Najprościej, to usiąść i pomyśleć a potem zlecić lub wykonać samemu, bo kupienie takiego, jaki akurat jest potrzebny jest bardzo trudne.

Naszkicowałem konstrukcję, która eliminuje sporo opisanych wad. To nie jest wyłącznie mój pomysł. Raczej jest połączeniem (w celu prezentacji rozwiązań) kilku różnych widzianych konstrukcji. No, w każdym razie ja takie (lub prawie takie) zlecałem do tych układów, których wykonanie mi powierzano. Pracują bez zastrzeżeń i dlatego mam do tego rozwiązania zaufanie.

 

http://img396.imageshack.us/img396/5743/buforciep322azd7.jpg

 

Pierwszy rysunek pokazuje przekrój pionowy przez zbiornik. Wyraźnie widać na nim centralnie umieszczony odwrócony lejek, którego proporcje do reszty zbiornika można sobie wyobrazić. Pod stożkiem tego lejka umieszczona jest spirala grzewcza zasilana ze źródła ciepła, którym może być solar czy PC. Zwoje tej spirali ułożone są w „ślimaka”. Rozbieżnie od środka i w dół, i powinny być luźno rozłożone w przestrzeni pod stożkiem np. w dwu warstwach. Istotne jest aby unikać sytuacji, w której wypadnie nam zwój bezpośrednio nad zwojem, żeby nie powtórzyć już opisanego błędu. Opisany „ślimak” jest trudny do poprawnego wykonania z tego powodu, że jego pierwsze zwoje muszą z konieczności być bardzo ciasne. Zwykle radziłem sobie tak, że wykonywałem dwa lub trzy takie ślimaki z rury o mniejszym przekroju, którą łatwo było ukształtować tak, jak potrzeba i łączyłem z wyprowadzeniami o większym przekroju (docelowym – np. ž”}, które wyprowadzałem na zewnątrz. Taki zabieg jednocześnie rozwija powierzchnię wymiany i przez to usprawnia proces grzania wody w obszarze stożka „lejka”.

Strumień ogrzanej wody prowadzony jest pionowo pod szczyt zbiornika bez możliwości mieszania się z chłodniejszymi warstwami. Tam napełnia zbiornik ciepłem „od góry” i co faktycznie zauważyłem – bardzo szybko. Chłodniejsze obszary wody „osuwają się” w dół zgodnie z ich rozdziałem grawitacyjnym/temperaturowym. Nie występują w nich obszary turbulencji i mieszania.

W okolicach lub w samej dennicy należy umieścić spust zładu.

Osobnym obwodem hydraulicznym, ale wspólnym termodynamicznym jest układ CWU. Pozostająca pod ciśnieniem sieci woda pitna doprowadzana jest do złącza kilkuzwojowej wężownicy zaczynającej się w okolicy dna zbiornika, a kończącej się pod szczytem. Zwoje te mają stopniowo zagęszczający się skok. Na wysokości około połowy zbiornika w tę wężownicę wpięty jest trójnik powrotu cyrkulacji układu CWU z odprowadzeniem poprzez ścianę zbiornika. Objętość tej wężownicy jest pomijalnie mała (litr, dwa) i stanowi układ ogrzewacza przepływowego. Takie rozwiązanie zabezpiecza układ CWU przed wszelkimi problemami związanymi z namnażaniem się legionelli. Po prostu – tu jest to niemożliwe. Automatycznie – nie istnieje konieczność przegrzewania dużych ilości wody ponad 70stC co jest i trudne i kosztowne.

Po „prawej” stronie zbiornika (jest okrągły, więc jest to tylko prawa strona rysunku) widoczne są króćce przyłączające obwód ogrzewania podłogowego – zasilanie mieszacza i powrót z układu ogrzewania.

Po „lewej” stronie widoczne są króćce przyłączające kominek z płaszczem czy piec stałopalny lub gazowy.

To opcja, bo rzadko stosuje się i pompę ciepła i piec gazowy. Częściej kominek – więc narysowałem i tę możliwość.

UWAGA: Jeżeli będzie i kominek z płaszczem i pompa ciepła, to pionową rurę lejka należałoby wyposażyć w perforację od ž wysokości zbiornika do jej końca. To jest naprawdę akumulator warstwowy i w przypadku sumowania źródeł ciepła struga z lejka nie mogłaby uzupełniać ładunku ciepła. Zapalenie w kominku nie wyłączyłoby pompy ciepła ale i nie pozwoliłoby odebrać od niej pompowanej energii. Kominek podaje znacznie cieplejszą wodę niż może to zrobić pompa ciepła. Ta perforacja na tym odcinku jest więc konieczna w tym szczególnym przypadku.

 

Ale to jeszcze nie koniec „tajemnic”.

 

http://img299.imageshack.us/img299/2917/bufor1ix8.jpg

 

Następny rysunek ilustruje geometrię wlotów i wylotów z/do tego zbiornika. Ułożenie ich otworów tak, jak na rysunku sprawia, że cały zład w momencie przepływu (poboru/doprowadzania) wody wiruje łagodnie. Taki zabieg techniczny nie dopuszcza do turbulencji i niszczenia „warstwowego” układu temperaturowego zładu. Zbiornik tak skonstruowany „bierze” szybko i wydajnie i równie „łatwo oddaje” strumienie ciepła.

Wielkość akumulatora, oczywiście, zależy wprost od masy wody w zbiorniku.

Jednocześnie spełniony jest wymóg szczególnej (podwójnej) izolacji wody pitnej od obiegu glikolowego (freonowego) solara czy PC.

 

Bardzo istotna jest też sprawa termoizolacji takiego baniaka. Sugerowałbym bardzo szczelne owinięcie go matą lamelową (to taka 5cm wełna mineralna nalepiona na folię aluminiową) a potem obłożenie styropianem. Może to szokujące, ale warstwa 30cm nie jest tu „za bogata”. Jakby kogoś było stać, to niech stosuje nawet grubszą. TEN zbiornik (bufor) ma olbrzymią powierzchnię w porównaniu z dowolnym elementem instalacji. Zadziwiające, jak spore straty mogą tu powstawać.

 

Pozdrawiam Adam M.

 

 

UWAGA:

Wdarł się błąd.

Opis co innego a rysunek - też...

Wyloty to WLOTY i odwrotnie.

 

Adam M.

Edytowane 9 Kwietnia 2013 przez adam_mk

[MCB]

Jak wg ciebie należałoby zmodyfikowac ten rysunek w przypadku grzania wyłącznie cwu oraz stosowania jedynie solarów i grzałki elektrycznej?

 

MCB

[adam_mk]

Wtedy nie trzeba wspawywać króćców do podłogówki i pieca. Reszta bez zmian. Żeby napełnić taki zbiornik trzeba też dać jakieś odpowietrzenie w najwyższym punkcie. Grzałkę należy wstawić tak, aby znalazła się w stożku. Może być częściowo w rurze lejka.

Trzeba pamiętać, że grzana woda zmienia objętość. Gdzieś to trzeba kompensować. Jakieś naczynie wzbiorcze czy przeponowe. Ale to już problem instalacji, nie zbiornika.

Adam M.

[acca5]

To ja zadam naiwne pytanie- czy taki bufor musi byc zawsze i czy go się kupuje fabrycznie wykonany czy go musi Majster od CO wykonać. Będe miała ogrzewanie podlogowe i kaloryf. , CO i CWU z kominka z płaszczem i piec gazowy- gdy nie będę palić w kominku, ale pierwszenstwo dla kominka?

[artur11]

Witam - jestem pod wrazeniem. !!

Z tego schematu wynika, ze piec co, kominek, podlogowka dzialaja na wspolnym czynniku - w tym wypadku woda.

 

Wg mnie perforacja lejka i rury powinna sie zaczynac od dolu zbiornika (z opisu jakos nie jasno jest to dla mnie) i konczyc w 2/3 - W tedy ciepla woda z kominka nie "zablokuje" nam solara, czy pompy.

 

Ja caly czas zastanawialem sie nad rozwiazaniem w ktorym wszystkie uklady maja wezownice - ty polaczyles 3 uklady ze soba; akumulator, zasilanie, odbior czy tak jest lepiej, prosciej,... na pewno prosciej. A czy nie ma jakiegos ryzyka wynikajacego z polaczenia w jeden uklad np pieca co i podlogowki ?

 

Pozdrawiam

[MCB]

Nie ma chyba przeciwskazań do wprowadzenia/wyprowadzenia wszystkich rur poprzez pokrywę zbiornika?

Oczywiście za wyjątkiem spustu wody.

 

MCB

[sSiwy12]

 

Ja caly czas zastanawialem sie nad rozwiazaniem w ktorym wszystkie uklady maja wezownice - ty polaczyles 3 uklady ze soba; akumulator, zasilanie, odbior czy tak jest lepiej, prosciej,... na pewno prosciej. A czy nie ma jakiegos ryzyka wynikajacego z polaczenia w jeden uklad np pieca co i podlogowki ?

 

Pozdrawiam

 

Inna nazwa takiego "ustrojstwa" to "sprzegło hydrauliczne"

[msobanie]

Witam,

Adam, jaka przewidywalbys pojemnosc takowego bufora dla rodzinki 2+2 i w zwiazku z tym gabaryty tegoz bufora (jego proporcje)?

Jak najlepiej podlaczyc do tego piec co gazowy?

Czy od gory tak jak planujesz zasilanie od kominka?

Piec grzalby okresowo na maxa (standardowy, niekondensacyjny), tak jak grzeje ciepla wode.

W tym przypadku nie podoba mi sie idea mieszania czynnika od solara z tym w piecu (wiec i co). Jeszcze jedna wezownica?

Jak to rozegrac?

Pozdrawiam

Mirek

[msobanie]

Witam,

Teraz to zobaczylem, nie mieszamy wody co z solarem.

Pytanie odnosnie podlaczenia kotla co pozostaje.

Mirek

[artur11]

Dizeki za wyjesnienie sprzeglo... teraz soboe przypomnialem - wszystko gra ok

 

Ja liczylem jaki powinien byc duzy zbiornik przy zalozeniu ze mamy piec CO np na drewno o mocy 25Kw. Takie piece moga palic prawie pelna moca 6-8h, kominkowe pala sie na pelnej mocy jakas polowe z tego. Przy zalozeniu ze podgrzewamy wode od 40 do 90C i nic z niego nie odbieramy musimy miec 3500litrow wody zeby to ciepelko zostalo bezpiecznie odebrane i nic nam nie wybuchlo

[kbab]

Częściowo jestem praktykiem, bo praktycznie korzystam z "akumulatora" ciepła. W kotłowni mam zbiornik 300l z dwoma wężownicami. Do górnej podłączony jest piec gazowy, do dolnej 4 solary na dachu i płaszcz wodny z kominka. Dodam, że na szczycie domu zainstalowałem zbiornik 120l, w którym woda podgrzewana jest bezwładnościowo przez solary umieszczone na dachu niżej. Zbiornik ten jest połączony w obiegu wymuszonym z dolną wężownicą dużego zbiornika CWU w kotłowni. Roczne koszty (poniesione) na energię w takim domu podałem w (na str 6)

http://forum.muratordom.pl/viewtopic.php?t=60961&start=300&postdays=0&postorder=asc&highlight=

Zdaję sobie sprawę z tego, że jest to zbyt mały zbiornik na akumulację ciepła, ale efekty ekonomiczne są odczuwalne.

Zawsze jednak w praktyce pozostaje pytanie - ile???

Ile koszuje dodatkowa inwestycja, ile kosztuje eksploatacja, ile czasu potrzebuję na zwrot z tej inwestycji?

Gdyby byłoby to opłacalne, to byłoby to już gdzieś wykorzystane, jeśli nie jest znaczy że jest zbyt kosztowne i ekonomicznie w tych warunkach nieuzasadnione.

Pozdrawiam Leon z Wrocławia

[kbab]

Ku rozwadze

dodam, że problem dużego zbiornika wodnego można rozwiązać wykorzystując np. przydomowy basen, z izolacją takiego zbiornka też nie powinno być problemu. Ale zawsze to pytanie - ile???

[adam_mk]

Witam

Oj Leon! Żebyś Ty wiedział ile razy już zgłaszano te same zastrzeżenia i uwagi!

Małe szanse, żebyś znał posty i tematy z przed roku.

Tak jak przed rokiem, dwoma, trzema - tak masz rację! Rachunek ekonomiczny to podstawa! Ale....

Ale i tak istnieje grupa ludzi , którzy "zrobią, bo taka jest ich wola (i głębokie przekonanie)" I co wtedy? Wtedy pozostaje pytanie - jak?

Kwestia - po co? - to jakby podobne, ale nie to samo.

Piszesz "Gdyby byłoby to opłacalne, to byłoby to już gdzieś wykorzystane, jeśli nie jest znaczy że jest zbyt kosztowne i ekonomicznie w tych warunkach nieuzasadnione. "

Tak, ale.....

Ale gdyby to była uniwersalna prawda, to jeszcze mieszkalibyśmy w jaskiniach.

W wielu z Nas drzemie duch eksperymentatora. Czasem jest sukces. Częściej dajemy "mordą w trociny"

Samo życie.

Ale czasem warto spróbować. Satysfakcja ma bardzo wykwintny i miły smak!

Adam M.

[adam_mk]

DJ Rydzyk

Dzięki!

Adam M.

[artur11]

Oj Adamie zgadzam sie z toba !! Rach ekono. to podstawa ale... dlaczego sobie ubzduralem, ze chce miec dom pasywny - juz wiem ze sie nie oplaca , superenergooszczedny tak ele pasywny w POLSCE nie.

 

Hehe pracuje w dziale gospodarki zwanym reklama, promocja, PR, itp... jak by to zwac to jest to samo i czesto slysze, ze tak sie nie da !!, tak sie nie robi,... tak nie wolno,.... itp., a po roku (jak sie udalo) slysze "....dziekuje mieliscie racje..."

 

Tak jestem za trzeba miec troche "korby w glowie" zeby Tu cokolwiek robic a dopiero robic cos innego niz wszyscy....

 

Ps. Wlasnie rozmawialem z pewnym przedstawicielem ktory takie Baniaki importuje i inne wynalazki. Tak sie juz robi tylko nie w polsce ;(. Wiem nie oplaca sie nam, tylko ja wole jezdzic czyms wygodnym a nie Syrenka (tez przeciez jezdi)

[adam_mk]

Znowu wykopałem z trzaskiem otwarte drzwi?

Pisałem, że można i pisałem, że nie spotykam.

Dobrze, że gdzieś tam i można i jest.

Adam M.

[artur11]

Dzieki za rysunek

 

Pozdrawiam Wszystkich - Udanej imprezy !!

[msobanie]

Adam,

Ponawiam prosbe, jaka pojemnosc dla 2+2 bylaby optymalna zakladajac np. 8 -10 m2 solar (np. Twojej koncepcji)? Jakie proporcje srednica / wysokosc?

Materialy? Ile tych zwojow do solara?

A ile zwojow do cwu aby zapodac ciepla wode na biezaco?

Z tym kotlem co chodzi mi o to, ze grzanie (podgrzanie np. w zimie) takiej ilosci wody w zborniku (jakiej?) moze zajac np. godzine (priorytet cwu), wtedy byc moze moge odczuc niewlaczenie kotla co (nie sadze, ale jest pewne ryzyko).

Szukam czegos uniwersalnego, bo na razie grzeje cwu w zbiorniczku 80 litrow na prad (wystarcza), do tego mam nieuzywany zasobnik z wezownica do kotla.

Moze da sie to jakos wykorzystac?

Pozdrawiam

Mirek

[radomik]

kawał dobrej roboty

 

dzięki

najlepszego w Nowym 2007r.

[19501719500414]

 

Ja caly czas zastanawialem sie nad rozwiazaniem w ktorym wszystkie uklady maja wezownice - ty polaczyles 3 uklady ze soba; akumulator, zasilanie, odbior czy tak jest lepiej, prosciej,... na pewno prosciej. A czy nie ma jakiegos ryzyka wynikajacego z polaczenia w jeden uklad np pieca co i podlogowki ?

 

Pozdrawiam

Inna nazwa takiego "ustrojstwa" to "sprzegło hydrauliczne"

 

niestety to nie jest sprzęgło hydrauliczne,

jest to bufor, lub jak ktoś woli to nazywać przy mniejszych objętościach zasobnik,

podobny mam w mojej kotłowni, pojemność 700 l. pojemność wężownicy cwu około 60 l., w którym cwu grzana jest przepływowo i nigdy jeszcze jej nie brakło,

woda w układzie co, czyli w buforze jest grzana kotłem kondesnacyjnym i latem kolektorami słonecznymi, dodatkowo mam króćce do pompy ciepła lub kominka,

podobne bufory produkuje Viessmann pod nazwą Vitocell 333,

mój robił prywatny wykonawca, oczywiście jest o wiele tańszy od Vitocella

 

adam, dobry jesteś