Akumulační zásobníky

Ne vždy je u zdrojů tepla možné přizpůsobit množství vyrobeného tepla jeho spotřebě. Týká se to převážně zdrojů na pevná paliva, ale nejenom jich. U ušlechtilých paliv nemusí být zdroj tepla vždy vybaven plynulou regulací. To pak vede k častému zapínání a vypínání, tzv. cyklování zdroje tepla, při kterém dochází ke snižování účinnosti, vyšším nákladům na palivo i většímu opotřebení zařízení. Tuto nevýhodu pomůže v mnoha případech překonat akumulační zásobník.

Funkce akumulačního zásobníku

Akumulační zásobník je tepelně izolovaná nádrž různé velikosti. Jejím účelem je umožnit provozovat zdroj tepla v oblasti s nejvyšší účinností i v době, kdy to již otopná soustava nepotřebuje. V okamžiku, kdy opět nastane potřeba dodávat teplo do otopné soustavy, je teplo čerpáno již z akumulační nádoby, aniž by bylo potřeba zapínat zdroj tepla. Bez akumulace by takový zdroj musel být uveden do provozu z již částečně vychladlého stavu, tedy z oblasti s nízkou účinností.

Akumulační nádrž je vlastně spojovací člen mezi zdrojem tepla a otopnou soustavou. V jednom okruhu, například kotel – nádrž, se teplo do nádrže za provozu kotle dodává, ve druhém okruhu, nádrž – otopná soustava se teplo z nádrže odebírá, aniž by musel být kotel v provozu. Cyklus v prvním okruhu se nazývá nabíjení, ve druhém vybíjení.

Průtoky v otopných okruzích jsou zajišťovány oběhovými čerpadly. V okruzích, kde se teplo spotřebovává je průtok regulován pomocí regulačních armatur, v nabíjecím okruhu se průtok reguluje v závislosti na požadavku na teplotu v zásobníku. Oba průtoky jsou na sobě do jisté míry nezávislé s tím, že průtok v nabíjecím okruhu by měl být asi o 5 % vyšší, než v kruhu vybíjecím (podle typu zdroje).

Vrstvené nabíjení

Stratifikace je pojem mnoha oborů lidské činnosti. V oboru tepelné techniky znamená vrstvení, tj. vytváření vrstev vody v akumulační nádrži s odlišnou teplotou. To umožňuje lepší využití nádrže, než kdyby byla voda v nádrži promíchaná, a tím s nižší průměrnou teplotou.

K vrstvení vody dochází lépe u vyšších a užších nádrží. V obou případech je prospěšné, když je průtok v nabíjecím okruhu o něco vyšší než v okruhu vybíjecím. Malý přebytek průtoku otopné vody s vyšší teplotou, který neprojde nádrží do okruhů otopných soustav, prochází nádrží shora dolů a ohřívá přitom chladnější vrstvy vody.

Energeticky nevýhodný je opačný případ, kdy neregulovaný a často mnohem větší průtok, než je v nabíjecím okruhu, přichází ze zpáteček otopných soustav. Tento rozdíl průtoků následně protéká nádrží zdola nahoru, aby se míchal s otopnou vodou o vyšší teplotě od zdroje tepla, snižoval její teplotu a tím i energetickou účinnost.

Možná se to zdá být složité, ale není. Stačí si představit dva teploměry. Jeden před a jeden za nádrží. Pokud je teplota za nádrží nižší než před ní, pak se ze zpátečky přimíchává část vychladlé vody a je potřeba omezit průtok ve vybíjecím okruhu.

Pokud někdo spatřuje podobnost s HVDT (hydraulickou výhybkou), pak má pravdu. Tam často ze stejného důvodu není možné instalovaný výkon kotlů přenést do otopné soustavy. Do kotelny se přidává zbytečně další kotel, namísto aby se omezil průtok to topných okruhů na vypočtenou, tj. jmenovitou hodnotu.

Materiály nádrží

Obvykle se nádrže vyrábějí z běžného ocelového plechu, někdy i plechu nerezového. K ochraně před korozí se nádrže z vnější strany lakují. Mnoho nádrží má i vyměnitelnou anodu, jejíž úbytek se dá sledovat a podle potřeby měnit. Anoda tak chrání vnitřní kovový povrch nádrží. Samostatnou kapitolou je teplená izolace v tloušťce min. 100 mm nebo i vyšší. Nádrže se dopravují na místo montáže obvykle bez izolace. Nejenom kvůli možnému poškození, ale kvůli profilu dopravní cesty.

Druhy akumulačních zásobníků

Kromě zásobníku s vrstveným nabíjením, o kterém již byla řeč, existují zásobníky pro jiné účely než jen pro zdroje tepla na pevná paliva. Vlastní akumulační zásobník může mít i více hrdel pro multivalentní aplikace, například napojení pro solární ohřev přes výměník tepla, pro přípravu teplé vody, pro tepelné čerpadlo nebo kogenerační jednotku.

Na druhé straně jsou zdroje tepla, které akumulační nádrž ve své podstatě nepotřebují. Například moderní invertorová tepelná čerpadla si přizpůsobují topný výkon podle požadavku na otopnou soustavu. Spodní hranice TČ s invertorem (modulovaný kompresor) je většinou kolem 30 %. To bývá vyhovující v topné sezoně, kdy je současně připravována i teplá voda. Nicméně v přechodném období může být potřeba otopnou soustavu malou akumulací vybavit, a to i kvůli snažšímu vyrovnání požadavků na objemový tok, který je u tepelného čerpadla 2x až 3x větší než u klasického vytápění například v radiátorech.

Také distributor elektřiny pracuje se dvěma tarify a tzv. signálem HDO, který může odstavit tepelné čerpadlo i na několik hodin. Proto je vhodné vybavit také tepelné čerpadlo alespoň malou akumulační nádrží. Ta může nahradit elektrický ohřev vody a zajistí efektivnější odstraňování námrazy u TČ vzduch-voda.

Dimenzování akumulačního zásobníku

Velikost zásobníku se dá navrhovat i pomocí počítačové simulace, pro přibližný návrh jsou však použitelné i další orientační hodnoty. Následující seznam podává přehled pro TČ, kotle na dřevo a solární zařízení:

• Kotel na dřevo: min. 55 l·kW^–1 výkonu kotle.
• Tepelné čerpadlo bez invertoru: 20–25 l·kW^–1 výkonu.
• Tepelné čerpadlo s invertorem: běžně neuzavíratelný objem 50 l (dle tech. údajů, doporučeno 100 až 200 l).
• Solární zařízení s přípravou teplé vody: 60 až 100 litrů na 1 m² plochy kolektorů.
• Solární podpora vytápění: 50 až 100vlitrů na 1 m² solárního systému.

Výhody a nevýhody zásobníků tepla

Akumulační zásobníky od sebe oddělují zdroje tepla a tepelné spotřebiče. Umožňují propojit několik zdrojů tepla. Možnost připojení obnovitelných zdrojů energie do otopné soustavy pak přispívá k účinnějšímu a ekologicky šetrnějšímu provozu.

Nevýhodou mohou být tepelné ztráty, které vznikají přes izolaci zásobníků (většinou jsou však zásobníky instalované uvnitř v domě, kde tato ztráta nehraje významnou roli). Kromě toho potřebuje zásobník více místa v technické místnosti (kotelně).

Závěr

Akumulační zásobník přebírá energii ze zdroje tepla, aby ji mohl v případě potřeby využít v jiném čase. To zajišťuje vyšší účinnost a snížení nákladů na vytápění. Spolehlivou funkci schémat zapojení zdrojů tepla s akumulací může zajistit jen odborně vypracovaný projekt pro konkrétní objekt. Použití akumulačního zásobníku, ve vybraných kombinacích, vytváří v dotačních systémech nárok na dotaci, viz www.novazelenausporam.cz.