czwartek, sierpień 17, 2017

 Najnowsze wydania

 EKO
Schowek02TRH
I&M 2/2017

PI 5/2017

Schowek01fd

001 Okladka IM02 2017

Ewolucja, czy rewolucja: zasobniki ciepła i magazyny energii

pantera.tabela2 17Pomysł magazynowania ciepła jest tak stary jak nasz świat, tak więc już na wstępie artykułu należy sobie jasno powiedzieć, że ewolucji czy rewolucji to tutaj najzwyczajniej nie ma. Co innego jednak, jeśli chodzi o sposoby wykorzystania zbiorników magazynujących energię. W tym zakresie znacznie łatwiej wskazać tzw. kamienie milowe.

Wraz z pojawianiem się nowych źródeł energii rośnie liczba rozwiązań służących jej magazynowaniu. Dotyczy to przede wszystkim energii cieplnej, ale w ostatnich latach coraz częściej mówi się także o produkcji chłodu i konieczności jego magazynowania.

Zasada ogólna jest taka: magazynujemy, ponieważ ilość ciepła wytwarzanego w danej chwili przez urządzenia grzewcze nie zawsze pokrywa się z aktualnym zapotrzebowaniem. Dotyczy to przede wszystkim instalacji wyposażonych w źródła ciepła, których mocy nie da się szybko i elastycznie zmieniać, jak np. proste kotły na paliwa stałe, pompy ciepła czy także kolektory słoneczne, na których moc chwilową niemal w żaden sposób nie mamy wpływu. Nadmiar energii można magazynować i wykorzystywać wtedy, kiedy potrzeby są większe.

Zbiorniki ciepłej wody użytkowej

Najczęstszym przykładem magazynowania energii jest klasyczny układ z kotłem jednofunkcyjnym współpracującym ze zbiornikiem ciepłej wody użytkowej. Rozwiązanie pozwala na uzyskiwanie niemal dowolnej wydajności wody użytkowej, tzw. chwilowej, zwanej też bardzo często wydajnością 10-minutową. Przy czym pojemność zbiornika jest niemal wprost proporcjonalna do wydatku chwilowego, tak więc im większy zbiornik, tym większa wydajność 10-minutowa. Pojemność zbiornika nie ma jednak żadnego znaczenia dla wydajności stałej, ponieważ tutaj ważna jest moc źródła ciepła i zdolność zbiornika do odebrania tej mocy, a więc wielkość wymiennika ciepła, np. zintegrowanej wężownicy. Specjalnie na cele artykułu poszukałem głęboko w archiwach danych technicznych zbiorników i wynika z nich, że niemal od zawsze zbiorniki ciepłej wody, typowe dla instalacji domowych, miały zintegrowaną wężownicę o wielkości od 0,75 m2 do 1,0 m2. Tutaj ewolucję trudno dostrzec, ale to tylko dlatego, że jest to w zupełności wystarczająca wielkość dla zapewniania komfortu korzystania z ciepłej wody. Nieco więcej wniosków można wyciągnąć wczytując się w rysunki i przekroje zbiorników. Dzisiaj woda zimna dostarczana jest dokładnie na sam dół zbiornika, tak aby nie zostawiać martwych objętości, co może prowadzić do namnażania się bakterii. Częściej też widać specjalne pryzmy mające na celu utrzymanie głębokiego uwarstwienia temperatury wody w zbiorniku. Czyżby więc tylko kolor miał się zmieniać na przełomie lat? Oczywiście, że nie. Wchodząc głębiej w dane techniczne, można wyraźnie zauważyć ewolucję w izolacji termicznej (tabela 1).

Tabela 1. Porównanie danych technicznych wybranych zbiorników ciepłej wody z przedziału ponad 30 lat
pantera.tabela1

Zapobieganie stratom ciepła

W latach 80. nie przywiązywano aż tak dużej wagi do efektywności magazynowania energii, dlatego trudno szukać takich danych. Po 2000 roku, kiedy to miała nastąpić katastrofa systemów operacyjnych Windows, a w numerze PESEL do cyfr oznaczających datę urodzin zaczęto dodawać „dwójkę”, dane dotyczące skuteczności izolacji termicznej wskazują, że zaczęto zwracać na tę kwestię więcej uwagi i stawiano sobie kolejne cele. W ciągu 10 lat, w przykładowym zbiorniku o pojemności 160 litrów, przy zachowanej porównywalnej masie oraz wymiarach zewnętrznych zbiornika, strata ciepła spadła z wartości 1,5 kWh/24 h do 1,35 kWh/24 h, a więc o 10%. Przy czym warto zaznaczyć, że równocześnie na rynku dostępne są także zbiorniki o stracie dobowej o blisko 35% mniejszej (0,97 kWh/24 h). 26 września 2015 roku w krajach Unii Europejskiej weszły w życie istotne przepisy regulujące oznaczanie (etykietowanie) urządzeń zużywających i wykorzystujących energię, w tym zbiorników ciepłej wody użytkowej (rys. 1, 2, 3 oraz tabela 2). Etykiety mają za zadanie w jednolity sposób informować Kupującego o stratach generowanych rzez zbiornik, a więc o skuteczności izolacji termicznej i tym samym zwracać uwagę na związane z tym zużycie energii.

pantera1
1. 26.09.2015 r. – konieczność etykietowania zbiorników o pojemności ≤ 500 litrów

pantera2
2. 26.09.2017 r. – próg maksymalnych strat postojowych dla zbiorników o pojemności ≤ 2000 litrów

Straty ciepła zależą nie tylko od grubości izolacji, ale również od pojemności zbiornika. Im większa jest jego pojemność, tym korzystniejszy jest stosunek objętości do powierzchni. Dlatego, o ile pozwalają na to warunki zabudowy, należy dobierać zbiorniki o dużej pojemności.

Aby uzyskać większą pojemność, zbiorniki można łączyć w baterie, przy czym stosuje się zasadę łączenia szeregowego. Opory przepływu wody przy niewielkich natężeniach są bardzo małe i dlatego nie należy projektować równoległych połączeń zbiorników – proces ładowania i rozładowania byłby wtedy niemożliwy do opanowania. Warto dodać, że zgodnie z rozporządzeniem 814/2013, dopuszczalny próg strat postojowych zostanie od 26 września tego roku przesunięty do klasy C. Nie będzie już można nawet dostać na rynku zbiorników o niższej klasie efektywności. Jest więc ewolucja w izolacji termicznej zbiorników, wprawdzie podyktowana przez urzędników Unii Europejskiej, ale jest i to jak najbardziej pozytywna.

Materiał zbiorników

pantera3
3. Etykieta energetyczna dla zbiorników c.w.u.
Nietrudno zauważyć, że przed laty większą popularnością cieszyły się zbiorniki wykonane ze stali nierdzewnej. Dzisiaj przeważa stal pokryta emalią. Przyczyną zmiany materiału jest oczywiście… koszt zakupu. Gdy mamy do czynienia z masową produkcją, koszty wytwarzania produktów zwykle maleją, niestety, nie jest tak w przypadku zbiorników wykonanych ze stali nierdzewnej, ponieważ ceny pierwiastków szlachetnych, jak tytan, molibden, chrom czy nikiel, są niezmiennie wysokie. Oczywiście, stal nierdzewna ma szereg zalet, które równoważą różnicę w cenie. Zbiorniki z niej wykonane charakteryzują się:

  • długim czasem eksploatacji (do dzisiaj bez najmniejszego efektu zmęczenia pracują zbiorniki mające po 20 lat i więcej);
  • wyższą, nawet o 25%, wydajnością stałą, z uwagi na większą wężownicę;
  • nawet o 40% wyższym współczynnikiem jednoczesności NL.

Zbiorniki ze stali nierdzewnej nie wymagają wymiany anody magnezowej, ponieważ jej po prostu nie potrzebują. Mogłaby się ona okazać wręcz dla nich szkodliwa, ze względu na możliwość uwalniania wodoru. Do zbiorników takich można stosować jedynie anody tytanowe (aktywne).

W jakim celu do stali nierdzewnej stosowana jest jednak anoda? – Jeżeli woda wykazuje dużą przewodność, powyżej 500 μS/cm, anoda może być konieczna do właściwej ochrony zbiornika. Warto dodać, że w Polsce norma dopuszcza przewodność wody wodociągowej na poziomie nawet 2500 μS/cm, ale oczywiście tak duże zasolenie spotyka się niezwykle rzadko.

Magazynowanie ciepła i chłodu

Tabela 2. W rozporządzeniu KE 812/2013 określono progi dla poszczególnych klas efektywności energetycznej, co przedstawia poniższa tabela
pantera.tabela2
Opisana w poprzednim artykule cyklu („Ewolucja, czy rewolucja: urządzenia hybrydowe do domów” – „Polski Instalator” 7/2016) hybryda wielu źródeł energii, stanowiących dolne źródło ciepła dla pompy ciepła, to również ciekawa, nowatorska forma zastosowania zbiorników (zakopywanych w gruncie na zewnątrz budynku) do magazynowania energii w wodzie. Mamy w niej do czynienia aż z czterema źródłami ciepła pracującymi na dolne źródło pompy ciepła, przy minimalnej ingerencji w środowisko. Wykorzystuje się tutaj m.in. energię bezpośrednią wody wynikającą z obniżania temperatury wody, a także przemiany fazowej wody w lód i odwrotnie. Przy pojemności blisko 8000 litrów dysponujemy około 950 kWh energii. Szału nie ma, ale na szczęście znacznie większa ilość energii, bo ponad 70%, pochodzi w takim układzie z tzw. kolektora powietrznego współpracującego ze zbiornikiem. Przypomnę też, że poza wyjątkowym źródłem ciepła, mamy tutaj do czynienia ze sporym źródłem chłodu do wykorzystania na potrzeby budynku, np. do chłodzenia naturalnego.

Czego można się spodziewać?

Nie spodziewam się, żeby w przyszłości zaszły jakieś rewolucyjne zmiany w sposobie magazynowania ciepła. Jedynym obecnie bardzo wyraźnym kierunkiem rozwoju i prowadzenia badań są różne formy magazynowania… ale energii elektrycznej. Mowa tutaj zarówno o typowych akumulatorach energii elektrycznej, jak również o tych nietypowych, w których energię elektryczną akumulować będziemy w formie energii cieplnej. Przykładem takiego rozwiązania jest „odwrócony” zbiornik, gdzie zamieniono miejscami wężownicę i grzałkę elektryczną. Jest to rozwiązanie polecane do instalacji fotowoltaicznych w domach jednorodzinnych. Grzałka ma pełnić rolę podstawowego źródła ciepła i jest ulokowana w dolnej części zbiornika, tak aby ogrzewać całą jego objętość. Aktualne obciążenie grzałki wynikać będzie z różnicy między energią elektryczną wytworzoną z instalacji fotowoltaicznej a energią wykorzystaną przez odbiorniki energii elektrycznej w domu. Celem jest zwiększenie wskaźnika wykorzystania energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej na potrzeby własne. Przepisy dotyczące instalacji PV wraz z ich większą obecnością na rynku będą ulegać zmianom i z pewnością właśnie w kierunku wskaźnika wykorzystania energii na własne cele.

pantera4 pantera5

4. Zasobnik c.w.u. wyprodukowany w 1998 r.

5. Zasobnik Vitocel 10-V CVA-A, klasa energetyczna A wg ErP

Autor: Dawid Pantera

homeWyszukiwarka

homeNewsletter

Repowermap

homeTagi

homeReklama

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem