Ekonomiczny system co - zasobnik warstwowy czy wymiennik ciepła?

Chciałbym zmodernizować instalację c.o. Mam do ogrzania ca 65 m^2 powierzchni mieszkalnej. W instalacji c.o. znajdują się grzejniki panelowe, których pojemność czasami nie przekracza 3 litrów (z uwzględnieniem przewodów zasilających max 5 litrów). Ponadto mam zamiar podłączyć do tej instalacji wymiennik ciepła na zasilaniu grawitacyjnej instalacji wentylacyjnej - tutaj pojemność co najwyżej 1,5 litra łącznie z przewodami zasilającymi. Posiadam piwnicę, w której zamierzam zainstalować wiszący kocioł dwufunkcyjny (roboczo: TERMET Miniterm turbo GCO-DP-21-13 (24/24) ) i podłączyć do warstwowego zasobnika cwu (wyposażonego w automatykę). Temperatura czynnika instalacji c.o. powinna być kontrolowana przez automatykę pogodową.
Biorąc pod uwagę efektywność pracy kotła c.o. (przyjmuję 7 kW) muszę się zmierzyć z problemem ogrzewania niewielkich objętości czynnika c.o. Przyjmuję, że kontrola temperatury wody w układzie będzie nadzorowana w zakresie <zadana_wartość>:<zadana_wartość>-5. Narzucającym się rozwiązaniem jest włączenie do instalacji zbiornika buforowego o pojemności 80:100 litrów. Intuicyjnie dobrze tę rolę spełniałby buforowy zasobnik warstwowy, niemniej zastanawiam się nad sposobem wysterowania tak przyjętego rozwiązania (automatyka dostępna na rynku z pogodową kontrolą temperatury w zasobniku + poprawna współpraca z automatyką kotła), a ponadto nie znalazłem na rynku takiego zasobnika do c.o. (tj. czarny tzn. bez emalii i anody) - ale to drugorzędny problem. Alternatywnie można zastosować buforowy zasobnik z wężownicą (czyli wymiennik) i wówczas (mam wrażenie) problem sterownia rozwiązuje się, ale traktuję to jako gorsze rozwiązanie.
Proszę o opinie, porady, przedstawienie doświadczeń w podobnymi rozwiązaniami.

wizytator napisał:

Intuicyjnie dobrze tę rolę spełniałby buforowy zasobnik warstwowy

Sam sobie odpowiedziałeś na pytanie. Bufor, nie potrzeba wężownicy a ta wbudowana jest do tego aby podłączyć np. solary gdzie czynnikiem nie jest woda i nie może być to zmieszane.
Z takim buforem trzeba by jakoś wysterować wybieg pompy o wiele więcej niż pozwala na to automatyka kotła.

Walker29 napisał:

W takich przypadkach również w roli bufora montuje się sprzęgło hydrauliczne. Niekoniecznie o tak dużej pojemności(raczej dobiera się do mocy).

... rzeczywiście słyszałem o takim rozwiązaniu, ale po przyjrzeniu się temu (właściwie) zbiornikowi przyjąłem, że nie wpływa to na ostateczne obliczenia czasu potrzebnego do podniesienia temperatury czynnika o 5 st. Przyjąłem zatem, że dla osiągnięcia oczekiwanego rezultatu (roboczo - 4:5 min pracy kotła) wymagane jest zwiększenie objętości czynnika grzewczego. Ponadto miałem wątpliwości - czy można liczyć na otrzymanie dobrej jakości izolacji termicznej dołączanej do tego produktu.
Oczywiście nie mam w tym temacie własnych doświadczeń dlatego przyjmuję, że mogę się mylić. Chętnie zapoznam się z warunkami pracy instalacji przy zastosowaniu takiego rozwiązania.

... niemniej mam wrażenie, że w dalszym ciągu pozostaje nierozstrzygnięty problem zbyt małej objętości układu tj. takiej, aby zapewnić ciągłą pracę kotła przez ca 3 min.
Z innego źródła otrzymałem informację, z której wynika, że w przypadku kotłów kondensacyjnych wpływ krótkiego czasu pracy palnika (przyjmuję 20:30 sek.) nie wpływa na zmniejszenie efektywności urządzenia. Jednocześnie otrzymałem zalecenie zwiększenia wielkości grzejników tak, aby możliwe było obniżenie temperatury czynnika w układzie - rozumiem, że w celu uzyskania efektu kondensacji. Obawiam się jednak, że takie grzejniki osiągną wyraźnie duże rozmiary, aby można było liczyć na pracę układu grzewczego w granicach warunków kondensacji (tj. bodajże ok. 40 st. C).

... 65 m^2 to mieszkalna powierzchnia części budynku (nie mieszkania).
Co do izolacji termicznej budynku - tu niestety jest bardzo kiepsko. Trudno nie dostrzec znaczenia tego czynnika - czuję to wyraźnie w rachunkach mimo tak niewielkiej powierzchni. Niestety właściwie to wszelkie prace remontowe wykonuję samodzielnie. W pierwszej kolejności muszę doprowadzić izolację fundamentów do porządku włącznie (a może przede wszystkim) ze ścianami piwnicznymi (głęboka piwnica z "nieszczelnymi" ścianami) tj. izolacja wodna + termiczna.
Na obecnym etapie chciałbym mieć pełen obraz możliwości rozwiązania dot. instalacji grzewczej (nawet jeśli realizacja będzie miała miejsce za 2 lata). Chciałbym uniknąć nerwowych i nieprzemyślanych decyzji.

Sądzę, że znalazłem właściwe rozwiązanie i chciałbym je poddać pod osąd zainteresowanych tym tematem, a w szczególności osób, które mają do czynienia z podobnymi rozwiązaniami.
Otóż dla uściślenia rozważań chciałbym przypomnieć o zależności:
t=(m*cwł*∆T)/P
gdzie:
m – masa czynnika grzewczego [kg]
cwł – ciepło właściwe wody [J/(kg*K)] - przyjmuję wartość 4189,9
∆T – różnica temperatur [K] (oczywiście można przyjąć skalę C – na to samo wyjdzie)
P – moc [W] – w założonych warunkach 7000
t – czas potrzebny do ogrzania określonej objętości (masy m) czynnika [s]
Nie wszyscy muszą przecież o tym pamiętać.
Tutaj przypomnę, że problem dot. sytuacji, w której możliwy jest taki stan układu grzewczego, który będzie kontrolował niewielką objętości czynnika grzewczego ok. 5 litrów (tj. ca 5 [kg]) , gdy nastąpi spadek temperatury czynnika o 5 °C – wówczas czas pracy palnika wynosi ca 15 sekund. Z lektury innych wątków tego forum wynika, że jest to nieefektywny tryb pracy urządzenia głównie w momencie uruchomienia palnika, w którym straty są największe. Zatem w celu ograniczenia wpływu tego elementu należy zadbać o jak najdłuższy okres pracy palnika w trybie ciągłym. Zasłyszane informacje o efektywnej pracy w takim reżimie kotła kondensacyjnego prawdę powiedziawszy nie przekonują mnie. Dlatego założyłem, że zbiornik buforowy o pojemności 80:100 litów w takim układzie powinien rozwiązywać problem (przy kontroli spadku temp o 5 st. daje czas pracy urządzenia 4:5 minut).
Podnosiłem wcześniej problem dot. sposobu sterownia takim rozwiązaniem z uwzględnieniem automatyki kotła. Otóż w dokumentacji urządzenia występuje opis o poniższej treści:

Sposób podgrzewania wody do c.o.
Kocioł załącza się jeżeli temperatura wody grzewczej jest niższa o 5°C od nastawionej pokrętłem poz.2 oraz regulator
temperatury pomieszczeń daje sygnał „grzej”. Następuje wtedy poniższy szereg czynności:
uruchomienie wentylatora poz.5 (w kotłach typu C);
uruchomienie pompy wodnej poz.7;
uruchomienie generatora iskry;
uruchomienie zespołu gazowego poz.8 i modulatora.
Nad utrzymaniem zadanej temperatury czuwa modulator przepływu gazu. Kocioł wyłącza się gdy regulator temperatury
pomieszczeń zasygnalizuje osiągnięcie zadanej temperatury w pomieszczeniu lub gdy temperatura wody grzewczej
przekroczy o 5°C zadaną temperaturę wody grzewczej.
Po wyłączeniu kotła pompa pracuje przez około 180s, a wentylator 15s. Na wyświetlaczu wyświetlany jest symbol „L3” .
Ponowne uruchomienie kotła nastąpi samoczynnie po spełnieniu następujących warunków jednocześnie:
temperatura wody grzewczej spadła o min.5°C od zadanej,
upłynął czas 180s,
regulator temperatury pomieszczeń daje sygnał „grzej”.

Z powyższego wynika, że sterowanie uruchomieniem kotła może następować poprzez złącza zacisków regulatora pokojowego. Z dalszej lektury tego dokumentu wynika, że regulator pokojowy steruje pracą kotła w standardowym połączeniu za pośrednictwem prostego styku (przekaźnika) załączony/wyłączony. Na rynku dostępne są regulatory renomowanych firm (Vaillant, Junkers, de Dietrich i inne), które umożliwiają sterowanie układem c.o. z uwzględnieniem czujnika pogodowego. Tutaj zasadniczym elementem kontrolującym stan układu grzewczego powinien być oczywiście czujnik temperatury czynnika w warstwowym zasobniku buforowym, a charakterystyka układu kontroli będzie modyfikowana zależnie od temperatury zewnętrznej. Zakładam, że pompa w układzie zbiornik – układ grzewczy będzie pracowała nieprzerwanie (tutaj koszt jest niewielki). Sądzę, że zbiornikiem buforowym może tu być produkt rodzimego producenta BIAWAR ZW-E100.70A choćby z tego względu, że elementy typu układ sterowania czy pompa cyrkulacyjna nie wchodzą w skład standardowego wyposażenia urządzenia. Co prawda jest to zbiornik do c.w.u., ale to nie powinno stanowić problemu.
Mam wątpliwości dot. kompatybilności stosowanych czujników w regulatorach innych producentów i możliwości ich zastosowania w ZW-E100.70A np. rozmiar, charakterystyka itp.

Chyba czas zamknąć ten temat, ale czuję się w obowiązku podsumować go końcowymi wnioskami.

Podczas poszukiwań opinii na rozważany temat w gronie osób specjalizujących się w tym temacie uznawali oni, że takie rozwiązania nie są potrzebne tj. wystarczy podłączyć kocioł c.o. bez pośrednictwa bufora. Sądzę, że racja jest po ich stronie – tutaj powyższa opinia serwisanta odnośnie kotłów kondensacyjnych zaczyna mnie przekonywać choć wydaje mi się, że dotyczyć powinna generalnie kotłów z zamkniętą komorą spalania. Przyjmuję, że w dobie kotłów ze sterowanym obiegiem powietrza w komorze spalania automatyka powinna poradzić sobie z ustaleniem optymalnych warunków. Zatem straty (rozruchowe) wynikające z częstego uruchamiania palnika na krótki czas nie powinny stanowić istotnego problemu zarówno pod względem ekonomiki eksploatacji jak i wpływu na awaryjność urządzenia.

Stworzenie układu c.o. z wykorzystaniem bufora jest oczywiście możliwe. Poszukiwałem rozwiązania, w którym można wysterować uruchomienie kotła z wykorzystaniem zacisków regulatora pokojowego, a kontrolę nad charakterystyką układu grzewczego z uwzględnieniem czujnika pogodowego powierzyć sterownikowi kotła. Na rynku nie ma odpowiedniego sterownika obsługi bufora dla przyjętego rozwiązania dlatego należy samemu o to zadbać. Dla rozważanego projektu przyjąłem:
- czujnik przepływu pomiędzy kotłem i buforem,
- czujnik temperatury w górnej części bufora (najlepiej typu PT-100 tj. z liniową charakterystyką),
- programowalny sterownik PLC (przyjąłem Siemens LOGO! głównie dlatego, że łatwo można oprogramować przyciski strzałek wokół wyświetlacza dla ręcznego START/STOP i zasilanie 12/24V ze względów bezpieczeństwa).
Układ sterowania powinien działać w poniższy sposób:
- kocioł dostarcza do bufora podgrzany czynnik tak długo aż uzna, że jego temperatura odczytana na czujniku kotła jest wystarczająca i wówczas wyłącza obieg pompy (kontrola w naszym sterowniku poprzez czujnik przepływu),
- w tym momencie zapisujemy odczytaną temperaturę z bufora c.o. („watchdog” sterownika) ,
- następnie sterownik przechodzi do kontroli spadeku temperatury o zaprogramowane 5 st.C i w takiej sytuacji uruchamia kocioł za pośrednictwem zacisków regulatora pokojowego.
Dodam, że PT-100 posiada zalecenie o nie przekraczaniu obciążenia 1[mA], dlatego należy układ uzupełnić o kowerter sygnału. W przypadku LOGO! jest to AM2 PT100, ale na rynku występują tańsze rozwiązania. Zresztą można także poszukać tańszych sterowników PLC choćby APB na stronie TELMATIK, ale tutaj nie znalazłem metody na oprogramowanie przycisków urządzenia.
Dodam w tym miejscu, że koszt przyjętego rozwiązania koresponduje z ceną zakupu kotła(!).
Dla zainteresowanych dołączam schemat programu sterownika (należy uruchomić w "Siemens LOGO!Soft").
Pomimo powyższych rozważań sądzę, że taniej będzie skorzystać z jakiegoś występującego na rynku sterownika układu c.o. z regulacją pogodową do wysterowania temperatury bufora, a kocioł powinien być wysterowany na swoją minimalną moc. W przypadku przyjęcia tego rozwiązania sterowanie pracą kotłem powinny umożliwić jakieś przyłącza urządzenia (choćby regulatora pokojowego).

Wspominałem jeszcze o zasobniku warstwowym cwu w instalacji kotła. Chciałbym zwrócić uwagę, że na naszym rynku nie znalazłem odpowiedniego rozwiązania poza ofertą De Dietrich (zestawy z BW* w nazwie). Tutaj temperatura zasobnika warstwowego kontrolowana jest przez sterownik kotła. Zatem wszelkie nastawy na sterowniku kotła będą decydowały o momencie rozpoczęcia podgrzewania, a także o właściwej modulacji wynikającej z tych nastaw.
Z rozmów przeprowadzanych z serwisem jednej z konkurencyjnych marek wynika, że próba dołączenia warstwowego zasobnika cwu do instalacji kotła dwufunkcyjnego może doprowadzić do jego (tj. kotła) uszkodzenia (?!). Jednocześnie chciałbym zwrócić uwagę na pewną manierę, w której pojęcie warstwowego zasobnika mylone jest z wymiennikiem ciepła.

Wstrzymam się jeszcze przez jakiś czas przed zamknięciem tematu na wypadek gdyby ktoś życzył sobie cokolwiek uzupełnić bądź odnieść się do powyższych treści.