Stanovení doby nabíjení a vybíjení akumulační nádrže v otopné soustavě

Ing. arch. Filip Řehák, jeden z našich čtenářů, nabídl ke zveřejnění jednoduchý výpočet pro stanovení doby nabíjení a vybíjení akumulační nádrže v otopné soustavě, který je zpracován dle odborné publikace "EKOLOGICKÝ A ENERGETICKY ÚSPORNÝ SYSTÉM ZÁSOBNÍKOVÝCH ZDROJŮ TEPLA, autor doc. Ing. Vladimír Jelínek, CSc., 2008.

Výpočet akumulační nádoba-1.xls

Požádali jsme tedy autora doc. Ing. Vladimíra Jelínka, CSc. o recenzi tohoto výpočtu:

Technická problematika

U zmíněného typu zapojení zásobníku tepla (ZT) na plynový kondenzační kotel jsou uvedeny principy řešení a hlavní přednosti systému jsou popsány v publikaci „Ekologický a energeticky úsporný systém zásobníkových zdrojů tepla“. Ta hlavní výhoda systému spočívá v tom, že plynový kotel (nejlépe ohřívací) je provozován na plný výkon (s konstantním teplotním spádem) a výkonová nerovnoměrnost odběru otopnou soustavou (od 100 % do 20 % výkonu) se vyrovnává v zásobníku tepla (ZT). Při provozu kotle na jmenovitý výkon se dosahuje totiž nejvyšší účinnosti a zároveň i odváděné spaliny obsahují nejnižší koncentraci škodlivin (neboť provoz na nižší výkon = vyšší koncentrace škodlivin ve spalinách = spalování s vyšším přebytkem vzduchu a tím i nižší účinnost kotle).

Při každém náběhu hořáku dochází k nedokonalému spalování, tj. vzniku CH₄ a produkci CO do doby než se plamen hořáku stabilizuje.

Vysoká četnost zapínání hořáku kotle při jeho předimenzování (např. pro ohřev TV) a i nižší odběrný výkon otopné soustavy během roku vedou k tomu, že kotel bez vyrovnání zásobníku tepla pracuje přerušovaně, s nižší účinností a s vyšší koncentrací škodlivin ve spalinách (proto název knihy „Ekologický a energetický úsporný systém ……“).

Objem zásobníku tepla standardního zdroje se odvozuje tedy od četnosti zapínání kotle podle výkonu a průběhu výkonu v topném období.

Z výše uvedeného tedy soudím o navrhované kalkulačce, nabízené Ing. arch. F. Řehákem:

• je hodné ocenění, že se problematikou zaobírá,
• prezentovaný výpočet však nepostihuje problematiku v souvislostech, které jsou nutné,
• navržený výkon (12 kW) neodpovídá objemu akumulační nádoby (750 l)
• není uveden důležitý parametr teplotního spádu kotlového okruhu pro zajištění konstantního výkonu kotle,
• není zohledněna max. a min. teplota vody v otopné soustavě a průběh topné křivky a následně
• není zohledněn průběh četnosti výkonů v topném období.

Z toho všeho se dá následně stanovit:

• interval zapínání kotle během dne (i) a následně
• počet zapínání kotle během celého roku a následně
• doba provozu kotle v topném období a případně
• doba provozu kotle v kondenzačním režimu.

Jiná alternativa objemu zásobníku tepla k výkonu kotle může zajišťovat nižší četnost zapínání a delší provozní čas kotle. To je smyslem návrhu velikosti objemu ZT.

Autor Ing. arch. Filip Řehák k recenzi ještě doplnil:

V případě mnou navržené kalkulačky se nejedná o návrh AN za účelem provozování plynového kondenzačního kotle, jak p. Jelínek a jeho kniha popisuje, kde jednou z výhod je snížení počtu cyklů kotle.
Jedná se o návrh akumulační nádrže (AN) pro účely kotle na spalování biomasy a s tím související četnosti přikládky do kotle (např. 1x za 24h) při dané tepelné ztrátě domu (výkonu otopné soustavy) kterou zadám. V kalkulačce je použit parametr teplotního spádu kotlového okruhu obvyklý pro kotel na biomasu tj. 20 °C, např. 80/60 °C a je možno ho změnit.
Kalkulačka mi slouží pro orientaci se ve správném seřízení topných okruhů "odbornými firmami" u zákazníků využívajících AN s polyvalentními zdroji tepla (krb, el., solár).

Příklad:
odborná firma tvrdí že je vše správně, ale oběhové čerpadlo krbu není seřízeno (je na max.), je chybně řešeno směšování zpátečky do krbu, špatně nastaveny teploty na ŘJ, výsledek je že krb nenatápí AN optimálně.
Po seřízení průtoků a odstranění chyb se systém chová v souladu s vloženými i vypočtenými parametry dle kalkulačky.

Knihu p. doc. Jelínka jsem využil, neboť jsem nenalezl vhodnější literaturu, která by se danou problematikou zabývala. Kniha je napsána srozumitelně, i složitější schémata jsou dobře pochopitelná.
Bohužel neumím do kalkulačky zapojit sofistikovanější propočty na základě max. a min. teploty vody v otopné soustavě a průběh topné křivky ani četnost výkonů. Toto již leží mimo rámec mých znalostí.
Pokud by se p. doc. Jelínek či kdokoliv jiný byl ochoten zabývat vylepšením kalkulačky, potěšilo by mě to a rád mu ji poskytnu.

Dvě poznámky na závěr:

Doplnění doc. Ing. Vladimíra Jelínka, CSc.:

Trochu informací k historii
Na systému zásobníkových zdrojů jsem začal pracovat řádově před deseti lety, v reakci na značně drahé, tzv. nízkoteplotní plynové kotle s dvoustěnným, resp. třístěnným vzduchovým výměníkem zahraniční produkce, které měly zcela zcestné a nesmyslné konstrukce. Tyto kotle se doporučovaly i v začínajících energetických auditech a stála za nimi i řada odborníků. Měl jsem naivní představu, že je možné tato řešení trochu racionálněji nahradit. V roce 2001 jsem zpracoval řešení, která jsem nezištně nabízel firmám spolu s výpočtem, který zpracoval můj doktorand. Nakonec jsem na radu svého přítele vytvořil 4 užitné vzory, které jsem nabízel u nás i v zahraničí. V té době však navrhovanému systému nebylo přáno a tak jsem čekal až na rok 2007, kdy 2 užitné vzory odkoupila firma České teplo a u zbylých dvou se zbytečnou spekulací koupě nakonec neuskutečnila v důsledku finanční krize, kdy firmy nemohly investovat do vývoje. V roce 2008 jsem vydal zmiňovanou publikaci.

Doplnění redakce TZB-info:

Výpočty jsou vysoce navštěvovanou částí portálu TZB-info s proto další nové pomůcky vítáme, stejně tak jako názory na ně. Máte-li k tomuto výpočtu nějaký komentář nebo vylepšení, budeme rádi, pokud využijete možnost diskuse.