Akumulační zásobník.

Jak jednoduše postavit stratifikační zásobník topné vody.

Jednou z věcí, se kterou jsem v našem domě opravdu spokojen je akumulační nádrž. Skutečně funguje jako stratifikační zásobník a zvyšuje komfort topení.

Stratifikační zásobník je nádrž, kde se ukládá teplá voda ve vrstvách tak, že u hladiny je voda nejteplejší a u dna nejstudenější. V tomto stavu voda setrvává v každé nádrži, protože se s rostoucí teplotou roztahuje a je tedy lehčí a plave na studenějších vrstvách. Problém nastává, pokud z nádrže chcete vodu odebírat a nebo ji do nádrže přidávat, protože proud vody nádrž rozmíchá.
Aby se tomu zabránilo je potřeba přivádět a odebírat vodu malou rychlostí a pokud možno ji dopravit do správné teplotní vrstvy.

Promíchání vody je nežádoucí, protože pokud například potřebujete vodu o teplotě 50 stupňů, tak je rozdíl jestli musíte natopit na tuto teplotu celou nádrž a nebo jen vrchní vrstvu vody. Vrchní vrstva se ohřeje v řádu minut, ale ohřát celou nádrž trvá hodiny.

A nebo pokud je v celé nádrži voda o teplotě 50 stupňů a odebíráte ji, tak při správně fungující stratifikační nádrži je v horní části stále k dispozici voda o teplotě 50 stupňů, a pouze směrem ode dna přibývá vracející se studená voda. Proto je možné odebrat prakticky celý objem nádrže vody 50 stupňů teplé. Pokud by se voda v nádrži promíchávala s vracející se studenou, tak s odebraným množstvím teplota klesá a vody o teplotě 50 stupňů jde odebrat jen zlomek celkového objemu.

Pří návrhu domu jsem se rozhodl takovou nádrž postavit.

Vlastní nádobu jsem získal ze zrušené továrny. Je z nerezu o síle 4 mm a tak doufám, že mne přežije. Má objem okolo 4500 l a proto se osazovala jeřábem ještě před realizací stropů.
Nádrž má tvar válce o průměru 160 cm, dno je kuželové s odtokem v nejnižším místě. Horní strana nádrže se částečně odklápí a proto není tlaková.

Protože je náš dům ostrovní, tak jsem chtěl, aby kotel z bezpečnostních důvodů mohl pracovat i bez elektrického proudu. Proto je kotel s nádobou spojen samotížně nerezovými trubkami o velkém průměru.

Aby nádoba pracovala jako stratifikační je třeba do nádoby vložit systém, který to umožní. Na internetu jsem se setkal se dvěma principy řešení:

U velkých nádob se umístí do různých výšek řada ventilů a ty se potom otevírají podle potřeby. Tento způsob na mne byl příliš složitý.

Druhou možností je umístit do nádoby svislé potrubí, do kterého se přivádí voda a ta sama podle své váhy proudí do příslušné vrstvy nádoby. Je zase několik způsobů, jak se voda z trubky ve své vrstvě dostane.

Já zvolil nejjednodušší možné řešení, které jsem viděl vyfocené na internetu. Svislou trubku jsem sestavil z řady plastových T kusů používaných na kanalizaci. Ze svislé trubky jdou tak pravidelně odbočky do jednotlivých vrstev zásobníku. Neřešil jsem žádné zpětné klapky, jen jsem trubku umístil od hladiny ke dnu a do trubky zaústil všechny přívody u kterých jsem předpokládal potřebu vody stratifikovat.

Do stratifikační trubky jsem neumístil přívod od kotle, protože při samotížném provozu se voda v kotli vždy ohřeje tak, aby zůstávala v horní vrstvě nádoby.

Myslím, že je vše dobře vidět na schematu.

Do nádoby jsem ve skutečnosti zaústil vývodů daleko víc, abych měl i v budoucnosti možnost cokoliv napojit. Všechny vývody jsem zakončil kulovými ventily. Zároveň jsem do nádoby u dna, hladiny a ve třech úrovních mezi tím umístil zaslepené trubičky na tepelná čidla, aby se dal sledovat průběh teplot.

Nyní již stačilo nádobu obestavět příčkou z ytongu a prostor okolo ní pečlivě vyplnit minerální vatou a doufat, že bude pracovat jak má.

Ještě bych rád podotkl, že topný had na ohřev teplé vody v té podobě jak jsem ho realizoval není ideální, protože ochlazená voda okolo trubky se nedokáže dostat do své chladnější vrstvy, ale ochladí vodu v horní vrstvě. Čistější řešení by bylo ohřívat vodu ve výměníku vně nádoby a ochlazenou vodu zavést do stratifikační trubky. Průtočný had byl jednodužší a množství teplé vody není tak velké, aby zásadně ovlivnilo celý zásobník.

Ještě plánuji připojit solární ohřev od vakuových trubicových kolektorů - výměník je již ve schematu zakreslen. Původně uvažovaný výměník ohřívaný výfukovými plyny od elektrocentrály jsem zkoušel, ale zavrhl především pro jeho zanášení kondenzátem a sazemi.

Od napsání první části textu uplynul více jak rok a v systému topení jsem mezitím provedl několik zásadních změn:

Největší změnou je připojení dvou solárních trubicových vakuových kolektorů. Připojil jsem je na začátku loňského léta a mám již proto roční zkušenost s provozem včetně zimy.

Oproti původnímu plánu jsem kolektory připojil systémem "drain back". To v praxi znamená, že pokud stoupne teplota v kolektorech nad zadanou teplotu, tak se sepne čerpadlo, které začne čerpat vodu ze stratifikační nádoby do kolektorů na střeše. Čerpadlo pracuje dokud teplota vody odcházející z kolektorů neklesne pod nastanenou vypínací teplotu. Potom se čerpadlo vypne a voda z kolektorů samospádem odteče zpět do nádoby a čerpadlo čeká do dalšího zvýšení teploty.

Pokud tedy nesvítí slunce jsou kolektory suché. Není třeba nemrznoucí směs, odpadá výměník a tlaková nádoba a vše je podstatně jednodušší.

Do okruhu kolektorů je potřeba vložit zavzdušňovací nádrž, ze které se při vypouštění vody nasává vzduch a při napouštění se okruh přes ní odvzdušňuje. Průtok vody při vypouštění z kolektorů (čerpadlo se vypnulo) jsem omezil škrtícím ventilem, aby nerozmíchával vodu v nádrži. Dále jsem přiškrtil průtok vody při čerpání tak, aby kolektory stačily vodu ohřát a čerpadlo pokud svítí sluníčko se příliš nevypínalo.

Já mám nastavenou spínací teplotu na 70ti stupních a vypínací okolo 50ti. Čerpadlo nepracuje nepřetržitě, ale jen periodicky. Výhodou je, že z kolektorů jde vždy voda teplejší než 50 stupňů a proto natápí vždy nejvyšší vrstvu nádrže a její teplota je dostatečná na ohřev teplé vody v domácnosti. Původně jsem ještě uvažoval o řízení průtoku čerpadla podle teplot, ale zůstal jsem u popsaného systému, protože funguje.

Kolektory zcela postačují natápět nádobu po celé období mimo topnou sezonu. V zimě také trochu přihřívají, ale jejich význam v porovnání s kotlem je jen okrajový.

Při realizaci jsem narazil na dva zásadní problémy:
Prvním bylo zjištění, že u jednoho kolektoru jsou napojení vody z horizontální trubky u horního okraje a trubka je i po vypuštění více jak z poloviny plná. Proto jsem z obavy z poškození ledem vývod na jedné straně převrtal do spodní části trubky, aby všechna voda odtekla.

Druhým problémem bylo použití nerezového husího krku na celé rozvody. Při napouštění a vypouštění v záhybech trubek zůstávaly vzduchové bubliny a ty měly takový odpor proti průtoku, že systém prakticky nefungoval. Řešením bylo nahrazení husích krků měděnými letovanými trubkami. Nebezpečí rozletování vysokou teplotou v systému v mém přípedě nehrozí, protože systém je beztlakový, takže voda může mít max. 100 stupňů a přehřátí celé nádoby je prakticky nemožné, což roční provoz potvrdil.