Co to jest bufor ciepła? Czy jest niezbędny w instalacji z pompą ciepła?

W instalacjach z pompami ciepła, zasobniki buforowe wody grzewczej pełnią podstawową funkcję tymczasowego wyrównywania różnic między dostarczaniem ciepła a zapotrzebowaniem na ciepło przez instalację grzewczą. W celu spełnienia wymagań związanych z wykorzystaniem zasobników buforowych w ogrzewaniu pomieszczeń, należy:

1. Wydłużyć czas pracy pompy ciepła w przypadku obciążenia częściowego, które wynika z różnicy między obciążeniem cieplnym budynku a mocą grzewczą pompy ciepła, szczególnie przy wysokich temperaturach zewnętrznych;
2. Zminimalizować liczbę włączeń/wyłączeń sprężarki pompy ciepła;
3. Buforować ciepło, aby umożliwić odszranianie parownika pompy ciepła;
4. Uzupełnić (dostarczyć ciepło) podczas planowanych przerw w dostawie energii elektrycznej w ramach specjalnych taryf elektrycznych;
5. Zapewnić hydrauliczne oddzielenie obiegu urządzenia grzewczego i obiegów odbiorników w celu zapewnienia minimalnego przepływu wody grzewczej wymaganego przez pompę ciepła;
6. Wykorzystać zasobniki buforowe w celu zarządzania energią przy użyciu wielu urządzeń grzewczych, takich jak instalacja solarna lub biwalentny sposób pracy (instalacja solarna, biwalentny sposób pracy).

Bufor ciepła jako sprzęgło hydrauliczne

Zbiornik buforowy często pełni rolę sprzęgła hydraulicznego, czyli urządzenia służącego do połączenia obiegu kotłowego i grzewczego. Dzięki niemu możliwe jest połączenie wielu urządzeń grzewczych, takich jak kocioł gazowy, kominek z płaszczem wodnym czy pompa ciepła, o różnych parametrach pracy, z kilkoma obiegami grzewczymi, włączając w to wytwarzanie ciepłej wody użytkowej, zasilanie grzejników konwekcyjnych czy ogrzewanie podłogowe, o różnych parametrach temperaturowych.

Schemat podłączenia pompy ciepła z buforem

Sprzęgło odpowiedzialne jest za zrównoważenie ciśnienia i przepływu wody pomiędzy pompą ciepła a instalacją grzewczą budynku. Bufor ciepła działający jako sprzęgło hydrauliczne podłączony jest do instalacji równolegle. Montuje się go pomiędzy pompą ciepła a odbiornikami (grzejniki, klimakonwektory, belki rozdzielaczowe ogrzewania podłogowego). 

Rysunek 1. Pompa ciepła połączona ze zbiornikiem buforowym w układzie sprzęgła.

Bufor do pompy ciepła jako sprzęgło hydrauliczne jest najczęściej wykorzystywany w przypadku układów mieszanych, ponieważ umożliwia zasilanie niezależnie regulowanych obiegów grzewczych. Również w instalacjach składających się z samych odbiorników płaszczyznowych sprzęgło może okazać się konieczne do zachowania odpowiednich przepływów w instalacji. Zbiornik buforowy może dodatkowo pełnić rolę magazynu ciepła potrzebnego do odladzania agregatu pompy ciepła. Podczas tego procesu czynnik chłodniczy płynie w przeciwnym kierunku niż w trybie grzania budynku. Powoduje to odbieranie części ciepła z instalacji grzewczej i przekazywanie go do wymiennika znajdującego się na zewnątrz. Aby zapobiec nadmiernemu wychładzaniu odbiorników, stosuje się bufor ciepła zainstalowany równolegle bądź szeregowo (na powrocie z instalacji grzewczej). W przypadku bufora zainstalowanego szeregowo, w odróżnieniu od instalacji równoległej, ciepła woda grzewcza przygotowana przez pompę zasila bezpośrednio odbiorniki centralnego ogrzewania. Nie ma więc konieczności stosowania dodatkowej pompy obiegowej, która wymuszałaby przepływ czynnika. Bufor pompy ciepła w tym układzie zasilany jest wodą powracającą z odbiorników i może służyć jako magazyn energii potrzebnej do odladzania agregatu. Pozwala to na odszronienie wymiennika przy jednoczesnym zachowaniu komfortu cieplnego w pomieszczeniach. Bufor ciepła w układzie szeregowym nie zapewnia jednak zrównoważenia hydraulicznego instalacji ani nie stanowi magazynu energii na potrzeby odbiorników instalacji centralnego ogrzewania.

Rysunek 2. Pompa ciepła połączona ze zbiornikiem buforowym w układzie sprzęgła z bypassem za zbiornikiem.

Jaka powinna być optymalna wielkość zbiornika buforowego?

Podsumowując dwa sposoby podłączenia bufora do pompy ciepła, warto zaznaczyć, że sprzęgło jest bezpiecznym rozwiązaniem dla instalacji modernizowanych oraz instalacji o nieznanych oporach, ale w wyniku mieszania się w nim strumienia czynnika ogrzanego w pompie ciepła i ochłodzonego strumienia powracającego z instalacji odbiorników wystąpi w nim strata temperaturowa. To wiąże się z wyższymi kosztami eksploatacji. Bufor ciepła zainstalowany na powrocie eliminuje zjawisko podmieszania, niwelując przy tym straty energii. Instalując jednak bufor w ten sposób, należy precyzyjnie określić opory hydrauliczne instalacji, aby mieć pewność, że pompa obiegowa urządzenia będzie w stanie je pokonać.

Wielkość bufora ciepła zależy od tego, jakie funkcje w instalacji będzie spełniać. Dokładny dobór oparty musi być na różnych warunkach brzegowych:

1. pojemność cieplna budynku,
2. moc ładowania zasobnika buforowego,
3. moc rozładowania zasobnika buforowego,
4. temperatura zewnętrzna,
5. instalacja odbioru ciepła,
6. dopuszczalny spadek temperatury wewnętrznej,
7. średnia nadwyżka temperatury grzejników lub ogrzewania płaszczyznowego,
8. minimalny czas pracy pompy ciepła zapewniający bezawaryjną eksploatację,
9. rezerwa ciepła potrzebna do przeprowadzenia odszraniania.

Ważne jest, aby zapoznać się z wymaganiami producenta pompy ciepła, dotyczącymi minimalnego zładu wody oraz zalecanego przepływu przez instalację. Odpowiednio dobrana objętość bufora ciepła pozwoli na zoptymalizowanie pracy sprężarki, zachowanie odpowiedniego zładu i przepływu oraz stworzenie magazynu energii cieplnej na potrzeby grzania budynku. Cała gama buforów dostępna jest w ofercie Panasonic.

Rysunek3. Zbiorniki buforowe Panasonic

Bufor do pompy ciepła

Bufor ciepła w instalacjach z pompą ciepła spełnia funkcję tymczasowego wyrównywania różnic między dostarczaniem ciepła a zapotrzebowaniem na ciepło. Jest niezbędny w instalacjach z pompą ciepła, ponieważ pozwala wydłużyć czas pracy pompy ciepła w przypadku obciążenia częściowego, umożliwia odszranianie parownika, zapewnia hydrauliczne oddzielenie obiegu urządzenia grzewczego i obiegów odbiorników oraz może służyć do zarządzania energią przy użyciu wielu urządzeń grzewczych. Bufor ciepła często pełni również rolę sprzęgła hydraulicznego, pozwalając na połączenie wielu urządzeń grzewczych, o różnych parametrach pracy, z kilkoma obiegami grzewczymi. Bufor jest szczególnie przydatny w przypadku instalacji mieszanych i pozwala na zachowanie odpowiednich przepływów w instalacji.