Instalacja CO i CWU z kolektorem słonecznym i kominkiem

[d.baczek]

W artykule tym przedstawiono trzy przykładowe rozwiązania systemu centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej z wykorzystaniem kolektora słonecznego, kotła na paliwo stałe (w tym przypadku kominka) i kotła gazowego.

1. Układ z zasobnikiem CWU i zbiornikiem buforowym CO ładowanym warstwowo.

Bufor CO jest ładowany za pomocą dwóch źródeł ciepła: kolektora słonecznego i kominka z wymiennikiem dymowym. Bufor posiada dwie wężownice: górną i dolną, może więc być ładowany w tzw. sposób warstwowy. Oznacza to, że jeżeli medium grzewcze (roztwór glikolowy) ma wysoką temperaturę, bufor jest ładowany przez górną wężownicę, aby zgromadzić jak najwięcej gorącej wody w jego górnej części. Jeżeli roztwór glikolowy nie ma wystarczająco wysokiej temperatury, aby zasilać górną wężownicę (ale wciąż wyższą, niż temperatura dolnych partii bufora), zbiornik ładowany jest przez dolną wężownicę. Powoduje to maksymalne wykorzystanie energii dostępnej ze wspomnianych źródeł ciepła. Układ sterowania tak zarządza pracą pomp, aby starać się w pierwszej kolejności dogrzać górną część zbiornika buforowego do żądanej temperatury.

Jak wspomniano, w obiegu kolektora słonecznego i wężownic zbiornika buforowego krąży roztwór glikolowy. W obiegu kominka krąży zaś woda, stąd też konieczność połączenia obydwu obiegów za pomocą wymiennika płytowego. Obieg kominka można zrealizować jako otwarty (rozwiązanie klasyczne), można również zastosować obieg zamknięty, zgodnie z Polską Normą PN-EN303-5. Obieg zamknięty jest bardziej efektywny energetycznie, jednak aby go stosować należy odpowiednio zabezpieczyć układ: konieczne jest zastosowanie naczynia wzbiorczego przeponowego, zaworu bezpieczeństwa oraz specjalnego termostatycznego zaworu spustowego. Więcej informacji o zabezpieczeniach kotłów na paliwo stałe można znaleźć w artykule "zabezpieczenie instalacji grzewczej przed zagotowaniem (zabezpieczenie termiczne)"

Z bufora zasilana jest instalacja CO oraz ogrzewany jest zasobnik CWU. Jeżeli woda w górnej części bufora ma odpowiednio wysoką temperaturę, instalacja CO lub zasobnik CWU mogą być zasilane z bufora bezpośrednio. Jeżeli temperatura wody w górnej części bufora nie jest odpowiednio wysoka, wówczas woda zasilająca CO lub zasobnik CWU jest dodatkowo dogrzewana przez kocioł gazowy. O tym, czy wodę należy dodatkowo dogrzewać, decyduje termostat przylgowy TP1, montowany na rurze zasilania z bufora. Nastawa tego termostatu powinna być o około 10ºC niższa, niż nastawa temperatury kotła gazowego. Przykładowo, jeżeli temperatura na kotle gazowym nastawiona jest na wartość 70ºC, to na termostacie przylgowym powinno być nastawione 60ºC. Wówczas, gdy temperatura wody z bufora będzie niższa niż 60ºC, woda będzie dodatkowo dogrzewana przez kocioł gazowy (zawór Z2 zostanie przestawiony na przepływ w kierunku AB-B). Jeżeli zaś temperatura wody w buforze będzie większa niż 60ºC, woda grzewcza będzie "omijać" kocioł gazowy (zawór Z2 w położeniu AB-A). Zamiast termostatu przylgowego można zastosować termostat zanurzeniowy, zamontowany w możliwie najwyższym punkcie bufora CO.

Gorąca woda kotłowa służy do ogrzewania zasobnika CWU lub zasilania instalacji CO. W danej chwili może być aktywna tylko jedna z tych funkcji. Zasobnik CWU ma zwykle priorytet nad instalacją CO, więc gdy jednocześnie pojawi się żądanie grzania CWU i CO, to w pierwszej kolejności zostanie dogrzany zasobnik CWU. To, czy w danej chwili zasilany jest obieg CO czy CWU, uzależnione jest od położenia zaworu Z3. System pozwala zaprogramować dwa przedziały czasowe w ciągu doby, w których może być ogrzewany zasobnik CWU. Poza tymi przedziałami ogrzewanie CWU jest blokowane.

Schemat elektryczny instalacji przedstawiono poniżej:

"Sercem" układu jest sterownik IB-Tron 4000SOL, zarządzający większością realizowanych funkcji. Jako termostat pokojowy zastosowano sterownik IB-Tron 3100HT. Oczywiście termostatów może być więcej, ponadto stosować można sterowanie pogodowe, ogrzewanie nisko i wysokotemperaturowe itp, w zależności od projektowanej inwestycji. Tutaj zastosowano tylko jeden termostat dla zobrazowania samej idei działania.

Sterownik IB-Tron 4000SOL pracuje w konfiguracji z dwoma źródłami ciepła i dwoma zbiornikami, choć w przedstawionym układzie rolę "dwóch zbiorników" pełni tak naprawdę jeden zbiornik buforowy CO, podzielony na dwie sekcje (dla ładowania warstwowego). Czujnik T6 wykorzystany jest w zasobniku CWU i na podstawie jego wskazań uruchamiane jest wyjście H2. Wyjście to steruje zaworem Z3 i uruchamia pompę P4 lub kocioł gazowy. Ważne jest, aby temperatura nastawiona dla zasobnika CWU nie była wyższa, niż temperatura nastawiona na termostacie przylgowym TP1. W przeciwnym wypadku zasobnik może nie być dogrzewany do nastawionej temperatury.

Ponadto na schemacie zaznaczone jest podłączenie elementów wykonawczych (pomp, zaworów), a także dodatkowe przekaźniki, niezbędne do prawidłowego sterowania układem.

2. Układ z zasobnikiem CWU i zbiornikiem buforowym CO z funkcją przeładowywania ciepła.

W przedstawionym układzie źródła ciepła są identyczne, jak w przykładzie nr 1. Mogą one zasilać dolną wężownicę zasobnika CWU lub wężownicę zbiornika buforowego CO. To, czy w danej chwili ładowany jest zbiornik CO czy CWU, uzależnione jest od położenia zaworu Z3. Priorytetowo ładowany jest zasobnik CWU.

Układ posiada bardzo pożyteczną funkcję przeładowywania ciepła pomiędzy zbiornikami. Przykładowo, jeżeli w ciągu dnia zostały nagrzane oba zbiorniki a wieczorem mieszkańcy zużyli całą ciepłą wodę użytkową, to ciepło może zostać przeładowane ze zbiornika buforowego CO do zasobnika CWU za pomocą pompy P3. Gdy pracuje pompa P3 blokowane jest jednocześnie dogrzewanie zasobnika CWU za pomocą kotła gazowego.

Podobnie jak w przykładzie nr 1, woda zasilająca instalację CO może być pobierana bezpośrednio ze zbiornika buforowego lub dodatkowo dogrzewana przez kocioł gazowy.

Zaletą układu jest również możliwość jednoczesnego przepompowywania ciepła między zbiornikami (pompa P3) i zasilania instalacji CO. Instalacje CO nie może być jedynie zasilana w sytuacji, gdy woda w zasobniku CWU jest zimna i nie ma zgromadzonego ciepła w buforze CO - wówczas kocioł gazowy ogrzewa zasobnik CWU (zawór Z3 w położeniu AB-B).

Schemat elektryczny instalacji przedstawiono poniżej:

Instalacja elektryczna nieznacznie różni się od tej z przykładu nr 1. Dodana została pompa przeładowująca P3, inaczej są również umieszczone czujniki w zbiornikach. Dogrzewaniem zasobnika CWU przez kocioł gazowy steruje teraz wyjście H1 na podstawie wskazań czujnika T3.


3. Układ z zasobnikiem CWU i basenem.

Ten układ przeznaczony jest dla użytkowników, którzy nie wykorzystują kolektorów słonecznych do wspomagania CO. Instalacje solarnego ogrzewania CWU projektowane są zwykle na pełne naładowanie zasobnika CWU w okresach przejściowych (wiosna, jesień). Zimą, z uwagi na krótki dzień, zwykle trzeba dodatkowo dogrzewać zasobnik CWU. Latem zaś zasobnik zostaje szybko naładowany do temperatury maksymalnej, a kolektory wciąż wytwarzają energię. Użytkownicy posiadający basen lub inny duży zbiornik wody użytkowej mogą wykorzystać nadmiar energii właśnie do jego dogrzewania. W tym rozwiązaniu również priorytetowo jest ładowany zasobnik CWU a basen jest dogrzewany nadmiarem energii. Pompa basenowa P4 może pracować tylko gdy sterownik chce ogrzewać basen, lub przez cały czas, w celu filtracji wody.

W zimie, gdy kolektory nie są w stanie całkowicie naładować zasobnika CWU, zasobnik może być dodatkowo dogrzewany przez kocioł gazowy.

Schemat elektryczny instalacji przedstawiono poniżej:

Gdy jest żądanie dogrzewania zasobnika CWU, sterownik przełącza zawór Z2 w położenie AB-B i uruchamia piec gazowy. Dogrzewanie CWU ma wyższy priorytet, niż zasilanie instalacji CO. W przeciwieństwie do instalacji z przykładu 1 i przykładu 2, zastosowany termostat pokojowy posiada bezpotencjałowe wyjście zwierne do bezpośredniego sterowania kotłem gazowym. Jeżeli termostat posiadałby wyjście napięciowe, należałoby dodać jeszcze jeden przekaźnik.

Uwaga! Wszystkie schematy hydrauliczne mają charakter poglądowy. Elementy takie jak filtry, odpowietrzniki, zawory bezpieczeństwa, manometry, wskaźniki przepływu itp nie zostały naniesione z uwagi na fakt, że konieczność ich umieszczenia oraz miejsce umieszczenia musi być dobrane indywidualnie dla każdej instalacji.