Zasada działania zbiornika buforowego

Zasada działania akumulatora ciepła opiera się na wykorzystaniu wysokiej pojemności cieplnej wody. Na przykład 1 litr wody, który schłodzi się o 1°C, może podgrzać 1 m³ powietrza o 4°C.

Zadaniem zbiornika akumulatora ciepła jest zebranie i przechowanie ciepła do późniejszego wykorzystania w systemie grzewczym lub ciepłej wody użytkowej. Zbiornik akumulatora ciepła stosuje się w systemach, w których nie pokrywają się szczyty generowania ciepła z szczytami zapotrzebowania na ciepło. Ponadto zbiornik może być zainstalowany w systemie, w którym występuje długotrwałe ogrzewanie przez źródło o niskiej mocy oraz szybkie schładzanie przez odbiorcę o wysokiej mocy.

Zbiorniki akumulatorów ciepła instalowane są:

razem z kotłem na paliwa stałe, który wytwarza ciepło podczas rozpalania, a zgromadzone i przechowane w zbiorniku ciepło może być wykorzystywane przez całą dobę.
razem z pompą ciepła, aby wytwarzać ciepło w nocy przy niskiej taryfie, lub w ciepły słoneczny dzień i przechowywać ciepło do wykorzystania w nocy lub wieczorem.
razem z kolektorem słonecznym, aby przechować ciepło zgromadzone w ciągu słonecznego dnia i później wykorzystać je wieczorem.

Gorąca woda jest lżejsza od zimnej, dlatego w górnej części zbiornika zawsze przechowywana jest najgorętsza woda, a w dolnej części zbiornika – zimniejsza woda.

Z tego powodu źródła energii o niskiej temperaturze (pompa ciepła i kolektor słoneczny) zazwyczaj podłącza się do dolnych przyłączy akumulatora ciepła, a do górnych – źródła ciepła o wysokiej temperaturze (kocioł gazowy, elektryczny lub na paliwa stałe).

Często zbiorniki akumulacyjne ciepła stosuje się w układach bivalentnych z dwoma źródłami ciepła. W takich systemach źródło ciepła o niskiej temperaturze jest używane jako główne, a źródło ciepła o wysokiej temperaturze jako rezerwowe i do pokrywania dużych obciążeń szczytowych.

Na przykładzie systemu grzewczego, użycie układu z dwoma źródłami ciepła może zapewnić tryb pracy, w którym przez 60-70% czasu sezonu grzewczego wykorzystywane jest wyłącznie ciepło uzyskane z pompy ciepła, a w najzimniejsze dni (kiedy moc pompy ciepła jest niewystarczająca) dodatkowo uruchamiany jest kocioł gazowy lub na paliwa stałe. Praca takiego systemu jest pokazana na przedstawionej animacji.

Pompa ciepła jest podłączona do dolnej części zbiornika akumulatora ciepła. Po włączeniu, pompa ciepła pobiera zimną wodę z dolnego przyłącza zbiornika i podaje ciepłą wodę do środkowego przyłącza zbiornika. Ciepła woda jest lżejsza od zimnej, więc po dostaniu się do środkowej części zbiornika, woda ciepła unosi się do górnej części zbiornika. W ten sposób wewnątrz zbiornika tworzy się ruch ciepłej wody w górę, a zimnej w dół.

Po osiągnięciu przez temperaturę w zbiorniku ustawionej wartości – automatyka ma wyłączyć pompę ciepła i przełączyć ją w tryb oczekiwania.

Izolacja termiczna zbiornika pozwala utrzymać wodę gorącą przez kilka godzin, a nawet całą dobę, dlatego ciepło uzyskane wieczorem można wykorzystać przez całą noc lub tylko rano. W momencie pobierania ciepła mamy pełny zbiornik gorącej wody.

Rura powrotna systemu grzewczego jest podłączona do dolnego przyłącza zbiornika, a rura zasilająca – do górnego. Automatyka sterująca systemem grzewczym mierzy temperaturę w pomieszczeniu i w przypadku jej spadku w stosunku do ustawionej wartości – automatyka włącza pompę, która ładuje do dolnej części zbiornika zimną wodę, co powoduje wypchnięcie gorącej wody z górnej części zbiornika do rury zasilającej system grzewczy.

Gdy temperatura wody w systemie grzewczym osiągnie ustawioną wartość – pompa obiegowa systemu grzewczego otrzymuje sygnał do wyłączenia.

Gdy temperatura wody w zbiorniku spadnie poniżej ustawionej wartości – pompa ciepła otrzymuje sygnał do włączenia.

W przypadku gdy moc pompy ciepła jest niewystarczająca do podgrzania zbiornika do wymaganej temperatury – automatyka włączy kocioł gazowy.

Czas pracy systemu grzewczego na zgromadzonym cieple zależy od mocy systemu oraz objętości zbiornika. Dlatego przy wyborze akumulatora ciepła należy określić, które z warunków ma największy priorytet: zapewnienie ciepła systemowi o określonej mocy przez określony czas, czy też zapewnienie akumulacji ciepła z określonego źródła mocy przez określony czas.