Czy warto instalować bufor ciepła w instalacji grzewczej budynku jednorodzinnego?

Bufory ciepła cieszą się coraz większym zainteresowaniem, ponieważ w dobie wysokich cen energii właściciele domów jednorodzinnych poszukują różnych sposobów na zmniejszenie rachunków za ogrzewanie, nie chcąc przy tym zbytnio obniżać temperatury w pomieszczeniach. Jednak bufory budzą spore kontrowersje, ponieważ wymagają miejsca na zainstalowanie oraz poniesienia kosztów, natomiast odpowiedź na pytanie, w jakich sytuacjach powinny zostać zainstalowane a w jakich nie będzie to wymagane, nie jest oczywista.

Czym jest bufor ciepła w systemie grzewczym?

Bufor ciepła (zbiornik akumulacyjny) to urządzenie przeznaczone do przechowywania nadmiaru energii cieplnej, wyprodukowanej przez system grzewczy w budynku, a następnie oddawania jej do instalacji podczas zwiększonego zapotrzebowania na ciepło. Bufor ciepła to dobrze zaizolowany zbiornik wody, wyglądem przypominający standardowy zasobnik ciepłej wody użytkowej (bojler), jednak w odróżnieniu od niego jest zasilany wodą płynącą w instalacji, czyli wodą kotłową. Stanowi przykład magazynu ciepła, który warto zastosować w systemie grzewczym. Zbiorniki akumulacyjne przechowują nadmiar energii, wytwarzanej przez pompy ciepła czy kotły grzewcze, którego nie są w stanie wykorzystać grzejniki ścienne czy ogrzewanie podłogowe, Sytuacja taka ma miejsce głównie w okresach przejściowych (późna jesień, wczesna wiosna), gdy temperatura na zewnątrz jest zbyt niska, aby całkowicie wyłączyć ogrzewanie, natomiast w ciągu dnia wnętrze domu nagrzewa się od promieni słonecznych. Bardzo często występuje to w budynkach niskoenergetycznych i pasywnych. Można powiedzieć, że bufory ciepła stabilizują pracę systemów grzewczych, pełniąc podobną rolę, co akumulator w instalacji elektrycznej samochodu. Bufory ciepła to przeważnie montowane pionowo (wiszące) zbiorniki walcowe o pojemnościach od 40 do 2000 l, napełniane wodą o temperaturze do 85°C. Wykonywane są ze stali, ocieplane i umieszczane w pokrowcach ze skaju oraz wyposażane w termometry. Istnieją modele z grzałką elektryczną, przeznaczone dla domów, których właściciele posiadają umowę z dwustrefową taryfą na prąd (G12, G12w). Produkowane są także zbiorniki w kształcie prostopadłościanu (stojące), które mogą być montowane poziomo. Ich zaletą jest bardziej kompaktowa konstrukcja – zajmują mniej miejsca. Istotną cechą buforów jest warstwowy układ wody. Ciepła woda, jako znacznie lżejsza od zimnej, znajduje się na samej górze zbiornika. Dlatego aby wykorzystać ciepłą wodę nie trzeba ogrzewać całej wody wypełniającej bufor, co przynosi znaczne oszczędności energii. Obecnie ceny tych urządzeń wahają się od ok. 600 zł za zbiornik 40 l do ponad 30 000 zł za zbiornik 2000 l, wykonany ze stali nierdzewno-kwasoodpornej. Warto zaznaczyć, że trzeba zakupić nie tylko sam bufor, ale także i jego osprzęt, czyli grupę pompową ładującą wodę, z zaworem mieszającym (kilkaset – kilka tys. zł). Rozwiązaniem specjalnym są bufory kombinowane, czyli 2w1. Stanowią one połączenie zbiornika ciepłej wody, wykorzystywanej w systemie centralnego ogrzewania, z bojlerem do ciepłej wody użytkowej. Pozwalają zaoszczędzić sporo miejsca w kotłowni oraz uprościć instalację hydrauliczną w domu.

Bufory ciepła w różnych systemach grzewczych

Moc kotłów czy pomp ciepła jest dobierana pod względem ich pracy w warunkach zimowych. Natomiast w okresach przejściowych okazuje się ona zbyt wysoka w stosunku do zapotrzebowania budynku na ciepło. I wówczas mogą pojawić się problemy. Gdy temperatura na zewnątrz wynosi kilka stopni C i świeci słońce, wnętrze domu szybko się nagrzewa, jednak kocioł dalej pracuje, zużywa cenne paliwo i wytwarza ciepło, które jednak nie płynie do grzejników, bo uniemożliwiają to termostaty. Dlatego sterownik kotła zmniejsza jego moc, doprowadzając do częstego włączania i włączania (nawet kilkadziesiąt cykli dziennie) – tzw. zjawiska taktowania. Jednak bufory ciepła mogą temu zaradzić. Pozwalają na zmagazynowanie całej nadmiarowej energii wyprodukowanej przez kocioł oraz wykorzystanie jej wieczorem, co przyniesie oszczędności na paliwie.

Zbiorniki akumulacyjne usprawniają działanie różnych systemów grzewczych, takich jak:

Systemy z kotłem gazowym. W okresach przejściowych kocioł będzie bardzo często włączać i wyłączać, co jest to bardzo szkodliwe dla jego armatury. Bufor ciepła pozwala na wyeliminowanie taktowania.
Systemy z kotłem na paliwo stałe. Bufory ciepła są najbardziej efektywne w systemach z kotłem na ekogroszek lub zgazowującym drewno, ale sprawdzają się także w przypadku urządzeń na pellet, eliminując taktowanie. Z kolei w przypadków kotłów z ręcznym zasypem paliwa (węgla) bufory są od kilku lat obowiązkowym wyposażeniem kotłowni.
Systemy z pompą ciepła. W słoneczny dzień urządzenie to nie musi produkować tyle ciepła, co wieczorem, może za to być zasilane darmową energią z instalacji fotowoltaicznej lub tańszą z sieci w godzinach pozaszczytowych (taryfa G12). Dlatego pompa może wtedy wyprodukować ciepło, która zostanie przechowana w buforze i wykorzystane wieczorem lub w nocy. W tych okresach tym pompy bez bufora zużywają znacznie więcej prądu, dlatego wykorzystanie ciepła, wyprodukowanego za darmo lub taniej w dzień, znacznie zmniejszy rachunki za energię elektryczną. Pompy ciepła pracują stabilniej przy dużej ilości wody w instalacji. Bufor w układzie z pompą ciepła zapewnia odpowiedni tzw. zład wody w instalacji (objętość wody w obiegu C.O.), czyli właściwą ilość wody dla mocy danej pompy. Ponadto zbiornik zapewnia odpowiedni przepływ, co jest bardzo ważne w systemach z pompą ciepła. Pompy zasilające instalacje C.O. z grzejnikami wymagają bufora głównie z 2 powodów: małej objętości wody w instalacji oraz niewielkiej bezwładności cieplnej grzejników (szybkiego nagrzewania i stygnięcia). W takich sytuacjach bez bufora wystąpiłoby zjawisko taktowania z częstym uruchamianiem i wyłączaniem sprężarki pompy, ponieważ sterownik otrzymywałby informacje z czujnika temperatury wody zasilającej, że instalacja szybko się nagrzewa lub stygnie. Dodatkowo bufor podczas mrozów umożliwia odszranianie parownika pompy ciepła.
Systemy mieszane, w których występuje kilka obiegów grzewczych: grzejniki, podłogówka, ogrzewanie ścienne i sufitowe. W takich układach bufor ciepła działa, jako sprzęgło hydrauliczne – umożliwia zasilanie niezależnie regulowanych obiegów, ponieważ inne przepływy wody występują w układzie grzejnikowym, inne w ogrzewaniu podłogowym, a jeszcze inne w samej pompie ciepła. Bufor umożliwia dostarczanie wody o odpowiedniej temperaturach do różnych stref grzewczych, takich jak ogrzewanie podłogowe (30-40°C) i grzejniki (45-60°C).
Układy hybrydowe, zawierające pompę ciepła oraz źródło wykorzystujące energię nieodnawialną, takie jak np. kocioł gazowy. Bufor pełni w nich rolę sprzęgła hydraulicznego łączącego obydwa źródła ciepła o różnej mocy. Kocioł o bardzo dużej mocy grzewczej stosunkowo szybko podgrzewa wodę, z kolei pompa będzie utrzymywać jej temperaturę.

Zalety i wady buforów ciepła w domach jednorodzinnych

Do zalet tych zbiorników należą:

Zmniejszenie kosztów ogrzewania budynków.
Wydłużenie cykli pracy urządzeń grzewczych, szczególnie pomp ciepła i kotłów gazowych. Ograniczenie zjawiska taktowania przekłada się na wydłużenie trwałości tych urządzeń.
Możliwość efektywniejszego wykorzystywania energii pochodzącej z paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych.
Umożliwienie połączenia starej, otwartej instalacji grzewczej z nową - zamkniętą.
Możliwość uzyskania dotacji z programów rządowych do zakupu i zainstalowania.

Niestety bufory posiadają również swoje minusy:

Nie mogą być zainstalowane w każdym budynku. Projekty współczesnych małych domów energooszczędnych nie uwzględniają kotłowni, zaś zbiorniki zajmują dużo miejsca, które w takich budynkach trudno wygospodarować.
Spore koszty początkowe inwestycji. Oprócz samego bufora ciepła trzeba zainstalować jego osprzęt.

Dobór bufora ciepła do systemu grzewczego

Podstawowe kryteria to:

Zapotrzebowanie budynku na ciepło. Zazwyczaj w domach jednorodzinnych instaluje się bufory na 300–1000 l wody. W niektórych przypadkach wystarczy bufor o pojemności zaledwie 40 l. W systemach z pompą ciepła eksperci zalecają stosowanie zbiorników o pojemności górnej warstwy podgrzewacza minimum 50 l na jednego mieszkańca domu.
Moc zainstalowanego kotła. Zgodnie z EN 303-5, na 1 kW mocy cieplnej kotła powinno przypadać 50 l objętości zbiornika, czyli np. dla kotła 20 kW dobiera się bufor o pojemności 1000 l.
Wielkość kotłowni. Zbiornik akumulacyjny o pojemności 1000 l to walec o wysokość 2,20 m i średnicy 80 cm. Może się on nie pomieścić w mniejszych kotłowniach. Dlatego popularność zyskały bufory o pojemnościach 500, 600 lub 800 l
Objętość wody w instalacji grzewczej. W przypadku nowoczesnego systemu o małym zładzie wody, bufor może być nieco mniejszy, dla starszych instalacji zalecane są większe.
Rodzaj paliwa – w przypadku mało kalorycznych jeden zasyp może nie wystarczyć do nagrzania wody do wymaganej temperatury.

Podsumowanie

Odpowiedź na tytułowe pytanie nie jest do końca jednoznaczna. Wszystko zależy od danego budynku – jego powierzchni, izolacji termicznej – oraz źródła ciepła i systemu grzewczego. Przeważnie inwestycja w bufor ciepła przynosi pozytywne efekty i zwraca się po kilku latach.

Odwiedź nasz dział poradników i znajdź rozwiązanie dla siebie

Opracowanie redakcja (T.H.)

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.ogrzewnictwo.pl