Darmowa energia słoneczna zalewa nas w nadmiarze. Niestety 3/4 z tego przypada na półrocze letnie. Nasza cywilizacja nie rozwinęła na razie zaawansowanych metod długotrwałego magazynowania dużych ilości ciepła. Ale może wcale nie potrzebujemy technologii NASA, może wystarczy odpowiednio duży zbiornik z wodą?
Czy sezonowy magazyn ciepła zasilany energią słoneczną (może w jakiejś kombinacji z pompą ciepła) miałby sens – techniczny i ekonomiczny – w zwykłym polskim domu? Przeliczymy, zobaczymy.
Woda – dobra i tania
Magazynować ciepło można w wielu różnych substancjach na różne sposoby:
- w cieple właściwym – podgrzewając substancję o x stopni;
- w cieple utajonym (przemiany fazowej) – podgrzewając substancję aż do zmiany stanu skupienia, zwykle: ciało stałe -> ciecz, co dla niektórych substancji pochłania szczególnie duże ilości energii;
- w jakichś reakcjach chemicznych.
Możliwości jest trochę, lecz wszystko raczej kiepskie w porównaniu do jakichkolwiek paliw – inaczej nikt by się nie bawił w kopanie czarnych kamieni ani ścinanie drzew na opał.
W warunkach domowych, gdzie chcielibyśmy rozwiązanie tanie, bezpieczne i proste – pospolita woda sprawdza się najlepiej. Jest prawie darmowa, powszechnie dostępna, ma bardzo duże ciepło właściwe i jeszcze większe ciepło przemiany fazowej lód <-> woda (niestety w 0°C, ale i z tego można zrobić użytek).
Następnym w kolejce ciekawym kandydatem mogłaby być parafina. Niestety przede wszystkim słono kosztuje – jakieś kilka tysięcy złotych za tonę a tych ton zawsze będzie potrzebne min. kilka.
Symulacja różnych scenariuszy z udziałem magazynu ciepła
Przetestowałem na sucho kilka wariantów wspomagania ogrzewania domu za pomocą wodnego magazynu ciepła:
- ogrzewanie domu wyłącznie z magazynu ciepła ładowanego kolektorami słonecznymi
- ogrzewanie domu przy współpracy magazynu ciepła i taniej powietrznej pompy ciepła
- ogrzewanie domu gruntową pompą ciepła z magazynem ciepła w roli dolnego źródła
- magazyn ciepła bez kolektorów słonecznych, zasilany wyłącznie powietrzną pompą ciepła
Naskrobałem na szybkości programik w PeHaPie (mało kto się w tym połapie #pdk), który dla zadanych parametrów budynku i magazynu ciepła oraz na podstawie historycznych danych pogodowych godzina po godzinie obliczał, jak zachowa się taka instalacja na przestrzeni roku – ile energii pozyska, ile zużyje prądu, ile to będzie kosztowało. Sprawdzone zostały różne kombinacje:
- wielkości instalacji solarnej
- wielkości magazynu ciepła
- mocy pompy ciepła
- polityki ładowania i rozładowania magazynu ciepła.
Dane pogodowe (temperatura, nasłonecznienie, wiatr) o rozdzielczości godzinowej pozyskane z solcast.com dla Wrocławia za lata 2020-21, sezon grzewczy 2020/21.
Pozostałe założenia:
- Roczne zużycie ciepła 10 000 kWh – co odpowiada ok. 120-250 mkw. powierzchni ogrzewanej, zależnie od jakości docieplenia. Niemało.
- Pompy ciepła pracują na prądzie w taryfie G12w, zużywanym w stosunku 70% w godzinach tanich / 30% w godzinach drogich co daje średnio ~0,55zł/kWh. Prąd tani to 0,4zł/kWh. Prąd drogi to 0,85zł/kWh.
- Kolektory słoneczne w każdym scenariuszu mają 20m2. Co oznacza np. 10-12 kolektorów płaskich. Na lato to o wiele za dużo, trzeba by większość zasłonić. Na zimę to to świetne źródło energii choć słońca jest mało i słabe. Mniejsza powierzchnia kolektorów jest możliwa, ale kosztem większego zbiornika – lub deficytu energii w magazynie.
- Bufor grzany w zakresie 30-90°C. Zatem stan zupełnego rozładowania oznacza że cały zbiornika ma nadal 30 st.C.
W symulacji pominąłem trochę mniej istotnych detali jak np. postojowe straty ciepła z magazynu. Nie odwzorowałem też perfekcyjnie charakterystyki efektywności pompy ciepła oraz kolektorów słonecznych zależnie od temperatur pracy. Mimo to myślę, że ująłem najistotniejsze sprawy, więc wyniki i wnioski mają pewną wartość poznawczą.
Wariant odniesienia #0: sama tania pompa ciepła
Żeby mieć punkt odniesienia zobaczmy, ile kosztowałoby wyprodukowanie 10 tys. kWh z użyciem zwykłej taniej powietrznej pompy ciepła bez żadnego wspomagania.
Tania powietrzna pompa ciepła jest dobra, bo jest tania – można coś działającego wyrwać już za ok. 10 tys. zł czyli dwa-trzy razy taniej niż średnia półka.
Takie urządzenie najefektywniej grzeje od +5 st. za oknem wzwyż. Niżej zaczyna się oblodzenie wymiennika, z którym tanie sprzęty radzą sobie raczej gorzej niż lepiej, przez co ich efektywność znacząco spada w niskich temperaturach.
- SCOP według danych katalogowych (model 11kW) przyłożonych do warunków pogodowych wyszedł mi 2,8 zakładając że max. 45°C będzie potrzebne.
- Zatem zużycie prądu: ~3 600kWh rocznie,
- co daje koszt: ~2000zł.
Możliwe, że połączenie powietrznej pompy ciepła z magazynem ciepła pozwoli zniwelować jej ułomności a uzyskać jakieś korzyści.
Wariant #1: tania powietrzna pompa ciepła + niewielki magazyn ciepła – 10m3
Już taki niewielki magazyn ciepła (10m3 to ok. 700kWh) pozwala używać pompy ciepła prawie wyłącznie w godzinach taniego prądu taryfy G12w. W godzinach drogiego prądu ciepło pobierane jest w całości z magazynu – pompa nie pracuje.
Korzystnie jest w tym wariancie przewymiarować pompę ciepła o 50-100%.
Szkic sytuacyjny
Poniżej wykres z symulacji: zużycie ciepła / produkcja ciepła z kolektorów słonecznych / stan naładowania magazynu ciepła (zielona kreska, skala po prawej).
- Symulacja startuje z początkiem czerwca 2020. Naładowanie magazynu trwa raptem kilka dni.
- Okres ogrzewania domu został ustalony nieco sztucznie na okrągłe pół roku: październik-marzec. Wiadomo, że grzeje się i wcześniej, i później, ale to już są okresy cieplejsze i bardziej słoneczne, więc wiele do sprawy nie wnoszą.
- Ciepło z magazynu jest pomału pobierane, część stale dorzucają kolektory.
- Wreszcie w lutym magazyn się opróżnia i zalicza lekki deficyt. Pompa ciepła pracuje już tylko na prądzie sieciowym. Jest to krótki okres i niewielki deficyt – rachunek nie ucierpiał istotnie.
- Marzec to już dłuższy dzień, więcej słońca – magazyn ciepła błyskawicznie się ładuje.
- Zużycie prądu: 2400 kWh (1200 kWh mniej niż w wariancie odniesienia),
- Koszt prądu: ~1000zł (1000zł mniej).
- SCOP 4,1.
Całkiem niezłe efekty. Jakim kosztem? To sobie spróbujemy oszacować nieco później.
Ogólnie wydaje się, że koszt wszystkich elementów tego systemu nie powinien przekraczać kosztu średniopółkowej powietrznej pompy ciepła – zapewniając istotnie niższe rachunki.
Wariant #2: tania powietrzna pompa ciepła + większy magazyn ciepła – 20m3
To samo, ale z większym magazynem ciepła – 20m3 to ok. 1400 kWh.
Teraz pompa nie tylko w całości pracuje na tanim prądzie, ale jest możliwość zgromadzenia nadwyżek, które potem w styczniu-lutym pozwolą uniknąć uruchamiania pompy ciepła w okresie najzimniejszym, gdy wykazuje ona najgorszą efektywność.
Pierwotnie myślałem, że magazyn ciepła pozwoli w większym stopniu wyręczyć pompę ciepła od pracy w niższych temperaturach (poniżej +5°C), gdzie ma słabą sprawność. Szybko jednak spostrzegłem, że:
- takich cieplejszych dni w sezonie grzewczym jest stanowczo za mało
- największe korzyści daje uciułanie zapasów ciepła na styczeń-luty.
- Zużycie prądu: 1900kWh (1600kWh mniej),
- Koszt: 780zł (1300zł mniej),
- SCOP 5,2 <- to już jest poziom dobrych pomp gruntowych
Wariant #3: samodzielny pełnowymiarowy magazyn ciepła – 80m3
Całe pozyskane ciepło pochodzi ze słońca. Nie ma pompy ciepła. Rachunek za ogrzewanie wynosi 0zł (no dobra, jakieś grosze – prąd potrzebny do napędu pomp, sterowników).
Poniższy wykres przedstawia wynik symulacji ogrzewania budynku o rocznym zapotrzebowaniu na ciepło 10 tys. kWh za pomocą wyłącznie 20m2 kolektorów słonecznych i magazynu ciepła o pojemności 80m3.
Co się dzieje na tym wykresie?
- Symulacja zaczyna się 1. czerwca 2020. Nagrzanie 80 ton wody do ok. 90 st. C (4800kWh, prawa oś Y) zajmie raptem cały czerwiec.
- Lipiec-sierpień-wrzesień – nic się nie dzieje, magazyn pełny, kolektory nie grzeją. W praktyce oczywiście magazyn ciepła miałby jakieś straty do otoczenia a kolektory słoneczne na lato trzeba by zasłonić (w całości lub od wcześniej w części, by ew. nagrzewanie magazynu wydłużyć).
- W październiku zaczyna się grzanie budynku. Ciepło z magazynu jest pomału konsumowane, przy wspomaganiu kolektorów słonecznych. Słońca jest mało, ale taka połać kolektorów nawet wtedy potrafi wygenerować istotne ilości ciepła (właśnie po to tyle jest potrzebne, żeby w zimowym półroczu było sensowne wspomaganie).
- Magazyn ciepła osiąga minimum naładowania w połowie lutego. Potem słońce zaczyna pracować i magazyn szybko odbudowuje zapasy.
- Grzanie budynku zostało zakończone z końcem marca, żeby symulacja trwała ładne okrągłe 6 miesięcy – gdzie realnie wiadomo że sezon grzewczy potrafi się ciągnąć do maja, ale to już jest czas raczej słoneczny, mimo wszystko cieplejszy i z długim dniem, więc magazyn będzie miał dodatni bilans.
Rzeczywisty przykład czegoś podobnego ze Szwajcarii:
200-letni dom o rocznym zapotrzebowaniu na ciepło 28 tys. kWh (zmniejszone o połowę po modernizacji) wyposażony jest w magazyn ciepła o pojemności 36m3 ładowany instalacją kolektorów słonecznych o powierzchni 55m2 oraz fotowoltaikę o mocy 7,5kWp. Pokrywa to 90% zapotrzebowania na ciepło, resztę dobija pompa ciepła. W sumie budynek sam pokrywa 94% swojego zapotrzebowania na ciepło i prąd.
Wariant #4: gruntowa pompa ciepła z magazynem ciepła w roli dolnego źródła
Powyższe warianty opierały się na magazynowaniu ciepła w cieple właściwym wody. Sprawdźmy jeszcze, jakie możliwości daje ciepło przemiany fazowej woda <-> lód.
Zamrożenie 1kg wody uwalnia 10 RAZY WIĘCEJ ciepła niż schłodzenie 1kg wody o 1 stopnień. Magazyn ciepła w lodzie może zatem być 10 razy pojemniejszy niż magazyn ciepła w gorącej wodzie. Jest tylko jeden drobny problem: ta energia jest dostępna w 0°C, dlatego dla jej spożytkowania niezbędna jest pompa ciepła, tym razem gruntowa.
Szkic sytuacyjny
COP gruntowej pompy ciepła w temp. dolnego źródła 0°C, grzejącej wodę nawet do 45°C to wciąż jakieś 4.0. Zatem dla wyprodukowania 10 000 kWh trzeba zużyć max. 2500 kWh prądu oraz 7500 kWh ciepła z dolnego źródła. Aby zapewnić na zimę taką ilość ciepła potrzeba:
- 20m2 kolektorów słonecznych (jak w każdym wyżej rozpatrywanym wariancie)
- oraz magazynu ciepła o pojemności 20m3, co przy max. temp. wody ok. 50°C pozwala zgromadzić do 3000kWh ciepła.
Zbiornik mógłby być trochę mniejszy gdyby go nieco bardziej podgrzać.
Zużycie prądu: 2500kWh
Koszt: ok. 1300zł
Całość niby się spina, ale czy to miałoby jakiś sens? Wątpię:
- Nie ma tu jak oszczędzić prądu lub choćby przenieść zużycia w tańsze godziny. Magazyn ciepła jest tutaj niskotemperaturowy – większość energii wydobywamy w 0°C. W innych wariantach można było grzać dom bezpośrednio z magazynu.
- Gruntowa pompa ciepła jest droga – najtańsze nowe urządzenia kosztują ponad 20 tysięcy zł.
- Koszt instalacji solarnej oraz zbiornika niekoniecznie będzie niższy niż koszt wykonania normalnego dolnego źródła w gruncie.
Jest to budowanie protezy normalnego dolnego źródła w gruncie, co może mieć pewne zalety. Np. zajmie znacznie mniej miejsca niż gruntowy wymiennik poziomy (a dodatkowo da się to miejsce wykorzystać, np. nad zbiornikiem postawić szopę a na niej zamontować kolektory słoneczne) a pewnie będzie tańsze i prostsze w wykonaniu niż odwierty pionowe.
Tym niemniej w porównaniu do alternatyw z udziałem powietrznej pompy ciepła atrakcyjność tego wariantu jest pod znakiem zapytania.
Wariant #5: magazyn ciepła grzany wyłącznie pompą ciepła, bez kolektorów
A może dałoby się magazyn ciepła zasilać wyłącznie pompą ciepła, bez (nietaniej przecież) instalacji solarnej? Latem efektywność pompy ciepła jest znakomita – jeśli podzielić cenę taniego prądu przez 5-6 to może miałoby to sens?
Sprawdzam. Trochę testów różnych podejść do ładowania magazynu i da się wykręcić 35% oszczędności względem wariantu odniesienia.
- Zużycie prądu: 3380kWh
- Koszt: 1380zł
- SCOP: 3,0 <- nie powala, ale jednak jest tanio, bo cały prąd idzie w tanich godzinach
Ładowanie magazynu ciepła odbywa się początkowo tylko w najcieplejsze dni lata. Potem też w miarę możliwości wykorzystywane są najlepsze momenty danego miesiąca.
Niestety jest duży minus tej opcji:
Pompa ciepła zazwyczaj wyprodukuje wodę o temperaturze max. 55°C a i to odbywa się już z kiepską sprawnością. To oznacza, że zbiornik magazynujący ciepło musi być dużo większy – w tym przypadku dla zgromadzenia 1500kWh ciepła potrzeba aż 50m3 wody, podczas gdy we wcześniejszych wariantach wystarczało ok. 20m3.
To oczywiście nie wszystko
Nie wyczerpałem tutaj puli możliwych rozwiązań. Skupiłem się głównie na czerpaniu ciepła z otoczenia jak najniższym kosztem.
Nie ma przeszkód, aby wspomagać magazyn ciepła np. za pomocą kotła na drewno. Szczególnie gdy kotłownia i komin już istnieją. Bo gdyby budować je specjalnie na ten cel – byłoby to w sumie droższe niż tania pompa ciepła + ew. rachunki za prąd w okresie, gdy magazyn ciepła by nie nastarczał.
Zbiornik na sezonowy magazyn ciepła
Wszystko fajnie, ale czy to jest realne? Skąd wziąć takie wielkie baniaki? Pewnie tanie nie są?
To jest pewne zaskoczenie – wcale nie jest tak trudno i drogo. Różne branże oferują szeroki wybór zbiorników z różnych materiałów, o różnych kształtach i pojemnościach.
Bodaj najtańsze są betonowe szamba. Pojemności do 20m3 kosztują śmieszne kilka tysięcy. W celu uzyskania większych pojemności zawsze można zestawić dwa lub więcej mniejszych zbiorników.
Szamba betonowe są przyjemnie tanie.
Zbiorniki stalowe lub z tworzywa i o większych pojemnościach są znacznie droższe – ale w porównaniu do średniej półki powietrznych pomp ciepła to wcale nie jest fortuna a zbiornik z pewnością przeżyje wiele pomp.
Różne są kształty zbiorników. Ten ze zdjęcia otwierającego ten wpis choć wydaje się wielki to ma zaledwie 10m3 pojemności. Jest długi a wąski i tak też zazwyczaj są zbudowane zbiorniki stalowe.
Najlepsze miejsca na instalację zbiornika magazynującego ciepło to kolejno:
- pod budynkiem
- w budynku lub chociaż w przyległej szopie
- obok budynku pod ziemią.
Dwie pierwsze opcje są dobre, bo straty ciepła z magazynu będą dogrzewać dom. W istniejącym budynku w grę wchodzi raczej tylko opcja trzecia. Za lokalizacją w ziemi przemawia głównie oszczędność miejsca na powierzchni.
Instalacja solarna
Wymagana wielkość instalacji kolektorów słonecznych zależy od rozmiaru magazynu ciepła:
- mniejszy magazyn ciepła będzie wymagał większej instalacji solarnej, aby miał niezbędne zasilanie w ciągu zimy.
- większy magazyn ciepła obejdzie się ze znacznie mniejsza instalacją solarną, bo zapasy ciepła z lata wystarczą na dłużej.
Kolektory słoneczne, które mają produkować jak najwięcej ciepła zimą, montuje się inaczej niż takie do grzania wody kranowej głównie latem – raczej trzeba szukać ściany niż dachu. Na zdjęciu poniżej jest świetny przykład instalacji solarnej przeznaczonej do zasilania magazynu ciepła zimą:
- jest wielka – 18 kolektorów – choć i budynek niemały
- kolektory są zamontowane prawie pionowo – dzięki czemu mają lepsze osiągi jesienią-zimą-wiosną a jednocześnie ogranicza to problem ich przegrzewania latem
- wygląda, że ktoś celowo postawił tę przybudówkę, aby zyskać dobre miejsce na instalację solarną.
Próba oszacowania kosztów całości
- Koszt zbiornika – zależy, ok. kilku tys. zł
- Koszt kolektorów słonecznych – zależy od powierzchni, ok. 500zł/m2 czyli te 20m2 którymi się posługiwałem to może być ~10 tys. zł a to same kolektory, trzeba jeszcze całą resztę osprzętu; podrożało odkąd ostatnio kupowałem kolektory 4-5 lat temu
- Koszt wykopania dołu pod zbiornik 10-20m3 – ok. 1000zł.
- Izolacja zbiornika – pewnie kilkaset złotych
- Koszt wody do zbiornika – max. jakieś 10zł/m3 jeśli z wodociągu.
Straty ciepła
Dla prostoty pominąłem w symulacji straty ciepła. Warto by się jednak zorientować, jakie to mogą być wielkości.
Skorzystałem z metod stosowanych w obliczeniach strat ciepła budynków, aby sprawdzić, ile energii będzie tracił naziemny oraz podziemny magazyn ciepła – zbiornik betonowy o objętości 10m3 (wymiary 3x3m i wys. 1,2m) zaizolowany styropianem 20cm.
Okazało się, że
- zbiornik naziemny traci ~550W czyli ~13kWh na dobę
- zbiornik podziemny – kilkanaście procent więcej, ale obawiam się, że nadużyłem tutaj uproszczonej metody z nieco innej bajki.
Pierwotnie wydawało mi się (aż nie sprawdzałem), że strata w gruncie będzie mniejsza niż na powietrzu, więc założyłem, że zbiornik jest w gruncie i tak też na schematach powyżej rysowałem. Tymczasem to wcale nie musi być prawda. Owszem, grunt średnio jest cieplejszy od powietrza, ale ma większą przewodność cieplną. Tym bardziej, gdy jest ciężki albo woda gruntowa jest wysoko.
W każdym razie w profesjonalnych zastosowaniach buduje się zarówno podziemne jak i naziemne magazyny ciepła a dobrze zaizolować zbiornik trzeba tak czy inaczej.
Pojemność cieplna tego zbiornika to ok. 700kWh. Zatem dobowa strata postojowa wedle powyższego będzie stanowić w najgorszym razie, przy maksymalnym nagrzaniu (90°C) poniżej 2% pojemności cieplnej.
Izolacja magazynu ciepła
Styropian to jest pierwsze co mi na myśl przyszło w temacie izolacji cieplnej zbiornika, szczególnie prostopadłościennego.
Oczywiście technika zna rozmaite rozwiązania, np.
- izolacja natryskowa z piany PUR
- perlit
- izolacja próżniowa (w zbiornikach na skroplone gazy – niestety okrutnie drogich, bo to zbiorniki ciśnieniowe).
Im lepszą mielibyśmy izolację, tym mniejszy mógłby być magazyn ciepła. Ale jak zwykle wszystkim rządzi cena – jeżeli za świetną izolację trzeba by zapłacić kosmiczne pieniądze, to lepiej mieć izolację gorszą, choć znacznie tańszą a różnicę nadrobić większym zbiornikiem.
Podsumowanie
W czasach rosnących cen paliw, energii i urządzeń do ogrzewania chałupy magazyn ciepła zasilany energią słoneczną zaczyna wyglądać coraz sensowniej, szczególnie dla tych, którzy mieliby ku temu warunki a zarazem chcą, potrafią i mają możliwości coś zrobić samodzielnie, bo komercyjnie chyba nikt jeszcze czegoś takiego nie oferuje w Polsce (lub jest to totalna nisza).
Plusy dodatnie
- ogrzewanie najbardziej ekologiczne
- i najtańsze jak się da – z gwarancją taniości na lata
- bezobsługowe
- proste technologicznie elementy składowe, wiele można zrobić samemu (np. kolektory, co znacząco obniżyłoby koszty)
- długoletnia żywotność większości elementów
Plusy ujemne
- potrzebne sporo miejsca na zbiornik oraz kolektory słoneczne
- dość duży jednorazowy wydatek
To, co tutaj przedstawiłem, to jest zaledwie szybki rekonesans w obszernym temacie. Jest tu wieel wyzwań, ale i wiele możliwości. Fizycznych parametrów wody nie zmienimy, ale możemy mocno optymalizować zarządzanie ładowaniem i rozładowaniem magazynu ciepła – np. w oparciu o dane meteo z poprzednich lat i prognozę pogody – dzięki czemu rozmiary, koszty budowy i pracy całego systemu można by jeszcze znacząco przyciąć.
Rehau miał/ma podobną koncepcje, jak palę energetyczne. Jednak najniższy koszt był milion euro
Magazyny są wypełnione wodą? Jeśli tak to potrzebny jest dodatkowy wymiennik glikol-woda e postaci wężownicy. A sam magazyn musi być w całym zakresie poniżej strefy przemarzania.
Może być na zewnątrz ale dobrze zaizolowany – taniej wyjdzie
Owszem, kolektory muszą być wpięte przez wężownicę i zalane cieczą niezamarzającą. Instalacja grzewcza budynku też powinna odbierać ciepło przez wężownicę z tego praktycznego względu aby nie trzeba było w domu instalować gigantycznego naczynia wzbiorczego. Ale tu już glikolu nie trzeba. Cały zbiornik nigdy nie zamarznie. Minimum jakie osiąga w lutym to +30st.C.
W lutym masz +30? To dlaczego nie wyciagasz tego ciepła pompą ciepła? Przecież śmiało można wyjąć tak żeby zostało +5’C.
Panie Wojciechu, czy wykonał pan taką instalację?? Czy to są teoretyczne rozważania?? Jestem przed budową domu, a sam go projektuje, łącznie z instalacjami i zacząłem mocno zgłębiać temat tzw. STES. Ostatnie szkolenie z budownictwa energooszczędnego w izbie inż budownictwa zasygnalizowało tylko temat STES. W Skandynawii, Kanadzie czy Szkocji powstają osiedla bazujące na korzystaniu z energii solarnej, a przy korzystaniu z PV dodatkowo w niektórych przypadkach funkcjonują z inst elektr off-grid. Pana pomysł zrobili inżynierowie z Uniwersytetu z Ulsteru w 2008roku. Ogrzali dom ok 100mkw. przy użyciu magazynu 23m3 i solarów 10,8m2. Materiał jest dostępny w necie. Nie ukrywam, że skłaniam się do wykonania takiej instalacji przy okazji budowy domu.
Hej, czy mógłbyś podać wskazówkę gdzie można się doszukać materiałów na ten temat? Lub link
Z góry dziękuję za odp.
Pozdrawiam,
Brakuje opisu osi, szczególnie jednostek dla zielonej linii.
Artykuł super, w końcu ktoś wspomniał o odbiorze ciepła z przemiany woda – lód.
Sam mam zamiar zrobić gruntowa pompe ciepła, dać kilkaset metrów rur pod grunt, a do nieużywanego szamba wrzucić wężownice.
Do tego planu dorzucę domowej roboty kolektor słoneczny(stare grzejniki płytowe w szklanej osłonie) umieszczony na dachu garażu dogrzewący wodę w szambie. A szambo ocieplę po bokach i od góry.
Pomysł z grzaniem wody w izolowanym zbiorniku do 90 st C wydaje się nieco absurdalny, szczególnie przechowywanie energii w długim czasie.
Kiedyś w niemieckojęzycznym portalu czytałem o takim rozwiązaniu, ale nawet entuzjaści takiego pomysłu stwierdzili, że bez dotacji to nie miałoby sensu. Naturalnie oni zamawiali nowe zbiorniki produkowane specjalnie dla nich. Przy zastosowaniu zbiorników z odzysku i wykonaniu instalacji własnym sumptem koszt jest dużo niższy.
Gdyby magazyn był wewnątrz budynku to straty były by zerowe, ale latem powstał by problem przegrzewania się pomieszczeń. Ale gdyby jeden zbiornik zakopać pod budynkiem a drugi postawić wewnątrz to ten dolny można grzać latem a górny dopiero od wczesnej jesieni. Albo wraz z rozpoczęciem sezonu grzewczego przepompować wodę z dolnego zbiornika do górnego i także ograniczyć straty.
Natomiast w istniejącym budynku można by zrobić dobudówkę z dolnym i górnym zbiornikiem. Albo kotłownie przeznaczyć na magazyn ciepła
Twoje wyliczenia namieszały mi trochę w głowie, bo uważałem, że ten pomysł sie kompletne nie spina, ale teraz uważam, że jest nad czym myśleć.
Na ogrzewanie i CWU wydaje przy aktualnych cenach ok 3000 zł. Gdyby założyć budżet na mega bufor 30 tyć to inwestycja zwróci sie w 10 lat (o ile nie szybciej, bo ceny maja tendencje żeby rosnąc a nie maleć) to potem jestem w 100% niezależny. Ciekawe!
Witam Panie Wojciechu.
Opisał Pan dość ciekawy temat, ale niestety wyważał Pan otwarte drzwi. Opisywane przez Pana rozwiązanie zostało już wykonane w Polsce kilka lat temu. Takie rozwiązanie zastosowano do ogrzewania Szpitala Psychiatrycznego pod Warszawą – nie pamiętam teraz za dobrze, mogę się mylić – ale to był szpital w miejscowości Drewnica (chyba). Było to dość obszernie opisane, w internecie były dostępne materiały. Niestety nie pamiętam również kto był rzeczywistym wykonawcą całej instalacji. To było jakieś 2-3-4 lata temu. Na pewno Pan znajdzie.
Pozdrawiam
Nigdzie nie twierdziłem jakobym odkrywał Amerykę i nie widzę w tym problemu.
Szanowny Panie,
dziekuje za interesujecy i zrozumialy tekst. Interesowalem sie kiedys warstwowymi buforami ciepla i tak sobie pomyslalem, czy uwzglednil Pan w powyzszych rozwazaniach umiejscowienie przylaczy zasilania i poboru ciepla. W warstwowych magazynach ciepla przylacza poboru mozna umiescic u gory. Wtedy zapas (bardzo) cieplej wody bedzie do dyspozycji nawet wtedy gdy dolne i srodkowe warstwy beda juz zupelnie wyczerpane.
Chodzi mi o to, ze gdy kalkulacyjna suma zgromadzonej energi w buforze w przeliczeniu na litr wody wynosi np. ok. 30°C, co jest juz na granicy uzytecznosci, to woda w gornych warstwach moze miec np. ciegle jeszcze np. uzyteczne 50°C gdy tymczysem w dolnych warstwa bedzie tylko 20-25°.
Jesli moje myslenie odzwierciedla rzeczywistosc to panskie obliczenia sa zdecydowanie powsciagliwe a dobrze wykonane instalacje przynioslyby lepsze efekty.
Co Pan o tym sadzi?
Pozdrawiam serdecznie
Sposób rozładowania bufora to jest kwestia organizacyjna. Nie wpłynie istotnie na ilość zgromadzonej w buforze energii (może co najwyżej trochę poszerzyć użyteczny zakres temperatur wody).
A żeby z uwarstwienia skorzystać to zbiornik musi być pionowy.
Witam,
Jakaś podpowiedź gdzie można odnaleźć te materiały?
Pozdrawiam
Z góry dziękuję za odp.
Hej. Od dawna budowa domu solarnego chodziła mi po głowie. Niedawno kupiłem działkę i powoli wdrażam ten pomysł w życie. Okazuje się, że są u nas w PL firmy, które miały już z tym doświadczenie. Z reguły są to instalacje na rynki zagraniczne (Dania, Holandia, Niemcy) ale ważne, że know-how jest. Kontaktowałem się z firmą produkującą kolektory słoneczne i realizowali krycie całej połaci południowej kolektorami jako pokrycie dachu. W moim przypadku będzie to około 40m2. Okazuje się że przy tak dużym buforze „zakrywanie kolektorów” w lecie nie jest potrzebne, ponieważ sprawność kolektorów maleje wraz z temperaturą i przy dobraniu odpowiedniej połaci kolektorów do bufora nie trzeba się martwić o „zagotowanie układu”. Znalazłem też producenta zbiorników i są w stanie zaprojektować dla mnie zbiornik (podobny jak na zdjęciu które umieściłeś) skonstruowany do postawienia w pionie (żeby wykorzystać rozwarstwianie wody), pojemność 50m3 albo (za sporą dopłatą) wersję dłuższą 60m3. Bufor będzie wkomponowany w środku domu.
Czy mógłbyś zrobić dla mnie wykres z identycznymi parametrami wejściowymi ale symulacją bufora 50m3 i kolektorów 40m2? Robiłem swoje obliczenia. Przeliczałem zgromadzoną energię, utraty ciepła itp. Z ciekawości chciałbym zobaczyć jak to wygląda w Twojej symulacji, bo mi wychodzi, że z takim zestawem ogarnę temat grzania domu słońcem bez pompy ciepła. Jedna rzecz, że koło lutego woda w zbiorniku będzie już miała 30*, może nawet 25*, więc o ile podłogówka jeszcze coś znikomo da, tak do wody użytkowej będę musiał zamontować podgrzewacz żeby podbić prądem temp z 25 do 40.
Czy mogę prosić o podanie nazw firm o których wspominasz?
Z wielką chęcią też chciałbym poznać nazwy firm.
Mogę prosić o podanie nazw firm o których wspominasz?
Witam,
Panie Wojciechu we wszystkich przykladach analizujemy bufor jako zbiornik. W internecie można znaleźć przykłady magazynowania w odwiertach na głębokości 100m.
Czy analizował Pan możliwość magazynowania energi z kolektorow słonecznych w kolektorze płaskim na głębokości 1.5m dla gruntu mokrego? To rozwiazanie wydaje się bardzo ciekawe i obiecujace. Takie kolektory są często stosowane w pompach ciepła. Ciekawi mnie jaką ilość energi można by wpompować w grunt a później ja odebrać okresie zimowym. Taki zabieg przy niskim nakładzie mógł by przynieść duże oszczędności. Taki przykład wzbogacił by artykuł. Pozdrawiam Bartłomiej
Nie analizowałem. Wydaje się ma pierwszy rzut oka, że to będzie nie za wielka różnica w stosunku do normalnego gruntowego wymiennika. Wszak gruntu za bardzo się nie podgrzeje.
Bardziej mnie zastanawiał zbiornik z wodą magazynujący energię w cieple przemiany fazowej woda-lód. Standardowo on jest grzany klasycznymi kolektorami słonecznymi, ale później zauważyłem, że przecież są różne inne możliwości. Temperatura takiego zbiornika dąży do zera, więc łatwo można go grzać byle czarną nieizolowaną plastikową rurą wystawioną na słońce (u Niemców jest coś takiego jak „energiezaun”). Na dobrą sprawę póki jest powyżej zera można by też dogrzewać ten zbiornik ciepłem z powietrza. Coś jakby hybryda pompy powietrznej i gruntowej. Wtedy zbiornik byłby konsumowany tylko w okresach temperatur poniżej zera, co sprawia, że mógłby być bardzo mały, coś w rozmiarach szamba.
Mnie właśnie bardzo zachęcił ten element łatwego dostarczania ciepła do zamrożonego bufora. Można nawet zatrudnić pompę ciepła do tego w cieplejsze dni zimowe. Potrzebny by był potworek glikol+powietrze woda o rozbudowanym sterowaniu w takich warunkach pobierający ciepło z powietrza i grzejący dom razem z buforem w ziemi. Albo „mały” bufor w domu (1m3), po którego naładowaniu niższą temperaturą zostawiamy na dom, a pompa ciepła dalej pracuje i rozmraża bufor ziemny ciepłem z powietrza.
Jestem przed montażem zbiornika na wody opadowe: 10m3. Wiele nie stracę zostawiając sobie możliwość zatopienia wężownic (np. użycie kręgów zamiast prostopadłościanu).
Jako że temat nie daje i spokoju, podziele sie dodatkowymi przemyśleniami. Szukając w miarę prostej przeróbki powietrznej pompy ciepła na razie wymyślilem wpięcie (wlutowanie) wymiennika glikol-woda i zaworów elektromagnetycznych równolegle do parownika. Dobierając wymiennik może trzeba uwzględnić wymianę ciepla, jaką oferuje oryginalny skraplacz. Cały eksperyment zapewne odbędzie się na adaptowanej (zaadoptować też mogę ;)) klimie, żeby ewentualnie mniej pieniędzy utopić.
Gdzieś tam w internetach pompa powietrzno-gruntowa jest reklamowana. Zapewne tak tania jak zloty interes wulkanizatora ze „Zmienników”…
Tutaj link do badań reazlizowanych w Polsce
http://solis.pl/index.php/content/download/347/1196/file/magazyn_energii_102.pdf
Ciekawa analiza. Już kiedyś pisałem w Twoim temacie na forum muratora, że magazyn Ciepła przemiany fazowej można zrealizować na bazie takiego zbiornika wypełnionego plastikowymi butelkami z wodą (z niewielką ok 15% ilością powietrza). Przestrzeń pomiedzy butelkami wypełniamy solanką z której korzysta gruntowa pompa ciepła/solary. Jest to wg mnie ciekawa alternatywa dla małych działek bez możliwości umieszczenia wymiennika poziomego.
Polecam zapoznać się z raportem od Pana Janusz Starościka który opisał to rozwiązanie bardzo szczegółowo.
https://spiug.pl/raporty/czy-mozna-ogrzac-dom-cieplem-slonecznym-minimalizacja-kosztow-ogrzewania-w-praktyce/
oraz materiał z YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=yp_LzR4l-b8&t=5s
Niby jest możliwe w połączeniu z domem pasywnym. Jeżeli miałby ktoś więcej ciekawych informacji to proszę o kontakt 🙂
O cie królu złoty 🙂 Raport do ktorego link zamiesciles jest ze wszech miar wartościowy. Jedyny zgrzyt jak dla mnie to wstwep teoretyczny. Nie zeby byl zly , po prostu jest zywcem przekopiowane z podrecznikow:
– Building designs in hot and humid climates – iss 0 1974
– Design for hot-humid zone – -1974
– Ground heat exchanger for agriculture. – manual amerykanskiego ministerstwa rolnictwa z lat 1978-80.
Super sprawa, sam zastanawiam się nad mocnym przerobieniem instalacji w domu z wykorzystaniem bufora. Czy program, który Pan napisał jest możliwość wykorzystać i protestować przy własnych założeniach?
Kombinacje. Wystarczy kociol na wegiel zasypac podpalic od dolu i zamknac powietrze pali sie dlugo i jest ciepło
W Berlinie jest magazyn ciepła na 56.000 m3 a są też i 200.000 m3 koszt 20 euro za m3
Witam,
Jestem zaczynam za niedługo budowę domu około 160m2. Dom w standardzie pasywnym lub niemal pasywnym (zobaczyły jak pójdzie z praktycznym wykonaniem).
Bardzo mocno myślę o ogrzewaniu słonecznym. Gdyby ktoś był zainteresowany praktycznym przełożeniem teorii, to zapraszam do kontaktu. Chętnie wymienię wasz know how, na możliwości zbudowania tego systemu na żywo.
Kilka słów o domie.
Wymiary 18×9.4, ściana północną bez okien, południowa z oknem 4×2.3, zachodnią z oknem 4×2,3 i 3x 1.3×2.3m.
Ogrzewanie rozprowadzone będzie matami kapilarnymi (niski.parametr 26-28C) w suficie.
Ściany zewnętrzne to system izodom2000, czyli 25cm styropianu, 15cm betonu i 5cm styropianie, a wewnętrzne to silikat, dla akumulacyjnosci i izolacji akustycznej.
Ocieplenie podłogi 20cm, dachu 40cm wełny.
Myślę o dwóch zbiornikach, jeden pod domem (pod łazienkami i kuchnią, drugi zewnętrzny pod tarasem.
Jestem w stanie zmieścić około 20m2 kolektorów z ekspozycja idealnie na południe, z montażem tak pionowym jak tylko będzie trzeba.
Dobre informacje. Pytanie: przy pompie powietrze – woda i akumulacja w miesiącach ciepłych , pv 4kW , chcę zrobić bufor z zakupem zbiornika (szambo) 10 m3 . Nie mam kolektorów, ale chodzi o 2 taryfę . Dalej jak zaizolować zbiornik ? Mieszkanie 130 m2 dobrze docieplone . Warto zainwestować w zbiornik z pełna automatyką . Jaka izolacja ? Pytanie , może denerwujące ale po to jest internet 🙂
Przy obecnych cenach (bardzo podrożała nocna taryfa) opieranie się na ogrzewaniu elektrycznym z buforem traci sens.
Jako nowa inwestycja to moze i tak, ale jesli juz posiadam pc oraz pv i chcę przyoszczędzić to jednak inwestycja w bufor chyba sie opłaci. Cena kWh w 2 taryfie to ok. 0,8 złotego . Zapotrzebowanie to ok 4 k kWh – koszt 3200 zł . bez energii pozyskanej z pv. Potem tylko ewentualne zimowe podgrzanie w 2 taryfie . Nie wiem jaki koszt wykonania wężownic w szambe i jego docieplenie . Jesli w 10-15 k złotego się zmieścić to chyba jest to opłacalne.
A piasek jako magazyn ciepła?
Okiem praktyka – mam 10m2 solarow i zbiornik 500l. Mazowieckie, pod Warszawą. Od listopada do lutego praktycznie zero uzysków, przez te kilka miesięcy od wielu lat nie ma słońca, jest pełne zachmurzenie. Pojedyncze dni nic tu nie zmieniają – słońce świeci słabo i pod słabym kątem. Dopiero koniec lutego możemy liczyć na coś więcej. Ale są i plusy i z tych 10m2 solarow- w okresie przejściowym, wrzesień, czasami październik i kwiecień, czasami zimny maj dogrzewam dom tylko nimi. W roku są to to 3 do 5 tygodni tylko na solarach.
Jeszcze kwestia korzystania z „grzania” lodem – woda niestety rozszerza się podczas zamarzania, zniszczy zbiornik i po zawodach…
Panie Marcinie, prośba o kontakt. Jestem dziennikarzem, zbieram materiały do Muratora o takich ciekawych domach jak Pana. Mój mail: and.paplinski@gmail.com
Oj tak, szczególnie w tym roku. Choć zdarzają się bardziej słoneczne lata, ale regułą jest, że słońca w te miesiące jest mało.
W zbiorniku zostawia się zapas miejsca na rozszerzanie zawartości – i nic się nie niszczy.
Obawiam się że jednak lód zniszczy zbiornik, nawet jeśli zostawimy od góry trochę miejsca na rozszerzanie sie wody. Jeśli to będzie zbiornik betonowy to nie ma opcji, pęknie, beton nie jest plastyczny ani wytrzymały na rozciąganie jakie zafunduje mu zamarzająca woda. Można zrobić prosty eksperyment, beton tani, można użyć też np. ceramiki, doniczki itp.
Jesli użyjemy plastiku – też raczej peknie, przy niskich temperaturach staje się kruchy. Ale tu nie jstem fachowcem więc tylko gdybam.
Problem jest zamarzania praktyczny bo np. przy pompach ciepła gruntowych możliwe jest zamarznięcie gruntu wokół rur dolnego żródła a przez to ich zniszczenie. Plus ew. szkody budowlane przez podnoszący się zamarznięty grunt. Sytuacja ekstremalna ale możliwa przy źle dobranym dolnym źródle. Dla naszych rozważań grzania lodem jest to jakaś podpowiedź.
Poruszany w artykule problem megabufora to w gruncie rzeczy problem izolacji, utrzymania ciepła do zimy. i na to nie ma taniego patentu. Najsensowniejszy widziałem bodajże w niemczech – kilkupiętrowy budynek zbudowany wokół ogromnego zbiornika z wodą. Uciekające ciepło, zanim poszło do atmosfery, ogrzewało po drodze budynek. Zapewne tanio nie było…
Ciekawy eksperyment był robiony swego czasu w Polsce – pompa ciepła gruntowa, pionowe wymienniki sprzężone z solarami które latem grzały grunt. O ile dobrze pamiętam to wrzesień, październik to istne szaleństwa- gleba czyli dolne żrodło miało coś ok. 12 stopni, COP wychodził niesamowity, ale z biegiem czasu ciepło dość szybko rozchodziło się po okolicy.
Innym ciekawym projektem jest pompa ciepła o mocy kilku MW, też chyba niemcy. Na razie w budowie. A dolnym źródłem będzie rzeka. Też megazbiornik, z temperaturą cały czas na plusie. Tutaj ekonomika broni się skalą projektu.
> Ale tu nie jstem fachowcem więc tylko gdybam.
No właśnie. Tymczasem Niemcy budują takie zbiorniki często z betonu i nic nie piszą żeby coś im pękło.
https://www.tga-fachplaner.de/energietechnik/eisspeicher-energiekonzept-mit-eisspeicher-heizen-und-kuehlen-mit-eis
W solarach musi być glikol a w buforze wężownica. Czy rzeczywiście ktoś ryzykuje i ma w solarach zimą wodę????
Dzień dobry. Czy można się z Panem jakoś skontaktować w sprawie Pana doświadczeń ? Chodzi o to, że sam się przymierzam stąd taka konsultacja byłaby szalenie pomocna.
Co do Pana uwag, to zastanawiam się, czy w Pana instalacji zbiornik 500L nie jest kluczowym ograniczeniem. Autor mówi o buforach rzędu 200m2 tj. 20000 litrów więc 40 razy większych.
Witam. Rzadko tu zaglądam, stąd późno odpisuję. Jeśli mam w kilku słowach streścić moje doświadczenia to będzie to – izolować zamiast ogrzewać.
Mój zbiornik 500l nawet nagrzany do 90 st wystarcza na jakiś tydzień dla 4 osobowej rodziny do Cwu, to nie jest bufor ciepła na zimę. Solary, w zimne słoneczne dni dają nadwyżkę energii, mogę je wyłączyć albo nadmiar skierować na ogrzewanie domu w czasie praktycznie rzeczywistym, co robię. I w ciągu roku uzbiera się kilka tygodni grzania domu solarami. To po prostu wykorzystanie istniejącego systemu w jak największym stopniu do zastany h warunków.
Kontakt do mnie qwertyalek małpa o2 kropka pe el 😉
W zasadzie przy odpowiednim kształcie zbiornika zamarzająca woda nie powinna go rozsadzić. Przy zachowaniu odpowiedniego zapasu pojemności zbiornik w kształcie „odwróconego stożka” powinien załatwić sprawę. Zamarzająca woda podnosi objętość i przesuwa się do góry. Nawet betonowy zbiornik z odpowiednią izolacją od wewnątrz która dodatkowo umożliwia poślizg lodu bez problemu powinien sobie poradzić. Zawsze istnieje możliwość wykonania modelu takiego zbiornika i umieszczenie do w zamrażarce.
Panie Marcinie proszę o informację czy grzeje Pan ten zbiornik przed sezonem grzewczym do temperatury 90 stopni żeby później zasilać ogrzewanie np podłogowe? Zastanawiam się nad buforem ciepła 400-500L który będzie grzany przez KS a później będzie zasilał ogrzewanie podłogowe. Do tego pompa ciepła do zasilania podłogówki jak bufor się skończy.
Moje pytanie na ile starczy taki bufor zakładając że będzie miał 90 stopni przed sezonem grzewczym a podłogówka będzie zasilana na 26-30 stopni.
Witam. Zbiornik 500 to tylko do CWU nagrzany do 90 st stacza na jakiś tydzień dla 4 osobowej rodziny. To nie jest bufor ciepla. Energia 500l wody może by starczyła na 2 dni na ogrzanie domu i koniec. Używam solarow do grzania na bieżąco, gdy jest słonecznie ale chłodno. Wrzesień, marzec, kwiecień. Ale musi być pełne słońce przez cały dzień żeby było wody i na CWU i na CO, w ciągu roku 2 do 5 tyg może się uzbierać. Solary przede wszystkim zabezpieczają CWU w okresie marzec-październik.
Pod jakim kątem są solary, bo żeby była wysoka sprawność w jesienno zimowe i wiosenne dni musi być pod kątem 67,stopni i czy to są solary płaskie czy rurowe?
Jeżeli strata jest 13kWh na dobę to od listopada do połowy lutego czyli w okresie, gdy solary nie będą w stanie dogrzać wyniesie ok 13x 105dni = 1365kWh
Grzanie skończy się gdzieś w 2 połowie stycznia.
Po dodaniu strat zbiornik 80m3 robi się za mały.
Ale koncepcja warta popularyzacji!
Wypadałoby zaktualizować materiał, ponieważ tanie taryfy prądu już nie istnieją
Mam dom murowany podpiwniczony w planie 10x10m, ocieplony. Zagłębienie ok 1,5m. W piwnicy można by zamontować bufor wodny o sporej pojemności.
Pytania:
1. Jakie są przeszkody w usytuowaniu wewnątrz piwnic zasobnika ciepła? Czy potrzeba to jakoś policzyć odn. fundamentów? Czy można by np. zrobić wtedy bufor 2x 4x4x2 = ~64m3 dla 2 z 4 pomieszczeń piwnicznych? Jakie izolacje stosować na spód np.- czy styrodur 700kPa lambda=0,033 gr. 4cm na spód wystarczy + pianobeton lambda=0,13 gr. 10cm + piasek 10cm? Dodatkowo temperatura wyniesionych izoterm gruntu ustabilizuje się na +8 przez co straty były by minimalne, a stratyfikacja średnia spodu na ok +30 spowodowała by minimalne straty przez przenikanie. Boki izolacja najtańszy styropian grubość 20-30cm lambda=0,04. Materiał zbiornika stal nierdzewna cienka (bez większych wzmocnień bo wsparty o ściany, ale tu się robi koszt, bo też wykonanie…
2. Dodatkowe usprawnienie: Czy dodatkowo można by przez ten bufor poprowadzić kilkumetrową rurę z np. kotła aby dodatkowo odzyskać ciepło ze spalin?
3. Czy jest możliwość policzenia jaka kolektory próżniowe wypadają przy takim modelu grzania? Podobno mogą produkować i w mrozy z zadowalającą sprawnością a ich uzysk roczny jest 35% większy niż kolektorów płaskich.
4. Czy można by zastosować ogrzewanie domu tylko powietrzne tylko w 100%? tj. potraktować ten bufor (też) jako „Dodatkowy Gruntowy Wymiennik Ciepła”. Standardowo GWC, który by ogrzewał powietrze z gruntu poza budynkiem np. do +4. Dalej odzysk na rekuperatorze 95% sprawności. Potem pętla za rekuperatorem, gdy temp w buforze np. była by wyższa niż +25, a gdy by się wystudził poniżej +25 do ~+4 to wtedy można by ciągnąć ciepło jeszcze na wlocie z czerpni? Wszak straty na wentylację mogą stanowić nawet 60% ciepła w budynkach dobrze docieplonych. Straty na wentylator były by prawie żadne bo to by było dodatkowe kilka metrów rury/kolektora powietrznego.
5. Ogólnie temat ciekawy jeżeli by przyjąć że taki dom docieplony 100m2 powierzchni ogrzewanej by miał roczne zużycie ogrzewanie i wentylacje na poziomie 30kWh to daje 3000kWh. A wiec bufor powinien mieć możliwość zgromadzenia netto (licząc niewykorzystane straty ~30%), czyli 4000kWh. Niech dT=~40C, daje 50kWh/m3, to potrzeba by bufor 4000/50=80m3. Choć wiadomo, że można by to spokojnie zmniejszyć o połowę gdyż dogrzew słońca w okresie grzewczym zapewni te użytkowe+30 w zbiorniku. Zużycie c.w.u. pomijalne bo w tych skrajnych 100dniach w miesiącach zimowych rozładowałoby ten bufor tylko o 10%, przy 4 osobowej rodzinie zużywającej 4×1=4kWh/d. Czyli takie 40m3 na 100m2 w dobrze ocieplonym budynku pokryło by w zasadzie 100% energii na grzanie. To jeszcze przy uwzgl. energii elektrycznej dla sensownego zużycia rocznego 2000kWh (2000/365=6kWh) daje jeszcze przy minimalnej fotowoltaice 10kw + magazyn energii 10kWh (6kWh 60% rozładownia, trwałość ponad 20 lat), pełną niezależność dla domu od rynku paliw i prądu. W miesiącach letnich/przejściowych z nadwyżką produkcji prądu można by dodatkowo ładować ten „zimowy bufor” pompą ciepła lub nawet zwykła grzałką aby się nic nie marnowało COP=4 (co by też zmniejszyło potrzebną powierzchnię paneli solarnych). Do pokrycia potrzeb grzania +wentylacji + cwu wystarczyłoby zatem przy produkcji rocznej ~700W/m2/rok jakieś 10m2 paneli z górką, a przy ujęciu fotowoltaiki która gromadziła by w buforze zwykłą grzałką pewnie z 20% mniej – do przeliczenia.
System ambitny ale skomplikowany i bardzo drogi. Lepiej, łatwiej i taniej będzie pójść droga ” izolować a nie ogrzewać”
Było o tych zbiornikach betonowych zakopanych obok domu i pracujacych z pompa ciepła. Lektor informował że jesli proces zamarzania zaczyna się nie jako od środka zbiornika przy wężownicy- pompa odbiera ciepło, to wtedy efekt rozsadzania zbiornika nie występuje. Regeneracja tego zbiornika była za pomocą pv. Pozdawiam
Dziwi mnie że nikt nie podął tematu o piaskowym buforze ciepła.
Kupiłem spiralę 2 kw za całe 15zł. zasypałem ją piaskiem w 200l. beczce, podłączyłem 8 paneli używanycch po 200 zł. za sztukę i po 4 dniach mam już 300 stopni. Fajne?
Nie podjął bo pojemność cieplna piasku jest niższa niż wody a do ogrzewania budynku 300 st.C nie jest konieczne a wręcz jest problemem, bo generuje straty do otoczenia. Jako magazyn ciepła długoterminowy wydaje się to kiepskim rozwiązaniem. Co innego jako np. piec akumulacyjny.
Jeśli jednak ten piach będzie stanowił z jednej strony izolator, z drugiej zaś grzejnik, to niekoniecznie tak źle nam wypadnie.
Im piasek ma mniej wilgoci, tym mniej przewodzi ciepła i lepszym jest izolatorem. W najlepszym razie 10 X gorszym od styropianu. 2 metry izolacji z suchego piasku powinno dać nam te same parametry, co 20 cm styropianu. Dodatkowo piasek możemy grzać używaną fotowoltaiką.
Jeśli tylko mamy grunt, to kupując 100 paneli po 200 zł z transportem mamy realnie 20 kW mocy znamieniowej, co przekłada się na 20 MWh energii cieplnej rocznie. Latem będzie tego ogrom, piasek będzie gotował wodę, ale zimą już gorzej. W grudniu tylko 1 % rocznej produkcji, czyli 200 kWh, ale w styczniu, kiedy z reguły jest zimniej już 400 kWh, w lutym 800 kWh.
Lucjan, mega fajnie! sam przymierzam się do podobnego eksperymentu z wykorzystaniem piasku.
Generalnie piasek ma ogromny potencjał i jest używany w kilku dużych systemach grzewczych za granicą.
Mam już opracowany cały system wykorzystania piasku w ogrzewaniu domu.
Lucjan, gdybyś miał ochotę na wymianę doświadczeń to napisz
teigen.hiatus@gmail.com
Problem z wysoką temperatura jest też taki ze wraz z wzrostem temperatury współczynnik przenikania wzrasta. Nie wiem jak dla piasku ale dla wełny ceramicznej, służącej do izolacji pieców jest to 10 krotna różnica w przedziale do bodajże 600 st.
Można jeszcze rozważyć nagrzewanie megabufora przez „dachową” pompę ciepła tudzież kolektory słoneczne wspomagające pompę ciepła.
Z tego co znalazłem w internecie to jest jeszcze „dachowa” pompa ciepła, która przykładowo może polegać na tym, że dolnym źródłem ciepła jest poszycie czarnego blaszanego dachu do którego (na podobieństwo kolektora słonecznego) przylegają rurki wypełnione np. glikolem. Na podobieństwo kolektora słonecznego rurki wypełnione glikolem nagrzewają się przekazując ciepło do domu na dwa sposoby:
1) bezpośrednio – tak jak kolektor słoneczny nagrzewają bufor/boiler z ciepłą wodą centralnego ogrzewania/użytkową
2) za pośrednictwem pompy ciepła, która ciepło z powierzchni dachu wykorzysta jako dolne źródło ciepła.
To ma zalety takie, że dodatkowo czerpie energie ze słońca, nie ma ryzyk występujących przy pompach gruntowych że przemarznie grunt lub spadnie efektywność w przypadku obniżenia się poziomu wód gruntowych i tak sobie podejrzewam że mniej szumi/hałasuje niż powietrzna pompa ciepła. Taką pompę ciepła robi w Polsce np. firma Solcraft wytwarzająca płyty Texapan które działają w systemie Solverter – link do informacji o tym ze schematem systemu: https://solcraft.pl/klient-indywidualny/solverter-pompa-ciepla-zasilana-dachem.html
Tutaj jest animacja o tym jak to działa: https://www.youtube.com/watch?v=WrzgL_Bsj3s
na Solcraft podał linki do realizacji i z ich systemami (nie pamiętam czy wszędzie jest dachowa pompa ciepła) – wpis z facebooka:
„Dla zainteresowanych i pragnących zgłębić historię Inwestorów budujących się w naszych systemach – serdecznie polecamy profile
Na FB:
Dom SIPsterski [https://www.facebook.com/domsipsterski]
Dom w 6 miesięcy [https://www.facebook.com/domw6miesiecy]
Na instagramie:
https://www.instagram.com/dziki_spokoj_stodola/
https://www.instagram.com/funkcjonalny_dom_marzen/
„
https://www.facebook.com/solcraftpl/posts/pfbid0345CNs3QP19r5vnwaYir8xpd3RXjvvh2Rtu5P2cVdUvxRQmaocfDmL3XxwHpR7caul
Z tego co rozumiem można w podobny sposób użyć kolektorów słonecznych, aby działały na podobnej zasadzie tj. czynnik wprowadzony do kolektora słonecznego jest źródłem ciepła dla pompy ciepła co nosi nazwę Solar-assisted heat pump (SAHP) https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-assisted_heat_pump a tutaj następny artykuł: https://termomodernizacja.pl/pompy-ciepla-i-kolektory-sloneczne-hybrydowa-instalacja-grzewcza/
Jakby ktoś miał jakieś ciekawe informacje o powyższych systemach to proszę o komentarz lub link.
Co do ogrzewania domu kolektorami słonecznymi to jest ciekawy przykład z Polski domu dogrzewanego 15 płaskimi kolektorami słonecznymi (czyli powierzchnia około 30 metrów kwadratowych), który jest opisany na kanale Youtube „TONY MARZEŃ” przykładowo w filmie pt. „80 stopni przy -5 w zimie z KOLEKTORA SŁONECZNEGO” link: https://www.youtube.com/watch?v=gCTY9ZYz_FY
Problem w tym, że zimą (listopad-luty) takich dni z jakimkolwiek słońcem jest bardzo, ale to bardzo niewiele.
Skoro to tak dobrze działa bez sezonowego akumulatora ciepła to myślę że po jego dołożeniu rozwiązałoby problemy z przegrzewami i brakiem ciepła w najzimniejszym okresie
Wszystko dobrze wygląda tylko w teorii. Straty sezonowe bufora ciepła przekroczą wartość zgromadzonego ciepła w buforze. Rozpatrywanie z pominięciem strat jest nieadekwatne do rzeczywistości. W nowo wybudowanym domu najlepszym buforem jest fundamentowa płyta grzejna. Nie zastąpi bufora sezonowego ale zabezpiecza potrzeby domu w przypadku braku dostaw energii nawet na kilka dni. Z doświadczenia 2m3 betonu daje tyle ciepła ile 1 m3 wody. Oczywiście akceptowalny zakres temperatur magazynowania to zaledwie 2 -3 stopnie, potem tracimy komfort. Można oczywiście w nieskończoność podnosić izolację bufora ale ekonomicznie lepiej wydać te pieniądze na izolację samego domu. 100 m2 dom przy standardzie 20 kwh/m2*rok potrzebuje 2 MWh energii do ogrzewania, a więc w dzisiejszej cenie ok 2000 zł/rok przy ogrzewaniu bezpośrednim. Niestety bardzo trudno jest (jeśli nie niemożliwe) doprowadzić istniejący dom do takiego standardu. Mnie niewielki dom z 1902 roku udało się doprowadzić do całościowego zużycia na poziomie 7 MWh/rok na ogrzewanie, CWU, indukcyjną kuchnię i wszelkie inne potrzeby życiowe (oprócz wody i ścieków oraz śmieci – tu muszę korzystać z usług gminy). Dalsze inwestycje w ocieplenie uznałem za bezcelowe i zamontowałem PV które daje 8 MWh /rok co przy starym systemie rozliczeń pokrywa w całości zapotrzebowanie łącznie z klimatyzacją latem. Taniej się nie da mieszkać. Jak ktoś zainteresowany to mogę bardziej szczegółowo opisać….
Oczywiście, jest to spojrzenie uproszczone, ale mimo wszystko spełnia swoje zadanie.
To akurat nie ma większego znaczenia dopóki robi on swoją robotę.
To nie jest aż tak istotne dopóki wystarczy ciepła na
Poproszę te same rozważania dla zbiornika z piaskiem zamiast wody.
Z góry Dziękuję
Piasek wypadnie gorzej, bo jego ciepło właściwe jest niemal połowę mniejsze niż wody.
Przewagę mógłby mieć w tym, że da się go nagrzać do kilkuset stopni, ale wtedy wszystko się mocno komplikuje, bo medium przekazującym ciepło nie może być już woda.
Zgadza się.
Podgrzanie do 500 stopni zrekompensuje różnice ciepła właściwego, a grzać można powietrzem…
Poza tym piasek sam w sobie jest izolacją cieplną.
kwestia obliczeń ile piasku potrzebne np. by ogrzać dom zimą, jak gęsto rozmieścić rury i ile czasu trzeba grzać 3x2kW żeby osiągnąć 500 stopni.
Rozwiązanie które już działa sporo czasu – https://www.dlsc.ca/borehole.htm
Ciekawe jak wyszły by obliczenia dla takiego systemu – cała nadwyżka idzie w magazyn gruntowy, pionowy, głębokości przyjęte w projekcie wcale nie duże – 37 m. AGH robiło badania dla pojedynczego otworu. Wygląda, że jest potencjał, więc mam w planach wykonanie podobnego systemu zasilania, ze wspomaganiem szczytowym gazem (propan – aktualna cena za 1kwh 67 gr brutto).
Jak zacznę, wyląduje na elektrodzie . Na razie – jak ma to działać by działało. Chyba, że ktoś już ma taki projekt?
Widziałem gdzieś wyniki podobnego badania bodaj z Austrii. Wszystko zależy od rodzaju gruntu, jaki się trafi wokół odwiertu: w piachu i wodzie magazynowanie będzie kiepskie (woda pod ziemią płynie, więc zabierze część ciepła), w gruncie gliniastym lub skalistym znacznie lepsze.