Cysterny cieplne

Cysterna cieplna to nic innego jak zbiornik ciepła, wykorzystywany do jego gromadzenia i magazynowania w okresach, w których występuje ono w nadmiarze np. w lecie i oddawania, przy jego niedoborach jesienią i zimą.

Zbiornik taki może również gromadzić ciepło wytwarzane przez inne tymczasowe procesy technologiczne np. czasową produkcję.

Źródła energii

Źródłem energii cieplnej zasilającej zbiornik może być każda instalacja wytwarzająca okresowo nadmiar ciepłą. Najpopularniejszym okresowym źródłem takiej energii jest instalacja solarna, która w okresie letnim charakteryzuje się sporą nadwyżką produkcyjną, lecz nie tylko.

Doskonałym potencjalnym okresowym źródłem ciepła są instalacje klimatyzacji, które, o czym nie wszyscy pamiętają w okresach swojej pracy produkują znaczne ilości ciepła zbytkowego, najczęściej jest zwyczajnie tracone poprzez rozproszenie na zewnątrz.

Bardzo dobrą możliwością „ładowania” ciepłem naszej cysterny stwarza energia pozyskiwana z siłowni wiatrowych, która charakteryzują się wprawdzie bardzo i nieprzewidywalną okresową produkcją, ale za to całoroczną.

Z innych potencjalnych źródeł energii należy wymienić wszelkiego rodzaju produkcję, w których wytwarzane jest zbytkowe ciepło technologiczne – silniki elektryczne lub spalinowe, kotły wymagające osobnego chłodzenia itp.

Z punktu widzenia technicznego, zaprojektowanie i wykonanie zbiornika, czy jak kto woli cysterny cieplnej nie stanowi poważniejszego problemu. Wystarczy zgromadzić odpowiednią ilość stosunkowo pojemnego cieplnie materiału, wyizolować go termicznie od otoczenia, oraz wyposażyć w system odpowiedzialny za dostarczenie ciepła w okresie jego nadprodukcji i odbioru w okresach niedostatku. Zasada pracy takiego układu w praktyce nie będzie się różnić od zasady pracy starego poczciwego pieca kaflowego, w którym grube kafle ceramiczne i glinowe wypełnienie najpierw gromadzą energie z paleniska, a potem długo ją oddają nawet po wygaszeniu płomienia. Przy przeniesieniu jednak tego pomysłu do skali makro musimy pokonać kilka dodatkowych problemów.

A. Piec kaflowy oddaje ciepło przez kilka godzin, natomiast nasz zbiornik musi nam zapewnić ogrzewanie przez kilka miesięcy i to nie jednego pomieszczenia, a całego budynku – musi więc być odpowiednio bardziej pojemny, a co za tym idzie większy. Implikuje to szereg nakładów inwestycyjnych w tym duża ilość (cena) materiału wypełniającego, duże nakłady na pracę ziemne konstrukcyjne oraz izolacyjne.

B. Ciepło w piecu kaflowym jest wytwarzane bezpośrednio w jego wnętrzu skąd przenika do ścian. W naszej instalacji będzie produkowane w kolektorach słonecznych na zewnątrz budynku, musi być, więc przetransportowane i równomiernie rozprowadzony po całym zbiorniku.

C. Piec jest montowany we wnętrzu pomieszczenia gdzie oddaje całość nagromadzonego ciepła. Projektowany przez nas zbiornik będzie zbyt duży, aby mógł zmieścić się wewnątrz budynku, co implikuje konieczność ograniczenia niekontrolowanego odpływu ciepła poprzez jego odpowiednią izolację.

Jak więc w praktyce tanio i efektywnie wykonać cysternę ciepła?

Wypełnienie

Po pierwsze materiał wypełniający i magazynujący energii musi być stosunkowo tani i łatwo dostępny, a jednocześnie zapewniający magazynowanie dużej ilości energii cieplnej. Najlepszy do tego celu jest kamień. W zasadzie sprawdzają się tutaj wszystkie rodzaje kruszywa ciężkiego, stosowanego np. do podbudowy dróg, więc: granit, diabaz, porfir itp. Materiały te są jednak stosunkowo drogie, chyba, że mamy do nich łatwy dostęp – doskonałe są na przykład otoczaki lub żwir rzeczny, który stosunkowo łatwo i tanio można pozyskać w niektórych regionach Polski. Trochę gorsze właściwości (mniejsza pojemność cieplna) ma beton, gruz rozbiórkowy betonowy lub ceglany, ale z uwagi na bardzo niską cenę są to materiały ciągle dobrze nadające się do wypełnienia cysterny cieplnej.

Lokalizacja i forma cysterny cieplnej

Z punktu widzenia formy i konstrukcji cysterny cieplne można podzielić na:

- projektowane i indywidulane na terenie działki.

- cysterny w obudowie gotowej - konstrukcje przywożone z zewnętrz i montowane na terenie lub pod terenem działki.

Cysterny projektowane i wykonywane indywidualne

W celu ograniczenia nakładów na prace ziemne celowym jest wykorzystanie wszystkich naturalnych uwarunkowań lokalnych na terenie działki. Często w ramach prac przygotowawczych jesteśmy zmuszeni do wykonania wstępnych prac terenowych np. niwelacji terenu lub zasypania jakiegoś zagłębienia czy zbiornika wodnego, lub na przykład wymiany słabego gruntu.  Naszą cysternę należy wtedy umieścić właśnie w takim naturalnym zagłębieniu lub sztucznym nasypie, który i tak musimy wykonać.

Do lokalizacji cysterny, świetnie nadają się też istniejące nieużytkowane konstrukcje w terenie.. stare niecki basenowe, kompostowniki, zbiorniki pożarowe itp. W tym przypadku zamiast ponosić niepotrzebne nakłady ich rozbiórki lub wypełnienia możemy je wykorzystać.

Dla potrzeb realizacji cysterny cieplnej można też wykorzystać system posadowienia budynku. Dotyczy to w szczególności przypadków, gdy budynek wymaga szczególnie masywnego fundamentowania (płyta denna, pale wiercone, lub kolumny typu jet-jetground) w tym przypadku elementy te po wykonaniu odpowiedniej izolacji mogą pełnić funkcję podziemnego magazynu ciepła. Rozwiązanie to jest wyjątkowo efektywne gdyż, znajdujący się ponad systemem budynek stanowi dodatkową izolację termiczną i wodną, jest też bezpośrednio przez niego ogrzewany.

Izolacja termiczna

Izolację termiczną cysterny powinien stanowić materiał o wysokiej izolacyjności cieplnej odporny na zawilgocenie np. styropian, suprema, itp.

Izolacja wodna

Woda to złodziej ciepła, nie dość, że jest doskonałym jego przewodnikiem, co może nam doprowadzić do rozpuszczenia całej zakumulowanej energii w gruncie, to dodatkowo w procesie parowania zużywa jego bardzo duże ilości. Z tych powodów ż nasza cysterna musi być całkowicie odcięta do wody gruntowej i opadowej. Efekt ten można uzyskać przez dokładne wykonanie izolacji wodnej z dowolnego materiału gwarantującego szczelność i trwałość. Ciężka folia budowlana, papa itp. Przy układaniu izolacji należy pamiętać o podstawowej zasadzie nie łączenia stykowego styropianu z papą lepikową.

Cysterny o obudowie gotowej

Wykonanie cysterny w obudowie gotowej to bardzo wygodna i szybka forma realizacji naszego projektu. Wymaga jednak taniego dostępu do takiej obudowy. Na gotową formę cysterny nadają wszelkiego rodzaju zużyte zbiorniki po substancjach płynnych sypkich, silosy zbożowe, kontenery ipt. Dodatkową zaletą takiego rozwiązania adaptacji gotowej obudowy na nasze cele jest fakt, że najczęściej odpadają nam wszelkie problemy z wykonanie izolacji wodnej, a w niektórych przypadkach również termicznej, gdyż te obudowy są już najczęściej szczelne. Zbiorniki takie montujemy najczęściej w wykopie, zapewaniające wcześniej wykonanie odpowiedniej izolacji termicznej, która w tym wypadku może być wykonana np. w postaci granulatowej obsypki, lub kliku warstw zwiniętej zużytej folii kubełkowej.

opracował mgr inż. arch. Aleksander Mirek