Coraz więcej domów ma kilka źródeł ciepła naraz: kominek z płaszczem wodnym, fotowoltaikę na dachu, grzałki w buforze albo w zasobniku, a do tego kocioł gazowy lub pompę ciepła jako rezerwę. Każde z nich z osobna działa. Kłopot zaczyna się wtedy, gdy mają działać razem — bo bez wspólnego sterowania źródła sobie przeszkadzają: kocioł grzeje bufor, który godzinę później miał przyjąć ciepło z kominka, a nadwyżka z paneli w tym czasie płynie do sieci za grosze.

Sercem takiej instalacji jest bufor, a jej mózgiem — sterownik, który wie, skąd w danej chwili ciepło jest najtańsze. Poniżej to, jak to poukładać, żeby działało samo i bezpiecznie.

Bufor, czyli wspólny magazyn

Bufor rozdziela produkcję ciepła od jego zużycia. Kominek oddaje dużo ciepła w krótkim czasie, fotowoltaika — w środku dnia, a dom potrzebuje go równo przez całą dobę, najwięcej wieczorem i nad ranem. Woda w zbiorniku to przechowuje.

Rachunek jest prosty: podgrzanie 1000 litrów wody o 1 stopień to około 1,16 kWh. Bufor 1000 l naładowany od 35 do 75°C mieści więc około 46 kWh — mniej więcej tyle, ile kominek z płaszczem wodnym oddaje do wody przez kilka godzin palenia, i tyle, ile przeciętny, dobrze ocieplony dom potrzebuje w chłodny dzień.

W buforze woda układa się warstwami: gorąca u góry, chłodna na dole. To zaleta, której nie wolno zepsuć. Dlatego pomiar w jednym punkcie nie wystarcza — trzy, cztery czujniki na różnych wysokościach mówią sterownikowi, ile energii naprawdę jest w zbiorniku i czy górna warstwa wystarczy jeszcze na ciepłą wodę.

Kolejność źródeł — najpierw to, co najtańsze

Cała logika sterowania sprowadza się do ustalenia priorytetów. Rozsądna kolejność wygląda zwykle tak:

Kominek — skoro już się pali, jego ciepło trzeba odebrać. Gdy płaszcz wodny się nagrzewa, pozostałe źródła mają się wycofać i zostawić mu miejsce w buforze.
Nadwyżka z fotowoltaiki — prąd, który i tak poszedłby do sieci po niskiej cenie, zamieniony w ciepło w grzałce.
Tania energia z sieci — tańsza strefa taryfy dwustrefowej albo godziny niskich cen w taryfie dynamicznej.
Źródło rezerwowe — kocioł gazowy albo pompa ciepła, które mają pilnować minimum, a nie grzeć „na zapas”.

Najważniejsza jest reguła dla ostatniej pozycji: rezerwa utrzymuje tylko tyle ciepła w górnej części bufora, ile potrzeba na najbliższe godziny. Kocioł, który po nocy ładuje bufor do pełna, zabiera miejsce słońcu, które wzejdzie za trzy godziny. Sterownik, który zna prognozę pogody, potrafi takie ładowanie świadomie odpuścić.

Kominek: pompa, zawór i praca bez prądu

Kominek z płaszczem wodnym to źródło, którego nie da się wyłączyć przyciskiem. Rozpalony, grzeje dalej — niezależnie od tego, co myśli sterownik. Dlatego układ wokół niego projektuje się inaczej niż wokół grzałki:

Pompa ładująca bufor rusza, gdy płaszcz jest wyraźnie cieplejszy od dolnej części bufora, i staje, gdy ta różnica znika. Włączanie jej „od temperatury” bez porównania z buforem kończy się przelewaniem ciepła w złą stronę po wygaśnięciu ognia.
Ochrona powrotu — zawór termostatyczny, który nie wpuszcza do płaszcza zbyt zimnej wody. Bez niego na ściankach skrapla się para ze spalin, a w palenisku osadza się smoła.
Zabezpieczenie przed przegrzaniem działające bez prądu — wężownica schładzająca z zaworem termicznym albo inne rozwiązanie wymagane dla danego typu układu. To nie jest zadanie dla sterownika.
Zasilanie awaryjne pompy — przy zaniku prądu z sieci falownik fotowoltaiki się wyłącza, pompy stają, a ogień w kominku pali się dalej. Niewielki zasilacz awaryjny dla pompy kominka i sterownika to tani spokój.

Zasada, od której nie robimy wyjątków: bezpieczeństwo instalacji nie może zależeć od sterownika, Wi-Fi ani aplikacji. Zabezpieczenia hydrauliczne muszą zadziałać same. Sterowanie odpowiada za to, żeby było taniej i wygodniej — nie za to, żeby nic nie wybuchło.

Grzałki na nadwyżkę z fotowoltaiki

Grzałka w buforze to najprostszy sposób, żeby zatrzymać w domu prąd, który inaczej trafiłby do sieci. Grzałka 3 kW pracująca pięć godzin w słoneczny dzień daje 15 kWh ciepła — to podniesienie temperatury 1000 litrów o blisko 13 stopni. Ale diabeł tkwi w sposobie włączania:

Nie włączać całej mocy na raz, gdy nadwyżka jest mniejsza. Grzałka 3 kW przy nadwyżce 1,5 kW grzeje w połowie prądem kupionym z sieci. Rozwiązaniem są grzałki stopniowane — na przykład trzy po 1 kW, każda na swojej fazie — albo regulator mocy, który płynnie dopasowuje pobór do bieżącej nadwyżki.
Regulator wybierać świadomie. Tani regulator fazowy „ścina” sinusoidę i potrafi zakłócać inne urządzenia. Regulacja grupowa, włączająca pełne okresy napięcia, jest pod tym względem spokojniejsza.
Uwzględnić, jak licznik rozlicza fazy. Od tego zależy, czy nadwyżkę z jednej fazy można zużyć grzałką na innej. To jedna z rzeczy, które trzeba sprawdzić przed doborem układu, a nie po nim.
Histereza i uśrednianie. Przy przelatujących chmurach nadwyżka skacze co kilkanaście sekund. Sterowanie reagujące na każdy skok zamęczy styczniki; uśrednienie pomiaru z kilku minut i minimalne czasy pracy i postoju rozwiązują problem.

Warto też zdecydować, gdzie grzałka siedzi. Umieszczona wysoko szybko daje gorącą wodę do kranu, ale grzeje tylko górną część zbiornika. Umieszczona nisko ogrzewa całą objętość, tylko wolniej. Przy buforze współpracującym z kominkiem zwykle wygrywa kompromis: grzałka w środkowej strefie i priorytet na ciepłą wodę użytkową.

Odbiór ciepła: niska temperatura to dłuższy zapas

Po stronie domu pracuje zawór mieszający z siłownikiem i czujnikiem temperatury zewnętrznej. Sterownik dobiera temperaturę wody w grzejnikach albo w podłogówce do pogody — według krzywej grzewczej — zamiast grzać zawsze tak samo. Im niższa temperatura zasilania, tym głębiej można „wyczerpać” bufor i tym dłużej jedno palenie w kominku albo jeden słoneczny dzień wystarcza. Ogrzewanie podłogowe jest tu sprzymierzeńcem: dla niego nawet bufor schłodzony do 35°C wciąż jest użyteczny.

Monitoring: widzieć, a nie zgadywać

Instalacja z kilkoma źródłami bez wykresów to czarna skrzynka. Wystarczy kilka pomiarów, żeby po miesiącu wiedzieć, co naprawdę się dzieje:

temperatury bufora na kilku wysokościach, płaszcza kominka, zasilania i powrotu,
energia oddana przez każde źródło — licznik ciepła na kominku, licznik prądu na grzałkach,
produkcja fotowoltaiki i to, ile z niej trafiło do grzałek, a ile do sieci.

Do tego powiadomienia o rzeczach, które wymagają reakcji: płaszcz kominka zbliża się do granicy, pompa nie ruszyła mimo różnicy temperatur, ciśnienie w instalacji spada. Dobre sterowanie odzywa się rzadko — tylko wtedy, gdy stało się coś nietypowego.

Od czego zacząć

Jeśli źródła już są, zwykle nie trzeba niczego wymieniać. Pierwszy krok to czujniki na buforze i pomiar energii — po kilku tygodniach widać, które źródło grzeje wtedy, kiedy nie powinno, i ile nadwyżki z paneli ucieka do sieci. Dopiero na tej podstawie ustala się priorytety i dokłada sterowanie.

Hydraulika to robota instalatora. Nasza część to elektronika i informatyka: czujniki, sterownik, rozdzielnica, wykresy, zdalny dostęp i powiadomienia. Jeśli planujesz taki układ albo masz już kilka źródeł, które nie chcą ze sobą współpracować — napisz do nas.