CZ2024195A3 - Zásobník tepla - Google Patents

Abstract

Zásobník tepla obsahuje zásobníkové nádrže (12) naplněné teplonosnou tekutinou. Zásobníkové nádrže (12) jsou spojeny do soustavy zásobníkových nádrží (12), přičemž povrch soustavy zásobníkových nádrží (12) je opatřen tepelnou izolací. Nejméně dvě zásobníkové nádrže (12) v soustavě zásobníkových nádrží (12) jsou spojeny vzájemným propojením stěn zásobníkových nádrží (12) nebo spojením zásobníkových nádrží (12) pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh.

Description

Zásobník tepla

Oblast techniky

Vynález se týká zásobníku tepla, obsahujícího zásobníkové nádrže naplněné teplonosnou tekutinou.

Dosavadní stav techniky

Teplo se z velké části využívá zejména k celoročnímu ohřevu vody v bytech, v průmyslu a ve službách a k jejich vytápění v zimním období.

Teplo se využívá také při chlazení nebo klimatizaci v letním období, jen má teplonosná tekutina nízkou teplotu.

K výrobě tepla pro velké městské aglomerace slouží teplárny, ve kterých se používají fosilní, dobře skladovatelná paliva. Jejich výkon lze celkem pohotově regulovat a v zimním období zvyšovat podle počasí, ale z ekologických, ekonomických a politických důvodů je nutno jejich provoz omezovat.

Výroba plynu elektrolýzou vody ke skladování a ke spalování v topné sezóně je neekonomická. Energie ze slunečních a větrných elektráren se vyrábí stále více a levněji, ale stále nepravidelně. V zimním období je výkon těchto elektráren nedostačující a nespolehlivý. Tepelná soustrojí pro vytápění jsou poháněná elektřinou, její sezónní odběr značně zatěžuje elektrárny a mohou tedy výrobu tepla nepříjemně prodražit. Jaderné elektrárny jsou také počítány mezi ekologické zdroje energie, ale pro účely dodávek tepla jsou na území státu rozmístěny nerovnoměrně a vyžadují stálý odběr energie, jinak se zhoršuje ekonomika jejich provozu. Rovněž plánované malé jaderné elektrárny nebo teplárny budou vyžadovat stálý odběr energie. Také v létě se výroba elektrické energie v tepelných elektrárnách stále častěji potýká s velkými problémy kvůli nedostatečnému chlazení kondenzátu, protože je ve stále větší míře zatěžuje provoz klimatizačních zařízení.

Spotřeba tepla a výroba tepla z obnovitelných zdrojů není rovnoměrná, kolísá během dne i v delších intervalech, na druhé straně výroba a regulace tepla z fosilních paliv není vždy příliš výhodná, proto se ve stále větší míře využívá skladování tepla v zásobnících tepla.

Zásobníky tepla jsou také součástí různých technologií pro dlouhodobé skladování elektřiny s velkými výkony a kapacitami, např. systémů se skladováním energie stlačeného vzduchu (CAES), systémů se zkapalňováním vzduchu (LAES) nebo Camotových baterií (CB).

V zásobnících tepla se teplo ukládá v teplonosné tekutině, protože se teplo jejím prostřednictvím snadno dopravuje a tekutina zajišťuje výborný kontakt s teplosměnnou plochou. Ve stavu techniky jsou známé zásobníky tepla popsány např. v americké patentové přihlášce US 4170199 A nebo japonské patentové přihlášce JP H1089732 A.

Tekutinou je kapalina nebo plyn. Kapalinou bývá obvykle voda, olej, roztoky solí nebo zkapalněné soli či kovy.

Voda má pro skladování tepla proti ostatním kapalinám navíc výhodu, že má vysoké měrné teplo, je snadno dostupná, bezpečná a má dobrou tepelnou vodivost.

Ke skladování tepla pomocí tekutiny slouží v zásobníku tepla obvykle zásobníkové nádrže, které bývají umístěny odděleně vedle sebe a každá je samostatně opatřena tepelnou izolací, která je relativně drahou, ne-li nejdražší položkou v celkové ceně zásobníkových nádrží.

- 1 CZ 2024- 195 A3

Z výrobních a montážních důvodů se tyto zásobníkové nádrže vyrábějí s šířkou nebo průměrem do několika metrů.

Zásobník tepla bývá umístěn na pevném podkladu, tj. na podloží. Na podloží může být vybetonován základ, na kterém je umístěna zásobníková nádrž.

Nej častěji je však zásobník tepla uspořádán tak, že na základu je umístěn podstavec a na něm je umístěna zásobníková nádrž.

Při tomto uspořádání zásobníkových nádrží má obsluha a údržba sice dobrý přístup k celému povrchu zásobníkové nádrže, ale povrch zásobníkové nádrže jev poměru k objemu zásobníkové nádrže relativně velký, takže i cena izolace a ztráty tepla izolací jsou relativně vysoké, což výrazně zvyšuje celkovou cenu tepla uskladněného v zásobníku tepla.

Množství tepla uskladněného v zásobníku tepla se mění změnou množství a/nebo změnou teploty teplonosné tekutiny.

Krátkodobé, tj. denní, nejvýše týdenní skladování tepla lze v dosavadních zařízeních ekonomicky zajistit, avšak dlouhodobé - sezónní uskladnění tepla, tj. uskladnění tepla na dobu nejméně 6 měsíců až jednoho roku, je neekonomické, proto zásobníky tepla pro velké kapacity vlastně neexistují.

Proto je stále naléhavější řešit dlouhodobé skladování tepla a to tak, aby bylo levné a dostupné ve velkém množství a aby bylo možno zajišťovat jeho výrobu co nejvíce z ekologických zdrojů, nejlépe pouze z obnovitelných zdrojů, aby se omezilo oteplování atmosféry.

Úkolem vynálezu je vyřešit prostorově a konstrukčně úsporné zařízení, které umožní dlouhodobě ekonomicky skladovat teplo ve velkém množství, zejména pro účely sezónního vytápění nebo chlazení bytových a nebytových prostorů, přičemž umožní efektivně využívat ekologické zdroje energie se stálou i proměnlivou výrobou.

Podstata vynálezu

Vynález řeší uvedený úkol v prvním aspektu zásobníkem tepla, obsahujícím zásobníkové nádrže naplněné teplonosnou tekutinou a umístěné na nosném prvku, přičemž zásobníkové nádrže jsou spojeny do soustavy zásobníkových nádrží, přičemž povrch soustavy zásobníkových nádrží je opatřen tepelnou izolací, přičemž zásobník tepla dále obsahuje podstavce pro nesení zásobníkových nádrží, přičemž každý podstavec se zásobníkovou nádrží tvoří součást modulu, přičemž modul je umístěn na nosném prvku, kterým je základ, který je umístěn v podloží a je uspořádán pro nesení podstavce a zásobníkové nádrže, jehož podstatou je, že nejméně dvě zásobníkové nádrže v soustavě zásobníkových nádrží jsou spojeny vzájemným propojením stěn zásobníkových nádrží pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů, nebo spojením zásobníkových nádrží pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh. Uvedené provedení je dále označováno i jako „stabilní“.

Vynález řeší uvedený úkol ve druhém aspektu zásobníkem tepla, obsahujícím zásobníkové nádrže naplněné teplonosnou tekutinou a umístěné na nosném prvku, přičemž zásobníkové nádrže jsou spojeny do soustavy zásobníkových nádrží, přičemž povrch soustavy zásobníkových nádrží je opatřen tepelnou izolací, přičemž zásobník tepla dále obsahuje podstavce pro nesení zásobníkových nádrží, přičemž každý podstavec se zásobníkovou nádrží tvoří součást modulu, přičemž modul je umístěn na nosném prvku, jehož podstatou je, že nejméně dvě zásobníkové nádrže v soustavě zásobníkových nádrží jsou spojeny vzájemným propojením stěn zásobníkových nádrží pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů, nebo spojením

-2CZ 2024- 195 A3 zásobníkových nádrží pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh, přičemž nosným prvkem, kterým je plovák, který je umístěn v kapalině v základní nádrži a je uspořádán pro nesení podstavce a zásobníkové nádrže. Uvedené provedení je dále označováno i jako „plovoucí“.

Teplonosná tekutina pro skladování tepla je s výhodou kapalina, s výhodou voda, protože má z běžných kapalin nejvyšší měrné teplo, je snadno dostupná, bezpečná a má dobrou tepelnou vodivost.

Přednostně je v dalším textu teplonosnou kapalinou voda.

Voda může být s výhodou chemicky upravena pro snížení korozní agresivity a také může být upravena pro zajištění biologické nezávadnosti.

S výhodou je použita sladká voda z řeky nebo z jezera, čímž se zejména vnitřní prostory zásobníkových nádrží lépe ochrání proti korozi. To je výhodné i v situaci, kdy je zásobník tepla umístěn v moři (které obsahuje slanou vodu).

Zásobníkové nádrže mohou být otevřené do okolního prostředí nebo uzavřené.

V otevřených zásobníkových nádržích lze jako kapalinu s výhodou používat běžnou nebo částečně upravenou vodu, s výhodou upravenou filtrováním, aby nemohlo dojít k ohrožení okolního životního prostředí při náhodném vytečení vody ze zásobníkových nádrží.

V uzavřeném provedení zásobníkových nádrží může být voda s výhodou zahuštěna rozpustnými nebo nerozpustnými látkami, čímž lze dosáhnout vyšších přenášených výkonů, a může být upravena pro snížení erozivního či korozivního působení na součásti zásobníku tepla či pro snížení vzniku minerálních usazenin.

V uzavřeném provedení zásobníkových nádrží nedochází k odpařování vody do okolního ovzduší a k nutnosti jejího doplňování.

Vzájemné spojení zásobníkových nádrží propojením jejich stěn nebo spojením stěn svislými a/nebo vodorovnými výztuhami zajišťuje především dostatečnou soudržnost, tuhost a pružnost soustavy zásobníkových nádrží, jakož i rovnoměrnost rozdělení napětí v materiálu. Konstrukce soustavy zásobníkových nádrží dále umožňuje maximální využití plochy a únosnosti pozemku, na kterém je umístěna.

Jestliže je soustava zásobníkových nádrží krychlového tvaru, kde a je šířka krychle, pak objem soustavy zásobníkových nádrží lze vyjádřit vztahem V=a³ a plochu povrchu soustavy zásobníkových nádrží lze vyjádřit vztahem S=6.a².

Poměr plochy povrchu a objemu soustavy zásobníkových nádrží je vyjádřen vztahem k=S/V=6/a, z čehož je zřejmé, že se tento poměr zmenšuje s rostoucí šířkou krychle.

S rostoucími rozměry se relativně zmenšuje plocha povrchu soustavy zásobníkových nádrží a cena potřebné tepelné izolace, v důsledku toho klesají měrné náklady na skladování tepla.

Čím větší je soustava zásobníkových nádrží, tím déle a při vyšší teplotě v ní lze teplo udržet.

Efektivnost zásobníku teplaje tudíž vyšší než u dosavadních zařízení pro dlouhodobé skladování tepla, ve kterých jsou zásobníkové nádrže izolovány samostatně, jednotlivě.

Skladovací cyklus je ohřev vody a ochlazení vody v zásobníku tepla o stanovený rozdíl teplot, např. o 20 °C, v rozsahu např. 55 až 75 °C.

- 3 CZ 2024- 195 A3

Se zvětšujícím se rozdílem mezi teplotou vody a okolím se zvyšují tepelné ztráty a rostou náklady na tepelnou izolaci.

Průběh skladovacího cyklu závisí na druhu a způsobu provozování zdroje tepla a na druhu a způsobu provozování spotřebiče tepla.

Ohřev vody a ochlazení vody mohou být provozovány různými způsoby:

- postupně za sebou;

- souběžně;

- nezávisle na sobě;

- s proměnnou frekvencí, s proměnnou intenzitou.

Do zásobníku tepla se po zahájení provozu přivádí teplo, přičemž se postupně zvyšuje teplota skladované vody, až dosáhne stanoveného limitu, kdy lze teplo ze zásobníku odvádět.

Po zahájení provozu zásobníku tepla pro potřeby sídliště se bude teplo s výhodou postupně 4 až 6 měsíců přidávat do zásobníku tepla a jakmile teplota vody dosáhne potřebné hodnoty, např. 55 °C, je možno začít s dodáváním tepla na sídliště, a to celoročně k ohřevu užitkové vody a v zimním období k vytápění bytů.

Jestliže je teplo přiváděno do zásobníku tepla v průběhu celého roku, byť nepravidelně, lze je také odebírat i mimo topnou sezónu.

Za celý rok tak může proběhnout v zásobníku tepla několik skladovacích cyklů.

Jestliže není sídliště příliš daleko, je výhodné udržovat v zásobníku tepla teplotu vody v mezích 55 až 75 °C. Pokud by teplota vody stoupala nad stanovenou nejvyšší hodnotu ještě před zahájením topné sezóny, je výhodné teplo využívat také v rekreačních objektech, např. ve veřejných bazénech.

Efektivnost využití tepla v zásobníku tepla se zvyšuje s rostoucí velikostí zásobníku tepla, s kvalitnější a silnější tepelnou izolací a také s větším počtem skladovacích cyklů za rok, tj. při kombinovaném využívání nejen v zimním období, nýbrž po celý rok.

Tepelné ztráty zásobníku tepla totiž zůstávají při různém počtu skladovacích cyklů v podstatě stejné, ale celkové množství přivedeného a odebraného tepla může být při kombinovaném využívání podstatně vyšší, takže i celkové využití tepla může být např. až 80 %, a to v rozsahu teplot vhodných pro vytápění.

Horní dna zásobníkových nádrží v otevřeném provedení jsou s výhodou vybavena krátkým odvětrávacím potrubím, kterým je vnitřní vzduchový prostor nad hladinou vody s výhodou volně spojen do okolního ovzduší, čímž je zabráněno zvýšení vnitřního přetlaku vzduchu při plnění zásobníkových nádrží nebo vzniku podtlaku vzduchu při vypouštění zásobníkových nádrží a vnitřní přetlak v zásobníkových nádržích je vyvolán pouze hydrostatickým tlakem vodní náplně.

V uzavřeném provedení zásobníkových nádrží je plynový prostor nad hladinou kapaliny v zásobníkových nádržích oddělen od okolní atmosféry a tlak plynu v základní nádrži nemusí být roven tlaku okolní atmosféry. Je zabráněno odpařování vodní náplně v zásobníku tepla a tím je omezena i tvorba minerálních usazenin na vnitřních stěnách zejména zásobníkových nádrží. Náplň vody v zásobníkových nádržích pak nemění svou hmotnost, není nutno ji doplňovat a lze snadno stabilizovat a kontrolovat její čistotu a chemické složení. Může zde být výhodně používán inertní plyn, s výhodou dusík, který je sice dražší, ale snižuje korozi součástí zásobníku tepla.

V horním dnu každé zásobníkové nádrže je s výhodou umístěna odbočka odvětrávacího potrubí.

-4CZ 2024- 195 A3

Odvětrávací potrubí od každé zásobníkové nádrže je s výhodou propojeno do sítě odvětrávacího potrubí, která je připojena k zásobníku plynu.

Spojením odvětrávacích potrubí všech zásobníkových nádrží se usnadňuje vyrovnávání hladin vody při nerovnoměrném plnění a vyprazdňování zásobníkových nádrží vodou.

Při opravách nebo při poruše, kdy se může měnit plnění zásobníkových nádrží vodou, a v důsledku změn teploty vody v zásobníkových nádržích se mění tlak nasycených par v plynu nad hladinou vody.

Aby nedocházelo k tlakovému přetížení zásobníkových nádrží zejména z uvedených důvodů, je tlak plynu nad hladinou vody s výhodou udržován na hodnotě tlaku okolního ovzduší pomocí regulačních uzávěrů a/nebo pojistných ventilů.

Pro možnost skladování tepelné energie plynu je plynový prostor zásobníku tepla tvořen spojenými plynovými prostory, plynovými nádržemi.

Zásobník tepla lze použít i ke skladování tlakové energie plynu.

Nádrž plněná stlačeným plynem se pak nazývá tlaková plynová nádrž nebo též tlakovzdušná nádrž, je-li stlačeným plynem vzduch.

Pro možnost skladování tepelné energie kapaliny a současně tepelné a tlakové energie plynu současně může být zásobníková nádrž plněna společně kapalinou i plynem, s výhodou stlačeným plynem. Pak je vodní nádrž současně tlakovou nádrží.

Zásobníkové nádrže jsou s výhodou umístěny na podstavcích, které vytvářejí prostor pro umístění oběhového potrubí pod zásobníkovými nádržemi a pro pracovní plošiny k chůzi pracovníků obsluhy a údržby.

Zásobník tepla pro své umístění vyžaduje podklad o potřebné ploše. Podklad může mít různou poddajnost, pevnost - od pevné horniny až po kapalinu.

Zásobník tepla lze s výhodou umístit na horninovém podloží, pak se jedná o stabilní provedení, o stabilní zásobník tepla, resp. stabilní soustavu modulů.

Zásobník tepla lze s výhodou umístit v kapalném prostředí, s výhodou ve vodě, v základní nádrži, např. v jezeru nebo v moři, pak se jedná o plovoucí provedení, o plovoucí zásobník tepla, resp. plovoucí soustavu modulů.

Čím únosnější je podloží nebo čím větší je hloubka vody v základní nádrži, tím větší kapacitu může mít zásobník tepla.

Zásobníkové nádrže a podstavce jsou v zásobníku tepla umístěny na nosném prvku.

Pro stabilní zásobník teplaje nosným prvkem základ.

Pro plovoucí zásobník teplaje nosným prvkem plovák.

Základ nebo plovák je tedy určen k nesení všech dalších částí zásobníku tepla.

Plovák ponořením do vody v základní nádrži a působením vnějšího hydrostatického přetlaku vody vytváří vztlak potřebný pro plavání plovoucího zásobníku tepla ve vodě v základní nádrži.

- 5 CZ 2024- 195 A3

Plovák je s výhodou umístěn v dolní části plovoucího zásobníku tepla.

Plovák musí mít výšku, která přesahuje nad hladinu vody v základní nádrži tak, aby bylo zajištěno bezpečné plavání plovoucího zásobníku tepla i při jeho největším přípustném naklonění.

Plovák a zásobníková nádrž jsou tlakové nádoby, které jsou zatíženy vnitřním a/nebo vnějším přetlakem tekutin, proto jsou s výhodou jsou opatřeny dolním a horním klenutým dnem, které nejlépe odolává tomuto zatížení. Jsou s výhodou vyrobeny z materiálu odolávajícího korozi, s výhodou z nerezové oceli.

Zásobník tepla s výhodou obsahuje soustavu modulů, pak lze zásobník tepla nazývat jako modulový zásobník tepla. V soustavě modulů jsou sdruženy nejméně dva moduly.

Modul obsahuje zásobníkovou nádrž umístěnou na podstavci, s výhodou je vytvořen tak, že zásobníková nádrž a podstavec zaujímají v prostoru modulu stejný půdorys.

Z podstaty tohoto uspořádání vyplývá, že moduly, tj. zásobníkové nádrže i podstavce pod těmito nádržemi jsou v soustavě modulů umístěny vedle sebe a jsou navzájem spojeny vždy shodným způsobem, tj. propojením jejich stěn pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů, nebo spojením jejich stěn pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh.

Soustava zásobníkových nádrží je tedy součástí modulového zásobníku tepla.

Jelikož jsou části modulu, zejména podstavec, plovák nebo i zásobníková nádrž, zatíženy na vzpěr, zásobníková nádrž také vnitřním přetlakem, je modul pro tento druh zatížení vyroben výhodně válcovitého tvaru se svislou podélnou osou a s kruhovým tvarem vodorovného průřezu, výhodně z plechu. Tento tvar modulu umožňuje nejvyšší odolnost na zatížení a nejlepší využití konstrukčního materiálu.

Modulová konstrukce také zjednodušuje a tím zlevňuje výrobu a montáž zásobníku tepla.

S výhodou je soustava modulů tvořena skupinami modulů.

Ve stabilním modulovém zásobníku teplaje s výhodou:

- modul postaven na samostatném základu;

- skupina modulů postavena na samostatném základu;

- celá soustava modulů postavena na společném základu.

V plovoucím modulovém zásobníku tepla s výhodou:

- modul obsahuje plovák;

- skupina modulů obsahuje plovák;

- celá soustava modulů obsahuje plovák.

S výhodou jsou také podstavce opatřeny tepelnou izolací, s výhodou po obvodu soustavy modulů.

S výhodou jsou také plováky opatřeny tepelnou izolací, s výhodou po obvodu soustavy modulů.

Základní nádrž může být s výhodou tvořena mořem nebo řekou, umělým vodním dílem, jezerem, např. v místě vytěženého povrchového dolu, nebo může být vytvořena jako jáma pod povrchem nebo jako jáma otevřená k povrchu, s výhodou může být vytvořena na povrchu jako zahloubená základní nádrž, přičemž hornina vytěžená při hloubení základní nádrže může být s výhodou využita k vytvoření náspu nebo hráze kolem zahloubení za účelem zvýšení hladiny vody a tedy hloubky základní nádrže.

-6CZ 2024- 195 A3

Základní nádrž by měla být s výhodou bezodtoková, aby se snížilo riziko, že při neúmyslném nebo úmyslném vypuštění vody ze základní nádrže nebo v důsledku poškození, netěsnosti či propustnosti její hráze nebo jejího dna dojde k poškození plovoucího zásobníku tepla při jeho dosednutí na dno základní nádrže.

S výhodou je zásobník tepla částečně nebo plně ponořen do vody v základní nádrži, pokud je tepelná izolace plovoucího zásobníku tepla dostatečně odolná proti hydrostatickému tlaku vody.

Část soustavy zásobníkových nádrží ponořená pod úrovní hladiny vody v základní nádrži může mít fúnkci plováku.

V ponořené části se hydrostatický tlak vody uvnitř zásobníkových nádrží vyrovnává s hydrostatickým tlakem vody vně zásobníkových nádrží, takže zásobníkové nádrže mohou mít sníženou tloušťku stěn.

Množství tepla uskladněného v zásobníku tepla se mění změnou množství a/nebo změnou teploty teplonosné tekutiny.

Jestliže se množství teplonosné tekutiny v zásobníku tepla nemění, teplonosná tekutina pouze obíhá mezi zdrojem tepla, zásobníkem tepla a spotřebičem tepla, ve kterých se přímo (tj. výměnou teplonosné tekutiny) nebo prostřednictvím teplosměnných ploch uskutečňuje přenos tepla.

Zásobník tepla s výhodou obsahuje zařízení pro přívod tepla ze zdroje tepla.

Zařízení pro přívod tepla obsahuje s výhodou topné oběhové potrubí s uzávěry, které spojuje zdroj tepla se zásobníkem tepla.

Pak se ohřev teplonosné tekutiny v zásobníku tepla provádí oběhem teplonosné tekutiny v topném oběhovém potrubí mezi zdrojem tepla a zásobníkovými nádržemi.

Zařízení pro přívod tepla obsahuje s výhodou teplosměnnou plochu, která může být umístěna uvnitř nebo vně zásobníkových nádrží.

Pak se ohřev teplonosné tekutiny v zásobníku tepla provádí s výhodou prostřednictvím teplosměnné plochy.

Teplosměnná plocha je tvořena s výhodou stěnami topného výměníku nebo topného tělesa, např. elektrického.

K elektrickému topnému tělesu je připojeno elektrické vedení a rozváděč s vypínačem.

Jestliže je teplosměnná plocha umístěna vně zásobníkových nádrží, pak zařízení pro přívod tepla obsahuje s výhodou topné oběhové soustrojí.

Pak se oběh teplonosné tekutiny mezi teplosměnnou plochou a zásobníkovými nádržemi provádí pomocí topného oběhového soustrojí.

Topné oběhové soustrojí je tvořeno pohonným motorem a čerpadlem pro oběh kapaliny nebo kompresorem, příp. ventilátorem pro oběh plynu.

Jestliže se množství tepla uskladněného v zásobníku tepla mění změnou množství teplonosné tekutiny, topné oběhové soustrojí může být součástí zdroje tepla, v tom případě další topné oběhové soustrojí v zařízení pro přívod tepla není potřebné.

-7CZ 2024- 195 A3

Zásobník tepla s výhodou obsahuje zařízení pro odběr tepla do spotřebiče tepla, kterým může být vytápěný objekt.

Zařízení pro odběr tepla obsahuje s výhodou odběrové oběhové potrubí s uzávěry, které spojuje spotřebič tepla se zásobníkem tepla.

Pak se odběr tepla z teplonosné tekutiny v zásobníku tepla provádí oběhem teplosměnné tekutiny v odběrovém oběhovém potrubí mezi spotřebičem tepla a zásobníkem tepla.

Zařízení pro odběr tepla obsahuje s výhodou teplosměnnou plochu, která může být umístěna uvnitř nebo vně zásobníkových nádrží.

Pak se odběr tepla z teplonosné tekutiny v zásobníku tepla provádí s výhodou prostřednictvím teplosměnné plochy.

Teplosměnná plocha je tvořena s výhodou stěnami odběrového výměníku.

Jestliže je teplosměnná plocha umístěna vně zásobníkových nádrží, pak zařízení pro odběr tepla obsahuje s výhodou odběrové oběhové soustrojí.

Pak se oběh teplonosné tekutiny mezi teplosměnnou plochou a zásobníkovými nádržemi provádí pomocí odběrového oběhového soustrojí.

Odběrové oběhové soustrojí je tvořeno pohonným motorem a čerpadlem pro oběh kapaliny nebo kompresorem, příp. ventilátorem pro oběh plynu.

Topné oběhové potrubí v zařízení pro přívod tepla je s výhodou plně odděleno od odběrového oběhového potrubí v zařízení pro odběr tepla. Obě zařízení tak mohou obsahovat jinou teplonosnou tekutinu.

Zásobníkové nádrže s výhodou mohou také obsahovat odlišnou teplosměnnou tekutinu. V takovém případě je přenos tepla mezi teplosměnnou tekutinou v zásobníku tepla a tekutinami v zařízení pro přívod tepla nebo i v zařízení pro odběr tepla zajištěn s výhodou teplosměnnými plochami.

Jestliže v zásobníku tepla obíhá upravená kapalina, která např. zvyšuje odolnost zásobníkových nádrží, oběhového potrubí, oběhových soustrojí a výměníků proti korozi, může být výhodné ji zabezpečit proti ztrátám při poruchách topného systému, ke kterým nej častěji dochází ve vytápěném objektu nebo v dálkovém potrubí.

Odběrové oběhové potrubí v zařízení pro odběr tepla je proto s výhodou plně odděleno odběrovým výměníkem od objektového oběhového potrubí vytápěného objektu. Zařízení vytápěného objektu obsahuje s výhodou objektové oběhové potrubí, objektové oběhové soustrojí a objektový výměník.

Umístění zařízení pro přívod či odvod tepla vůči zásobníkovým nádržím má rovněž vliv na provozní náklady a na cenu uskladněného tepla.

Uvnitř soustavy modulů je prostředí s teplotou, která není příznivá pro provoz oběhových soustrojí a uzávěrů potrubí ani pro pracovníky obsluhy a údržby, proto je výhodné umístit oběhová soustrojí a uzávěry vně soustavy modulů.

Potrubí, oběhová soustrojí a uzávěry umístěné vně soustavy modulů jsou s výhodou tepelně izolovány, aby se snížily ztráty uskladněného tepla.

-8CZ 2024- 195 A3

Stabilní zásobník tepla je s výhodou vybaven zachycovací nádrží nezbytného objemu pro případný únik kapaliny z některých zásobníkových nádrží.

Výška vody v zásobníkových nádržích určuje hydrostatický tlak vody, kterým voda působí na stěny zásobníkových nádrží, oběhového potrubí a oběhového soustrojí.

Oběhové soustrojí může být umístěno v různé výšce vůči hladině vody v zásobníkových nádržích. Tím se mění i tlakové zatížení stěn oběhového soustrojí.

V plovoucím zásobníku tepla mohou být oběhová soustrojí a uzávěry umístěny v úrovni nebo nad úrovní hladiny vody v základní nádrži, takže budou snadno dostupné pro montáž, obsluhu a údržbu.

Při provozu zásobníku teplaje výška naplnění zásobníkových nádrží vodou stálá, proto je hlavní zatížení všech částí zásobníku tepla také stálé.

K hlavnímu zatížení je nutno přičítat ještě další, nepravidelné zatížení, zejména nesouměmé zatížení částí zásobníku tepla způsobené:

- působením větru;

- dynamickými rázy vody v oběhovém potrubí;

- přetlakem vzduchu v odvětrávacím potrubí a v zásobníkových nádržích;

- teplotními změnami;

- u plovoucího zásobníku tepla také jeho nakláněním a kýváním na hladině vody v základní nádrži,

- u stabilního zásobníku tepla nerovnoměrnými poklesy podloží.

Půdorysný tvar zásobníku tepla může být pravidelný nebo nepravidelný, u stabilního zásobníku tepla bude nutno respektovat oblast vhodné únosnosti podloží pro umístění stabilní soustavy modulů, u plovoucího zásobníku tepla bude nutno respektovat tvar základní nádrže pro umístění plovoucí soustavy modulů.

U stabilního modulového zásobníku tepla může výšková úroveň dílčích plošných částí základu s výhodou kopírovat i svažitý reliéf podloží na pozemku, na němž bude stabilní modulový zásobník tepla postaven, přičemž je nutné zabránit sesuvům svahu.

V tomto stabilním modulovém zásobníku tepla je výhodné, aby prostřednictvím oběhového potrubí a oběhových soustrojí byly spojeny pouze zásobníkové nádrže se stejnou stavební výškou a se stejnou výškovou polohou, tzn. po vrstevnicích.

Plovoucí zásobník tepla má jednoduchou konstrukci, jeho plováky mohou výhodně svými stěnami a dny kopírovat tvar základní nádrže, aby se co nejvíce využil objem základní nádrže pro účely skladování tepla a např. aby byla možnost posazení plovoucího zásobníku tepla na dno základní nádrže při opravách, dále jej lze vyrobit velmi objemný, přitom dobře vyvážený a s velkým ponorem podle velikosti základní nádrže, zejména pokud je základní nádrž tvořena mořem.

Kolem plovoucího zásobníku teplaje výhodné ponechat dostatečný volný vodní prostor, zejména mezi dnem plovoucího zásobníku tepla a dnem základní nádrže je nutno zachovávat hloubkovou rezervu, aby nedošlo k poškození plovoucího zásobníku tepla ani základní nádrže při bočním vychýlení nebo kývání plovoucího zásobníku tepla za silného větru a vlnění nebo při zemětřesení, kdy se tlakové rázy od základní nádrže lépe rozptýlí kolem plovoucího zásobníku tepla.

Po odečtení hloubkové rezervy od celkové hloubky základní nádrže zůstává k dispozici

-9CZ 2024- 195 A3 využitelná hloubka pro ponor plovoucího zásobníku tepla.

Jedna část využitelné hloubky je využita pro ponor plováku při prázdném plovoucím zásobníku tepla. Druhá část využitelné hloubky je využita pro zvýšení ponoru plováku úvodním jednorázovým přečerpáním vody ze základní nádrže nebo z jiného zdroje vody do zásobníkových nádrží v plovoucím zásobníku tepla. Odpovídající objem nevyužité vody musí být ze základní nádrže vytlačen, pokud má celková hloubka vody v základní nádrži zůstat na původní hodnotě.

Kapacita, hmotnost a v důsledku pak investiční náročnost plovoucího zásobníku tepla závisí tedy na poměru výšky vody v zásobníkových nádržích a ponoru plováku při dané využitelné hloubce, obecně na poměru hmotnosti vody v zásobníkových nádržích a hmotnosti plovoucího zásobníku tepla.

Z důvodu odpařování je nutno doplňovat vodu v základní nádrži, aby byla dodržena využitelná hloubka pro bezpečné provozování plovoucího zásobníku tepla.

Větším odparem vody, zanesením dna v základní nádrži nebo při větším zatížení plovoucího zásobníku tepla minerálními usazeninami na stěnách potrubí, zásobníkových nádrží či plováků se sníží využitelná hloubka základní nádrže. V nezbytném případě lze vypuštěním vody z plovoucího zásobníku tepla snížit jeho ponor, aby nedošlo k jeho poškození o dno základní nádrže. Sníží se tím kapacita plovoucího zásobníku tepla, ale ten se udrží v provozu do doby, než se podaří obnovit využitelnou hloubku v základní nádrži.

Únosnost podloží u stabilního zásobníku tepla, tak jako vztlak (ponor) plováků ve využitelné hloubce u plovoucího zásobníku tepla, jsou využity k nesení základu, vlastní hmotnosti zásobníku tepla a hmotnosti vody v jeho zásobníkových nádržích.

Dosažitelná hmotnost zásobníku teplaje úměrná jeho ponoru či únosnosti podloží.

Množství tepla v zásobníku tepla závisí také na množství uskladněné vody a tedy na její výšce v zásobníkových nádržích.

Je výhodné, aby hmotnost zásobníku tepla byla co nejlépe využita ve prospěch výšky zásobníkových nádrží.

Plovoucí zásobník tepla může mít těžiště vysoko nad hladinou kapaliny v základní nádrži či nad úrovní základu a zejména při nerovnoměrném plnění nebo při nahodilém bočním zatížení silným větrem se s nesprávným konstrukčním řešením může dostat do nestabilního stavu.

Vysoký plovoucí zásobník tepla při štíhlém tvaru vyžaduje tudíž pevné opory pro zajištění stability.

Stabilitu zásobníku tepla lze s výhodou zajistit tak, že bude mít dostatečnou šířku podle únosnosti podloží, u plovoucího zásobníku tepla je výhodné zajistit, že bude mít na principu katamaránu pokud možno větší šířku, než je jeho výška nad hladinou vody v základní nádrži.

Při dané výšce těžiště zásobníku tepla bude jeho šířka odvozena od sil, které mohou způsobit jeho naklonění, u plovoucího zásobníku tepla také od volby přípustného naklonění.

Výška těžiště zásobníku tepla závisí hlavně na poměru hmotnosti vodní náplně v zásobníkových nádržích a hmotnosti zásobníku tepla.

Vytvořením spojené soustavy menších zásobníkových nádrží v zásobníku tepla se zpomalí nebo zabrání přelévání velkého objemu vody v zásobníkových nádržích a také se tím zlepší pevnost a stabilita zásobníku tepla.

- 10 CZ 2024- 195 A3

Vnitřní přepážky a/nebo dutiny v zásobníkových nádržích mají stejný účel, navíc jsou s výhodou využity také jako výztuhy zásobníku tepla pro zvýšení jeho pevnosti a tvarové stability a pro snížení tloušťky stěn dalších konstrukčních prvků.

Při výpočtu stability modulu na podloží je nutno uvažovat i příslušnou část základu.

Oběh vody mezi přívodem tepla, zásobníkovými nádržemi a odvodem tepla musí být pokud možno rovnoměrný, aby se minimalizovalo kolísání výšky hladiny vody v zásobníkových nádržích a tepelné namáhání v konstrukci zásobníku tepla.

U stabilního zásobníku teplaje důležité dbát na rovnoměrné zatěžování základů, aby nedocházelo k jejich přetížení a poškození, u plovoucího zásobníku tepla je nutno dbát, aby nedocházelo k jeho nepřiměřenému naklánění a tím až k potopení.

Rovnoměrnost plnění zásobníkových nádrží vodou lze zajistit regulováním průtoku vody pomocí uzávěrů v oběhovém potrubí, regulací výkonu oběhových soustrojí, provozováním oběhových soustrojí vyváženě k těžišti zásobníku tepla, provozováním oběhových soustrojí ve skupinách zásobníkových nádrží a/nebo regulací přetlaku plynu nad hladinou vody v zásobníkových nádržích.

Větší počet menších oběhových soustrojí umožňuje lépe regulovat výkon jednotlivých zdrojů nebo spotřebičů tepla, u menšího počtu větších oběhových soustrojí lze lépe řešit jejich účinnost.

Regulace průtoku vody nebo průtoku vzduchu nad hladinou vody se provádí škrcením jejich průtoku, přičemž u zásobníkových nádrží, které jsou blíže k oběhovému soustrojí, musí být intenzita škrcení vyšší.

Zvýšené tlaky vody a zvýšený přetlak, příp. podtlak vzduchu v zásobníkových nádržích kladou zvýšené nároky na dimenzování všech částí zásobníku tepla.

Regulační uzávěry mohou být instalovány také v odbočkách odvětrávacího potrubí k zásobníkovým nádržím a/nebo v odvětrávacím potrubí mezi zásobníkovými nádržemi.

Ve vnitřním prostoru zásobníku tepla bude zvýšená teplota, což nebude příznivé prostředí pro spolehlivé fúngování vodních a vzduchových uzávěrů.

Regulační uzávěry průtoku vody a vzduchu budou s výhodou umístěny nad zásobníkovými nádržemi nebo z boku po obvodu soustavy modulů, tj. ve venkovním prostředí, kde budou zřejmě mnohem nižší a tedy příznivější teploty pro spolehlivé fúngování uzávěrů.

V dolním dnu a/nebo horním dnu každé zásobníkové nádrže jsou s výhodou umístěny odbočky oběhového potrubí.

S výhodou je každá zásobníková nádrž nebo každá skupina zásobníkových nádrží připojena k oběhovému soustrojí samostatným oběhovým potrubím s uzávěrem, takže při poruše kterékoliv zásobníkové nádrže nebo skupiny zásobníkových nádrží nemusí být provoz ostatních zásobníkových nádrží nebo ostatních skupin zásobníkových nádrží přerušen.

Ačkoliv soustava zásobníkových nádrží obsahuje celkově velké množství horké vody, při poruše některé zásobníkové nádrže nebo oběhového potrubí se samostatným okruhem vyteče jen omezené množství vody, takže pro její zachycení postačuje menší havarijní jímka.

Snímače stavu jednotlivých zásobníkových nádrží musí být umístěny uvnitř soustavy zásobníkových nádrží, avšak vyhodnocovací měřidla budou s výhodou umístěna vně soustavy

- 11 CZ 2024- 195 A3 zásobníkových nádrží, což vytvoří příznivější podmínky pro jejich provoz, obsluhu a údržbu.

Rozteč modulů je s výhodou větší než jejich průměr. Moduly jsou pak s výhodou mezi sebou spojeny s výhodou pomocí svislých a vodorovných výztuh.

S výhodou jsou části modulu vyztuženy také vnitřními vodorovnými a/nebo svislými výztuhami.

S výhodou je stabilní nebo plovoucí zásobník tepla alespoň v úrovni horní a dolní hrany zásobníkových nádrží, plovoucí zásobník tepla také v úrovni horní a dolní hrany plováků, vyztužen vodorovnými pásnicemi, které mohou významně posílit tuhost soustavy modulů v ohybu a omezit vodorovné zatížení potrubí.

Plováky, zásobníkové nádrže a podstavce v modulech jsou tlakové nádoby. Pokud se týká hlavního zatížení, plováky a zásobníkové nádrže jsou zatíženy hlavně vnitřním a/nebo vnějším přetlakem a svislou osovou silou, podstavce jsou zatíženy převážně svislou osovou silou.

Moduly mohou být zhotoveny výhodně s průměrem do 3,6 až 4,0 m, pokud bude nutno dopravovat jejich kruhové díly od výrobce k místu montáže po železnici.

Vodorovnou vzdálenost mezi moduly je pak v relaci k uvedeným průměrům žádoucí volit výhodně 0,4 m, obecně tak, aby byla co nejlépe využita půdorysná plocha soustavy modulů pro účely zásobníku tepla, ale současně tak, aby byla umožněna oboustranná kontrola a údržba stěn modulů a výztuh.

Při opravě zásobníkové nádrže některého z modulů stačí vyprázdnit pouze danou zásobníkovou nádrž, např. přečerpáním vody do druhé zásobníkové nádrže v témže modulu nebo do zásobníkových nádrží v ostatních modulech. Po dobu opravy bude mimo provoz pouze opravovaná zásobníková nádrž, zatímco všechny ostatní moduly mohou pokračovat v provozu. Je přitom nutno počítat se zvýšením smykového napětí mezi moduly.

Výhodné je půdorysné uspořádání modulů do trojúhelníkových formací, které zabezpečují optimální řešení pro pevnost a tuhost soustavy modulů, jakož i pro přístupnost ke kontrole a údržbě modulů.

Soustava modulů spojených mezi sebou je dosti tuhá a jednotlivé moduly nejsou mezi sebou výškově posuvné.

Při velké šířce soustavy modulů se přesto projevuje její pružnost a aby byla co nejlépe využita únosnost podloží a základů a aby v konstrukci soustavy modulů nevznikala přídavná smyková a ohybová napětí, je nutné, aby tlak modulů na jejich nosné prvky, tj. základy nebo plováky, byl rovnoměrně, spojitě rozložen, tzn. aby v každém modulu odpovídal únosnosti příslušného nosného prvku.

Únosnost plováku u plovoucího zásobníku tepla je dána hydrostatickým vztlakem a bude konstantní po celou dobu životnosti.

Únosnost základů u stabilního zásobníku tepla se však časem může měnit. Např. v důsledku dlouhodobého zatížení podloží soustavou modulů může docházet ke stlačení, zhutnění podloží. Jestliže podloží pod soustavou modulů není homogenní, zejména na poddolovaném území, pak poklesy podloží a základů nebudou rovnoměrné. Konstrukce soustavy modulů nebude rovnoměrně podložena a budou v ní vznikat přídavná smyková a ohybová napětí.

Poklesy základů a celé soustavy modulů je z tohoto důvodu výhodné pravidelně měřit a vyhodnocovat.

- 12 CZ 2024- 195 A3

Podložení soustavy modulů je nutno v případě potřeby opravit, rektifikovat, a to změnou výšky mezery mezi konstrukcí modulů a základy, s výhodou vložením nebo odebráním podložek.

V modulech jsou s výhodou vytvořeny rektifikační prostory pro rektifikaci jejich polohy na základu, s výhodou tak, že dolní část modulu pod nádrží je opatřena vodorovnou výztuhou a montážními otvory ve stěnách modulu.

Přes montážní otvory lze do rektifikačního prostoru mezi vodorovnou výztuhou a základem vložit zdvihací vaky, s výhodou pneumatické, a plněním vzduchu do vaků lze modul zvednout. Do vzniklé mezery mezi modulem a základem lze vložit podložku o tloušťce stanovené podle výsledků měření a vypuštěním vzduchu z vaků lze modul opět spustit na podložku.

Pro snížení potřebné zvedací síly je výhodné rektifikovaný modul nebo i přilehlé moduly na dobu rektifikování odlehčit, s výhodou přečerpáním vody do zásobníkových nádrží v ostatních modulech. Po dokončení rektifikace je možno modul znovu zatížit přečerpáním vody do jeho zásobníkových nádrží.

Pokud je stabilní zásobník tepla sestaven z mnoha modulů, pravděpodobnost havarijního vytečení veškeré kapaliny je nepatrná.

Stabilní zásobník tepla proto může být postaven i v blízkosti obydlené oblasti, aniž by došlo k ohrožení bezpečnosti lidí a majetku v této oblasti.

S výhodou je zásobník tepla postaven v prostoru vytěženého povrchového dolu, který je bezodtokový. Vodu, která do tohoto prostoru vtéká, je však nutno odčerpávat, aby nedošlo k zaplavení zásobníku tepla. Rizikem zde také mohou být sesuvy svahů.

Modulový zásobník teplaje s výhodou vyztužen pouze svislými výztuhami. Soustava modulů je pak poddajná ve vodorovné rovině.

U modulového zásobníku tepla se při kývání na hladině nebo při nerovnoměrném poklesu podloží celá soustava modulů deformuje jako harmonika - stěny modulů se střídavě deformují tak, že se vodorovný kruhový průřez modulů mění na eliptický, zplošťuje se nebo protahuje.

Potrubí pod a nad zásobníkovými nádržemi musí být vybaveno kompenzátory, aby se do něj nepřenášelo pnutí z vodorovné deformace zásobníkových nádrží.

Tuhost soustavy modulů ve vodorovné rovině bude dána prakticky pouze tuhostí den v zásobníkových nádržích, případně v plovácích.

Soustava modulů stabilního zásobníku tepla bude zvláště tuhá v oblasti ukotvení podstavců k základům.

Vzhledem k velkému průměru modulů lze deformace stěn modulů udržet v mezích pružnosti materiálu, aby nedošlo k jejich havarijnímu poškození.

S výhodou jsou obvodové moduly v plovoucím zásobníku tepla vyztuženy vodorovnými výztuhami v úrovni nad hladinou vody v základní nádrži. Tyto výztuhy budou sloužit k přenosu vodorovných sil mezi obvodovými moduly a tažným kotvením plovoucího zásobníku tepla na břehu základní nádrže při zatížení plovoucího zásobníku tepla bočním větrem.

Při kývání plovoucího zásobníku tepla na hladině vody v základní nádrži se bude plovoucí zásobník tepla cyklicky prohýbat, přičemž se bude deformovat ve vodorovné rovině jak v úrovni plováků, tak v úrovni zásobníkových nádrží; v první polovině cyklu se bude v horní rovině stlačovat a v dolní rovině roztahovat, ve druhé polovině cyklu se bude deformovat v opačném

- 13 CZ 2024- 195 A3 smyslu.

S výhodou jsou všechny moduly v soustavě modulů vyztuženy spojenými vodorovnými výztuhami v úrovni nad hladinou vody v základní nádrži. Výztuhy budou sloužit k přenosu vodorovných sil mezi obvodovými moduly a tažným kotvením plovoucího zásobníku tepla na břehu základní nádrže při zatížení plovoucího zásobníku tepla bočním větrem a také zabrání vodorovné deformaci modulů v úrovni vodorovné výztuhy.

Při kývání plovoucího zásobníku tepla na hladině vody v základní nádrži se bude soustava modulů prohýbat, přičemž se bude vodorovně deformovat nepatrně v úrovni plováků a naprostá většina deformace se uskuteční v úrovni zásobníkových nádrží. Nebude se deformovat ve vodorovné rovině v úrovni vodorovné výztuhy. Výhodou je, že v této úrovni nebude vodorovně deformováno ani potrubí a pracovní plošina.

Stabilní modulový zásobník tepla se bude chovat podobně. Při poklesu v určité oblasti podloží uvnitř plochy zastavěné soustavou modulů se soustava modulů bude prohýbat, přičemž se nebude vodorovně deformovat v úrovni základů a naprostá většina deformace se uskuteční v úrovni zásobníkových nádrží - v oblasti poklesu podloží a potažmo základů se budou moduly v úrovni horní hrany zásobníkových nádrží ve vodorovné rovině stlačovat. Pokud k poklesu podloží dojde na okraji soustavy modulů, budou se zde moduly v úrovni horní hrany zásobníkových nádrží roztahovat.

Obdobně při náporu bočního větru se deformace soustavy modulů projeví nejvíce v úrovni horní hrany zásobníkových nádrží.

Plovák je dolní část modulu, která je téměř celá ponořena v základní nádrži a jeho vztlakem je určena hmotnost, a tedy i tíha všech částí modulu. Plovák je tlaková nádoba, s výhodou uzavřená tlaková nádoba, je zatížena především vnějším přetlakem vody a tíhou nesených částí modulu. Boční vnější přetlak vody působící na stěny plováku se lineárně zvyšuje s hloubkou ponoření plováku. Plováky mohou mít vnitřní prstence k vyztužení proti vnějšímu přetlaku a pro zabezpečení tvarové stability.

Plováky jsou s výhodou plněny plynem, s výhodou inertním plynem, s výhodou dusíkem, s výhodou vysušeným plynem, který omezuje korozi materiálu plováku.

V zájmu odlehčení konstrukce je plovák s výhodou plněn plynem tak, aby byl jeho vnitřní přetlak co nejvíce vyrovnán s vnějším přetlakem vody při ponoření v základní nádrži. Plovák proto nemusí být tak důkladně vyztužen proti zborcení jako při jednostranném zatížení vnějším přetlakem a může být podstatně lehčí. S výhodou je vnitřní přetlak plováku roven největšímu vnějšímu přetlaku vody, jenž odpovídá plnému ponoření plováku. S výhodou je vnitřní přetlak plováku vyšší než vnější přetlak vody odpovídající jejich největší konkrétní hloubce ponoření v základní nádrži, což zvyšuje odolnost plováku vůči nahodilému vnějšímu přetížení nárazem do dna nebo vůči sabotážím.

Vodorovné výztuhy mezi plováky jsou s výhodou opatřeny otvory, aby umožnily svislé protékání vody kolem plováků, a rovněž svislé výztuhy mezi plováky v horní části plováků jsou s výhodou opatřeny otvory, aby umožnily vodorovné protékání vzduchu mezi plováky nad hladinou vody během svislém pohybu plováků ve vodě při plnění a vyprazdňování zásobníkových nádrží nebo při kývání plovoucího zásobníku tepla na hladině základní nádrže. Vzduchový prostor mezi plováky nad hladinou vody v základní nádrži je prostřednictvím odvětrávacích otvorů volně spojen do vzduchového prostoru základní nádrže. Při kývání plovoucího zásobníku tepla proudí voda v základní nádrži svisle kolem plováků. Omezuje se tak výškové kolísání hladiny vody v základní nádrži.

Při dalším provozu je výhodné odvětrávací otvory uzavřít, aby nedocházelo k odpařování vody

- 14 CZ 2024- 195 A3 v tomto prostoru a aby se omezilo vytváření minerálních usazenin na vněj ších stěnách plováků. Uzavřený prostor mezi plováky pomáhá vyrovnávat kývání plovoucího zásobníku tepla, při kývání plovoucího zásobníku tepla proudí voda v základní nádrži vodorovně kolem plováků. V důsledku kývání plovoucího zásobníku tepla může docházet k většímu výškovému kolísání hladiny vody v základní nádrži. Je výhodné kontrolovat a případně regulovat tlak plynu v tomto uzavřeném prostoru, aby nezpůsoboval trvalé naklánění plovoucího zásobníku tepla. Prostor mezi plováky nad hladinou vody je u tohoto provedení výhodné naplnit inertním plynem, aby se omezila koroze dotčené části plováků.

Základ je s výhodou zhotoven z betonu, s výhodu je beton armovaný, s výhodou je beton předepjatý.

Při ohřevu soustavy modulů lze očekávat, že základy a ocelová konstrukce modulů budou mít rozdílné teploty a z toho důvodu se bude u nich projevovat rozdílné roztažení.

Základy pod jednotlivými moduly nebo pod skupinami modulů jsou proto mezi sebou s výhodou odděleny dilatačními spárami.

Zásobníkové nádrže a plováky, jakož i oběhové potrubí a oběhová soustrojí jsou vystaveny působení vody, proto je vhodné je vyrobit z materiálu odolávajícího korozi, i když je dražší. Jejich povrch je výhodné chránit proti vzniku minerálních usazenin.

Podstavce po obvodu zásobníku tepla nebo alespoň obvodové části podstavců jsou s výhodou zhotoveny z materiálu odolávajícího koroznímu působení venkovního ovzduší. Podstavce ve vnitřním prostoru zásobníku tepla pak mohou být zhotoveny z levnějšího materiálu, pokud bude zajištěna dlouhodobá spolehlivost oběhového potrubí, aby se zabránilo zvyšování vlhkosti v prostoru podstavců.

Moduly jsou během provozu zatěžovány proměnlivě změnou teploty vody v zásobníkových nádržích. V potrubí proto musí být umístěno dilatační zařízení pro plynulé přizpůsobení jeho délky teplotním změnám modulů. Dilatačním zařízením jsou s výhodou vlnovcové kompenzátory, s výhodou obloukové kompenzátory umístěné v potrubí.

Použitím inertního plynu pro vyplnění prostoru nad hladinou vody v zásobníkových nádržích lze s výhodou zabránit nežádoucímu množení flóry a fauny v zásobníku tepla a tím zvyšování hustoty vody a opotřebení hydraulických zařízení a rozvodů.

Z uvedených důvodů se zmenšuje nutnost čištění stěn zásobníkových nádrží a potrubí od organických i anorganických nánosů.

Prostor mezi zásobníkovými nádržemi a také celý prostor uvnitř i vně podstavců může být rovněž naplněn dusíkem nebo jiným vhodným inertním plynem, s výhodou vysušeným plynem, pro zvýšení ochrany proti korozi.

Složení a tlak ochranné plynové náplně v modulech, v jejich částech a v prostoru mezi nimi je výhodné kontrolovat s výhodou kontinuálně pomocí měřicích přístrojů, čímž je možno včas zjistit netěsnosti v konstrukci a operativně zajistit odstranění závady.

V zásobníku tepla je výhodné nainstalovat trvalé rozvody inertního plynu pro možnost operativního doplnění nebo výměny náplně plynu k zajištění maximální spolehlivosti, bezpečnosti a životnosti modulů.

Tlakové nádoby, oběhové potrubí, případně i odvětrávací potrubí, jsou s výhodou opatřeny pojistnými ventily, které brání překročení bezpečného přetlaku nebo podtlaku inertního plynu, aby nemohlo dojít k poškození částí zásobníku tepla.

- 15 CZ 2024- 195 A3

Vnější povrch nebo i vnitřní povrch částí zásobníku teplaje s výhodou opatřen nátěrem proti korozi.

Vnější povrch zásobníku teplaje s výhodou opatřen pláštěm pro zvýšení balistické odolností.

S výhodou jsou podstavce tvořeny příhradovou konstrukcí, která je s výhodou zhotovena z materiálu odolávajícího korozi a je výhodné ji opatřit ochranným nátěrem. Příhradová konstrukce klade menší odpor proti proudění větru, takže plovoucí zásobník tepla není tak náchylný ke kývání na hladině vody v základní nádrži.

S výhodou je příhradová konstrukce opatřena obvodovým pláštěm, který umožňuje naplnit vnitřní prostor inertním plynem pro omezení koroze příhradové konstrukce. Obvodový plášť je s výhodou zhotoven z materiálu odolávajícího korozi a je výhodné jej opatřit ochranným nátěrem. Souvislé obvodové stěny zásobníku tepla však zvyšují odpor proti proudění větru.

Při větších hloubkách ponoru plováku v základní nádrži je výhodné výškově rozdělit plovák na více oddílů, které jsou mezi sebou odděleny tlakovou přepážkou, s výhodou ve tvaru klenutého dna.

Každý oddíl plováku, jinak též segment, je plněn plynem s výhodou na takový vnitřní přetlak, kterým je co nejvíce vyrovnán vnější přetlak vody odpovídající největší hloubce ponoření segmentu v základní nádrži.

S rostoucí hloubkou umístění jsou tedy segmenty plněny plynem na vyšší vnitřní přetlak, který je vyrovnán s vnějším přetlakem vody, a tloušťka stěny segmentů může být podstatně menší, než kdyby byl v celém plováku jednotný vnitřní přetlak odpovídající maximální hloubce ponoření plováku v základní nádrži. Tím se dále výrazně snižuje hmotnost plováku.

V horních dnech segmentů je výhodné vytvořit přestupní přetlakové komory pro možnost vstupu pracovníků údržby do segmentů s rozdílným přetlakem plynu. Komory musí být opatřeny spolehlivými uzávěry, které zabrání propouštění plynu s rozdílným přetlakem mezi segmenty.

Hloubka základních nádrží, zejména přírodního původu, nebývá rovnoměrná. Jelikož se dno základní nádrže obvykle v jednom nebo ve více místech své plochy postupně svažuje do největší hloubky, hloubkové úrovně větších hloubek zaujímají menší plochu než hloubkové úrovně menších hloubek.

Obdobně únosnost podloží zřejmě nebude po celé ploše modulového zásobníku tepla rovnoměrná.

V zájmu dosažení co největší kapacity je výhodné využívat pro účely modulového zásobníku tepla co nejlépe nejen plochu pozemku modulového zásobníku tepla, ale i hloubku základní nádrže, resp. únosnost podloží.

Modulový zásobník tepla může být výhodně sestaven z modulů s jednotnou výškou podle nejmenší zvolené hloubkové úrovně v základní nádrži, resp. podle nejmenší únosnosti podloží v ploše modulového zásobníku tepla.

Čím hlubší úroveň pro hlubší ponoření plováků je zvolena, tím bude plovoucí modulový zásobník tepla zaujímat v základní nádrži menší plochu.

Se zmenšující se plochou plovoucího modulového zásobníku tepla podle zvolené hloubkové úrovně a zvyšující se hloubkou však klesá stabilita plovoucího modulového zásobníku tepla, který proto musí mít menší výšku a tím se může nepříznivě zvyšovat měrná cena, investiční náročnost plovoucího modulového zásobníku tepla ve vztahu k tepelné kapacitě v Kč/kWh.

- 16 CZ 2024- 195 A3

Všechna oběhová soustrojí u tohoto modulového zásobníku tepla mají stejnou hydrostatickou výšku a pokud jsou nejlépe stejného výkonu, mohou být např. při regulaci celkového výkonu nebo při poruše vzájemně zastupitelná.

Modulový zásobník tepla může být výhodně sestaven z modulů s různou výškou podle hloubkového profilu základní nádrže, příp. podle různé únosnosti podloží v ploše modulového zásobníku tepla.

Zásobník tepla s moduly různé výšky podle hloubkových úrovní nebo podle únosnosti podloží může s výhodou obsahovat zásobníkové nádrže různé výšky podle hloubkové úrovně nebo únosnosti podloží, přičemž podstavce mají jednotnou výšku.

V zájmu zvýšení kapacity modulového zásobníku teplaje tak lépe využita nejen plocha základní nádrže či pozemku, ale i hloubka základní nádrže či různá únosnost podloží.

Tato konstrukce umožňuje, aby osa těžiště modulového zásobníku tepla byla stále totožná s osou vztlaku plovoucího modulového zásobníku tepla, příp. s osou těžiště únosnosti podloží v případě stabilního modulového zásobníku tepla.

Tato skutečnost, spolu s velkou šířkou modulového zásobníku tepla, umožňuje dobře zajistit jeho stabilitu i při velké výšce modulů.

Z hlediska zajištění stability proti převrácení nemusí být sestava modulů u stabilního zásobníku tepla tak široká jako u plovoucího zásobníku tepla, protože podloží je mnohem méně poddajné než voda.

Pro každou skupinu modulů se stejnou výškou je s výhodou k dispozici odpovídající oběhové soustrojí nebo skupina oběhových soustrojí se stejnou hydrostatickou výškou.

S výhodou jev plovoucím modulovém zásobníku tepla výška zásobníkových nádrží u modulů pro všechny hloubkové úrovně stejná, avšak jejich vodorovný průřez je různý, přičemž poměr vodorovného průřezu zásobníkových nádrží u modulů určité hloubkové úrovně k vodorovnému průřezu zásobníkových nádrží u modulů největší hloubkové úrovně je roven poměru ponoru plováků u modulů určité hloubkové úrovně k ponoru plováků u modulů největší hloubkové úrovně.

Obdobně ve stabilním modulovém zásobníku tepla je s výhodou výška zásobníkových nádrží u modulů pro všechny únosnosti podloží stejná, avšak jejich vodorovný průřez je různý, přičemž poměr vodorovného průřezu zásobníkových nádrží u modulů s určitou únosností podloží k vodorovnému průřezu zásobníkových nádrží u modulů s největší únosností podloží je roven poměru určité únosnosti podloží k největší únosnosti podloží.

Zásobník tepla tohoto provedení s moduly různé výšky podle hloubkových úrovní nebo únosnosti podloží může s výhodou obsahovat zásobníkové nádrže stejné výšky, a přitom jsou i stejné výšky podstavců a je stejná i hydrostatická výška pro všechny moduly. Moduly se liší pouze hloubkou ponoru plováků či únosností základů a průměrem zásobníkových nádrží.

Proto mohou být všechny zásobníkové nádrže v celém zásobníku tepla spojeny společným oběhovým potrubím.

Oběh vody lze provádět pomocí kteréhokoliv oběhového soustrojí bez ohledu na průměr zásobníkové nádrže, může být používán jednotný typ oběhových soustrojí a sníží se nároky na koordinaci a regulaci jejich provozu.

- 17 CZ 2024- 195 A3

S výhodou může být i průměr podstavců stejný jako průměr zásobníkových nádrží se zmenšeným průměrem, čímž se konstrukčně zjednoduší přenos zatížení mezi nimi.

Jelikož průměr plováků a rozteč mezi moduly zůstávají zachovány, výztuhy mezi zásobníkovými nádržemi, případně mezi podstavci menšího průměru musí mít větší šířku a tloušťku, aby jimi byla překlenuta vzdálenost mezi moduly a aby byla zajištěna tuhost vzájemného spojení modulů.

Plovoucí modulový zásobník tepla může s výhodou obsahovat souvislé dno prostoru plováků.

S výhodou je souvislé dno plovoucího modulového zásobníku tepla vytvořeno tak, že jsou klenutými dny uzavřeny prostory mezi plováky jednotlivých modulů v úrovni jejich dolních den, s výhodou je pro uzavření daných prostorů použito stejného materiálu, ze kterého jsou zhotoveny plováky.

Touto úpravou se vodní prostor základní nádrže mezi plováky plovoucího modulového zásobníku tepla využije na zvětšení objemu plynového prostoru plováků plovoucího modulového zásobníku tepla, čímž se zvětší vztlak plovákové části plovoucího modulového zásobníku tepla.

Boční stěny soustavy modulů v oblasti plováků budou s výhodou chráněny proti účinkům vody v základní nádrži, kde zejména slaná voda má zvláště silné korozní účinky.

S výhodou lze uzavřít také prostor mezi plováky, případně i mezi jejich segmenty, v úrovni jejich horních den.

Pak může být tento jednodílný nebo vícedílný prostor, tj. segmenty, mezi plováky plněn stejným vnitřním přetlakem plynu, s výhodou inertního, jako prostor uvnitř plováků, příp. segmentů, čímž se vyrovnají vnější a vnitřní tlaky na boční stěny plováků, příp. segmentů a také na dna plováků.

Dna plováků a svislé stěny plováků v obvodových modulech lze s výhodou vyrobit z materiálu odolávajícího korozi, stěny plováků u modulů ve vnitřním prostoru plovoucího modulového zásobníku tepla mohou být vyrobeny z levnějšího materiálu, což snižuje cenu plovoucího modulového zásobníku tepla.

V soustavě modulů lze s výhodou vytvořit souvislé dno u zásobníkových nádrží uzavřením prostoru mezi zásobníkovými nádržemi v úrovni dolních den a tento prostor pak využít k naplnění vodou.

S výhodou lze vytvořit souvislé dno u zásobníkových nádrží také uzavřením prostoru mezi zásobníkovými nádržemi v úrovni horních den. Pak lze i zde prostor nad hladinou vody vyplnit ochrannou atmosférou obdobně jako uvnitř zásobníkových nádrží.

S výhodou lze prostory mezi plováky a zásobníkovými nádržemi vybavit odvětrávacím potrubím a dále zabezpečit jako samotné plováky a zásobníkové nádrže.

Využitím prostoru mezi plováky pro zvýšení jejich vztlaku a prostoru mezi zásobníkovými nádržemi pro naplnění vodou se významně zvýší efektivnost využití únosnosti podloží či prostoru základní nádrže na ploše zásobníku tepla a tím jeho kapacita zásobníku tepla pro skladování tepla, a to bez zhoršení jeho stability.

Při použití konstrukce modulů spojených mezi sebou svislými výztuhami je nutno zásobníkové nádrže vyztužit i vnitřními svislými výztuhami a svislé výztuhy mezi obvodovými zásobníkovými nádržemi zesílit, aby snesly jednostranné zatížení od hydrostatického přetlaku vody mezi moduly.

U tohoto provedení nelze provozovat jednotlivé moduly nebo mezery mezi nimi odlišně od

- 18 CZ 2024- 195 A3 ostatních modulů, např. při poruše některého modulu, protože by ve stěnách modulů a ve svislých výztuhách s různým zatížením hydrostatickým přetlakem vody vznikalo nepřípustné mechanické napětí.

Rozteč modulů je s výhodou rovna jejich průměru. Moduly jsou zde s výhodou mezi sebou spojeny přímo svými stěnami. Spojení stěn je provedeno s výhodou pomocí spojovacích součástí, s výhodou pomocí šroubů nebo nýtů. Spojení stěn je provedeno s výhodou pomocí svarů bodových nebo liniových.

Oproti spojení modulů svislými výztuhami je zde výhodou lepší využití prostoru zásobníku tepla k účelům skladování tepla, lépe se využije únosnost podloží a prostor základní nádrže na ploše zásobníku tepla, a to bez zhoršení jeho stability.

Tento druh konstrukce umožní snížení měrných nákladů na materiál oproti konstrukci modulů se svislými výztuhami a může dále zjednodušit výrobu dílů a montáž.

Přístup ke spojům je však možný pouze z vnitřního prostoru modulů. Vnitřní povrch stěn modulů lze kontrolovat v celé ploše, vnější povrch stěn modulů je kontrolovatelný jen zčásti, protože stěny modulů jsou v oblasti spojů těsně u sebe a do prostoru mezi moduly je dosti obtížný přístup.

Využití prostoru mezi zásobníkovými nádržemi k naplnění vodou je zde možné jen za cenu vyztužení vnitřního prostoru zásobníkových nádrží svislými výztuhami přes celý průměr.

Rozteč modulů je s výhodou menší než jejich průměr. Soustavu modulů zásobníku teplaje pak výhodné sestavit ze svislých modulů, které jsou propojeny, půdorysně se vzájemně prolínají, čímž vytvoří vzájemnou vazbu, s výhodou do trojúhelníku, bez potřeby vnějších nebo vnitřních svislých výztuh nebo jiného druhu zesílení svislých spojů mezi moduly.

Veškerý prostor soustavy modulů je zde využit k účelům skladování tepla, plně se využije únosnost podloží či prostoru základní nádrže na ploše zásobníku tepla, a to bez zhoršení jeho stability.

Tento druh konstrukce umožní snížení měrných nákladů na materiál oproti konstrukci modulů se svislými výztuhami a může ještě více zjednodušit výrobu dílů a montáž zásobníku tepla.

V závislosti na poměru průměru a rozteče modulů má propojení modulů různý tvar a různé výhody i nevýhody.

Jestliže se stěny modulů protínají v jednom bodě, svary stěn modulů jsou soustředěny do tohoto jednoho bodu, což je nevýhodné pro zajištění kvality svarů.

Aby se snížilo tepelné zatížení svařovaného místa a zlepšila kvalita svarů, je výhodné volit rozteč modulů tak, že se v jednom bodě protínají pouze dvě stěny modulů. Toho lze dosáhnout zvětšením nebo zmenšením rozteče modulů. Při zvětšení rozteče modulů oproti průměru se zmenší přesah stěn a prostor mezi nimi je hůře dostupný pro kontrolu vnitřních stěn modulů, tuhost soustavy modulů je menší, ale využití materiálu modulů na půdorysnou plochu soustavy modulů je výhodnější. Při zmenšení rozteče modulů oproti průměru se zvětší přesah stěn a prostor mezi nimi je lépe dostupný pro kontrolu vnitřních stěn modulů, tuhost soustavy modulů je větší, ale využití materiálu modulů na půdorysnou plochu soustavy modulů je méně výhodné.

Je zde možnost provozovat jednotlivé moduly nebo je odstavit při poruše nezávisle na ostatních modulech, aniž by ve stěnách ostatních modulů docházelo k nebezpečnému zatížení v důsledku rozdílného bočního hydrostatického tlaku vody.

S výhodou je každý prostor vzniklý propojením modulů připojen uzavíráte lnou odbočkou

- 19 CZ 2024- 195 A3 k oběhovému potrubí a potažmo k oběhovému soustrojí. Kromě připojení vnitřního prostoru zásobníkové nádrže je nutno vytvořit další připojení prostorů vzniklých propojením modulů. Celkový počet odboček oběhového potrubí se tak zvýší.

V zájmu maximálního využití prostoru soustavy modulů s různými průměry zásobníkových nádrží může být výhodné část zásobníkových nádrží i celých modulů s větším průměrem spojit propojením stěn a část zásobníkových nádrží i celých modulů s menším průměrem spojit výztuhami.

Dolní dna plováků, případně jejich segmentů, jsou s výhodou opatřena otvory s uzávěry pro možnost zavodnění vnitřního prostoru plováků k vyrovnání polohy plovoucího zásobníku tepla např. během montáže modulů, při opravách nebo při řešení poruchy plovoucího zásobníku tepla. Pro rychlé zavodnění plováků při havárii jsou dolní dna plováků, případně segmentů, s výhodou opatřena tlakovými pojistkami.

Pro přenos tepla teplonosnou tekutinou v zásobníku tepla slouží s výhodou oběhové potrubí s oběhovým čerpadlem (pro kapaliny) nebo oběhovým kompresorem (pro plyny), které překonává hydraulické odpory při proudění teplonosné tekutiny v oběhovém potrubí.

V tekutinovém potrubí proudí tekutina, ve vodním potrubí proudí voda, v plynovém potrubí proudí plyn, ve vzduchovém potrubí proudí vzduch.

Teplá voda má menší hustotu, a proto stoupá do horní části zásobníkové nádrže. Z této skutečnosti s výhodou vychází uspořádání oběhového potrubí pro dosažení co nej lepší účinnosti přenosu tepla v zásobníku tepla.

Oběhové potrubí v zásobníku teplaje s výhodou provedeno tak, že konce oběhového potrubí jsou v zásobníkové nádrži ponořeny do teplonosné tekutiny, oběhové potrubí spojuje prostory zásobníkové nádrže obsahující teplonosnou tekutinu bez přerušení tekutinového sloupce prostorem s jinou tekutinou (neboli bezprostředně, přímo, spojitě), aby tok tekutiny byl souvislý, spojitý.

Oběhové potrubí pro přívod tepla do zásobníkové nádrže je s výhodou uspořádáno tak, že odbočka oběhového potrubí pro odběr ochlazené vody je umístěna v dolní části zásobníkové nádrže, odbočka oběhového potrubí pro přívod ohřáté vody je umístěna v horní části zásobníkové nádrže.

Oběhové potrubí pro odběr tepla ze zásobníkové nádrže je s výhodou uspořádáno tak, že odbočka oběhového potrubí pro přívod ochlazené vody je umístěna v dolní části zásobníkové nádrže, odbočka oběhového potrubí pro odběr ohřáté vody je umístěna v horní části zásobníkové nádrže.

V zásobníku tepla má oběhové potrubí výhodně pravoúhlé uspořádání a má tedy svislou a vodorovnou část.

Svislá část oběhového potrubí může být umístěna uvnitř nebo vně zásobníkové nádrže.

S výhodou je každá zásobníková nádrž vybavena samostatným oběhovým potrubím. V takovém případě postačuje k regulaci průtoku pouze jeden uzávěr v oběhovém potrubí.

S výhodou je ke dnu každé zásobníkové nádrže připojena potrubní odbočka k vodorovné části oběhového potrubí, tj. ke sběrnému oběhovému potrubí, které tvoří potrubní síť pod zásobníkovými nádržemi.

S výhodou jsou takto spojeny zásobníkové nádrže se stejnou hydrostatickou výškou ve skupině sousedících modulů. Skupina sousedících modulů má k dispozici jedno společné oběhové

-20 CZ 2024- 195 A3 soustrojí. Potrubní odbočka u každé zásobníkové nádrže je s výhodou vybavena uzávěrem, aby bylo možno spolehlivě regulovat průtok a úroveň hladiny vody v každé zásobníkové nádrži.

S výhodou jsou sběrným oběhovým potrubím spojeny všechny zásobníkové nádrže u modulů se stejnou hydrostatickou výškou, přičemž daná vodorovná síť sběrného oběhového potrubí je napojena na oběhové soustrojí umístěné s výhodou po obvodu soustavy modulů.

Rovněž zde bude potrubní odbočka u každé zásobníkové nádrže s výhodou vybavena uzávěrem, aby bylo možno spolehlivě regulovat průtok a úroveň hladiny vody v každé zásobníkové nádrži.

S výhodou od každého samostatného kapalinového prostoru, tj. od každé zásobníkové nádrže i od každého prostoru mezi nimi, je oběhové potrubí vyvedeno k obvodu zásobníku tepla a vybaveno uzávěrem.

Svislé oběhové potrubí může být s výhodou umístěno u obvodových modulů, s výhodou u každého obvodového modulu.

S výhodou je vodorovné a/nebo svislé oběhové potrubí vytvořeno z několika souběžných tahů, aby se zmenšil průměr, tloušťka stěn a hmotnost každého tahu oběhového potrubí, což sice zvýší celkové hydraulické ztráty, ale usnadní výrobu, dopravu, montáž a údržbu oběhového potrubí.

Svislé oběhové potrubí může mít tloušťku stěny odstupňovanou podél své výšky podle statického a dynamického tlaku vody.

Prostory mezi zásobníkovými nádržemi vzniklé propojením modulů je možné spojit s prostory uvnitř modulů různými variantami potrubí nebo otvorů.

Vzhledem ke kruhovému tvaru zásobníkových nádrží je však nutno při individuálním vypouštění nebo plnění zásobníkových nádrží, např. z důvodu jejich poruchy, dodržet takový postup odstavování nebo plnění sousedních zásobníkových nádrží, aby všechny zásobníkové nádrže byly zatěžovány pouze vnitřním přetlakem.

U zásobníku tepla stěny zásobníkových nádrží mezi moduly s výhodou obsahují průtokové otvory, které mohou sloužit jako doplnění nebo alternativa k oběhovému potrubí, což je výhodné zejména u zásobníkových nádrží, které mají stejnou výšku.

Prostory zásobníkových nádrží tak při plnění vodou tvoří spojené nádoby a pro oběhové čerpání postačuje společné oběhové potrubí, které je připojeno z boku zásobníkových nádrží, nemusí být instalováno vodorovné sběrné oběhové potrubí.

Společné oběhové potrubí je pak s výhodou připojeno k oběhovému soustrojí umístěnému na obvodu soustavy modulů.

Průtokové otvory jsou přístupné až po vyprázdnění všech zásobníkových nádrží.

S výhodou jsou v těchto otvorech umístěny uzávěry, s výhodou regulační uzávěry, s výhodou jsou uzávěry dálkově ovladatelné. Uzávěry mají ovládací prvky vyvedeny do prostoru pod zásobníkovými nádržemi, aby byly kdykoliv přístupné. To je výhodou při poruše zásobníkové nádrže, kterou je tak možno odstavit bez nutnosti vyprázdnění ostatních zásobníkových nádrží.

V důsledku odporu čerpané tekutiny při proudění mezi vnitřními prostory nebude voda v těchto prostorech obíhat rovnoměrně. Vyrovnání teplot mezi nádržemi u středu a u obvodu soustavy nádrží je horší, než když je každá nádrž nebo každá skupina nádrží připojena na oběhové potrubí samostatně.

-21 CZ 2024- 195 A3

Odpory v průtokových otvorech a tím i nerovnoměrnost využívání zásobníkových nádrží se zvyšují s rostoucí průtokovou rychlostí vody.

Nerovnoměrnost plnění nebo vypouštění zásobníkových nádrží vodou lze obecně snížit až odstranit škrcením průtoku vzduchu v odvětrávacím potrubí nad hladinou vody v zásobníkových nádržích. U zásobníkových nádrží, které jsou bližší oběhovému soustrojí, je nutnost škrcení průtoku vzduchu vyšší. U provedení soustavy modulů s průtokovými otvory bude zřejmě nerovnoměrnost průtoku vody vyšší a bude tedy vyšší i potřeba škrcení průtoku vzduchu.

Za tím účelem bude zřejmě výhodné vybavit zásobník tepla zařízením, s výhodou regulačními ventily, pro regulaci přetlaku vzduchu nad hladinou vody v jednotlivých zásobníkových nádržích.

Pro zvýšený hydrostatický tlak vody a přetlak vzduchu však musí být zásobníkové nádrže podstatně více dimenzovány, což zvyšuje náklady na zásobníkové nádrže.

Při opravě poškozené části některé zásobníkové nádrže s průtokovými otvory bez uzávěrů je nutno vyprázdnit celý zásobník tepla a celý zásobník teplaje po dobu opravy mimo provoz.

U zásobníku tepla s uzávěry v průtokových otvorech mezi zásobníkovými nádržemi lze opravit poškozenou zásobníkovou nádrž tak, že se nejprve vyprázdní poškozená nádrž, případně i sousední zásobníkové nádrže, např. přečerpáním vody z odstavených zásobníkových nádrží do ostatních zásobníkových nádrží nebo do havarijní jímky, a následně se provádí oprava poškozené zásobníkové nádrže. Ostatní zásobníkové nádrže lze během opravy používat ke skladování tepla. Po opravě je voda přečerpána zpět do prázdných zásobníkových nádrží a opravenou zásobníkovou nádrž lze opět používat.

Pro účely oprav je proto výhodné ponechat v zásobníkových nádržích odpovídající volný objem.

Provedení zásobníkových nádrží s průtokovými otvory je výhodné zejména při skladování tepelné nebo tlakové energie plynu vzhledem k tomu, že plyny mají podstatně menší viskozitu než kapaliny, a proto energetické ztráty prouděním plynu v průtokových otvorech jsou podstatně nižší.

S výhodou od každého samostatného plynového prostoru, tj. plováku a jeho segmentu, zásobníkové nádrže a podstavce i prostoru mezi nimi, je plynové potrubí vyvedeno k obvodu zásobníku tepla.

S výhodou od každého samostatného plynového prostoru je plynové potrubí vybaveno samostatným uzávěrem.

Prodlouží se tak délka plynového potrubí, ale uzávěry mohou být umístěny v chladnějším prostoru, čímž se značně zvýší spolehlivost provozu těchto uzávěrů a zlepší se pracovní podmínky pro obsluhu a údržbu i při zvýšené teplotě v prostoru modulů.

Při zvýšení teploty oběhové vody se zvýší také teplota plynu v plynových prostorech zásobníku tepla a pokud jsou tyto prostory uzavřeny, zvýší se i tlak plynu.

Aby nebylo nutno zatěžovat plynové tlakové nádoby a plynové potrubí tímto zvýšeným tlakem, je výhodné vybavit zásobník tepla kompresorovou stanicí. Zde se bude přebytečný plyn z plynových prostorů stlačovat nebo i zkapalňovat a ukládat do zásobníků, ze kterých bude možno plyn zase odebírat pro doplnění do plynových prostorů zásobníku tepla při poklesu teploty a tím i tlaku plynu.

Aby se moduly nedeformovaly rozdílně a zůstávaly zarovnány do stejné výškové úrovně, je nutno plnit zásobníkové nádrže proporcionálně ve všech modulech.

-22 CZ 2024- 195 A3

Jestliže nebudou zásobníkové nádrže ve všech oddělených modulech nebo skupinách modulů plněny proporcionálně, tyto moduly nebo skupiny modulů nebudou zatíženy úměrně podle jejich nosnosti a jejich celková výška se v průběhu plnění bude vzájemně lišit. Jejich celkové výšky se vyrovnají, až bude plnění všech zásobníkových nádrží dorovnáno tak, že bude proporcionální, např. až bude plnění zcela dokončeno.

U provedení, kde jsou oběhová soustrojí umístěna po obvodu soustavy modulů, může být výhodné vést odbočku oběhového potrubí od každé zásobníkové nádrže až na obvod soustavy modulů a umístit zde i uzávěr dané odbočky.

Do tohoto prostoru lze s výhodou vyvést i měřicí a vyhodnocovací přístroje od snímačů u jednotlivých zásobníkových nádrží.

Zvýší se sice ztráty prouděním vody v oběhovém potrubí, ale prostory s uzávěry u oběhového potrubí umístěné po obvodu soustavy modulů lze snadněji klimatizovat tak, aby byly vytvořeny příznivé podmínky pro provoz uzávěrů a měřicích přístrojů a pro pracovníky obsluhy a údržby. Spolehlivost a bezpečnost zásobníku tepla tak bude zajištěna i při zvýšené teplotě přečerpávané vody.

S výhodou je oběhové soustrojí upevněno na vnější straně soustavy modulů, takže je lépe přístupné pro údržbu.

U plovoucího zásobníku tepla se oběhové soustrojí s výhodou pohybuje sousledně se zásobníkem, s výhodou s ním může být spojeno.

S výhodou může být oběhové soustrojí umístěno mimo soustavu modulů.

V případě plovoucího zásobníku teplaje oběhové soustrojí s výhodou umístěno v pontonu nebo v jiném plovoucím zařízení. Oběhové soustrojí je přitom spojeno se soustavou modulů s výhodou pomocí posuvného nebo kloubového zařízení, přičemž oběhové potrubí jev této části výhodně ohebného, kloubového nebo teleskopického provedení, které umožňuje kompenzovat vzájemné pohyby mezi oběhovým soustrojím a soustavou modulů, zejména při kývání plovoucího zásobníku tepla na hladině vody v základní nádrži. S výhodou je oběhové potrubí v této části zhotoveno z plastu, s výhodou je vyztužené.

Tím, že se oběhové soustrojí pohybuje v úrovni hladiny, je snadněji přístupné pro montáž a údržbu, nevýhodou jsou delší a složitější cesty pro přenos tepla, což je spojeno s energetickými ztrátami, případně s nižší životností ohebného oběhového potrubí.

V této souvislosti může být s výhodou oběhové soustrojí pevně spojeno se základní nádrží, s výhodou je umístěno na konstrukci připevněné ke dnu základní nádrže, s výhodou v dutém tubusu, nebo je s výhodou umístěno na břehu základní nádrže.

U stabilního zásobníku tepla nemusí být oběhové soustrojí spojeno se soustavou modulů pevným oběhovým potrubím, ale oběhové potrubí je výhodně ohebného, kloubového nebo teleskopického provedení, které umožňuje kompenzovat jakoukoliv, zejména tepelnou dilataci mezi oběhovým soustrojím a soustavou modulů.

Tím, že je oběhové soustrojí umístěno mimo soustavu modulů, je obecně jednak snadněji přístupné pro montáž, obsluhu a údržbu a pak také lze lépe optimalizovat jeho velikost. Zvětšením výkonu oběhových soustrojí by se mohl snížil jejich počet, samozřejmě s přihlédnutím k požadavkům na regulaci přenosu tepla.

Zásobník tepla je s výhodou uspořádán tak, že oběhové soustrojí je umístěno ve strojovně vně

-23 CZ 2024- 195 A3 soustavy modulů, jeho protihlukovou izolaci lze pak řešit účinněji než při umístění v plechové soustavě modulů.

Částečným nebo plným umístěním strojovny s oběhovým soustrojím pod úrovní terénu nebo pod úrovní hladiny vody v základní nádrži lze dosáhnout dalšího odhlučnění.

U plovoucího zásobníku tepla jsou výhodou oběhová soustrojí, výhodně i s příslušným oběhovým potrubím, umístěna v energetických modulech připojených k modulům po obvodu plovoucího zásobníku tepla, takže lze snadněji vyřešit vyvážení modulů a přístupnost oběhových soustrojí pro montáž a údržbu.

Součástí zásobníku tepla, zejména oběhových soustrojí a oběhového potrubí, je s výhodou i ostatní obvyklé příslušenství, zejména zařízení pro tlumení hydraulických rázů v oběhovém potrubí.

Přenos elektrické energie mezi oběhovým soustrojím a elektrickým zařízením na břehu základní nádrže lze výhodně řešit pohyblivým kabelem.

Vysoké zásobníkové nádrže vyžadují velkou tloušťku stěny, což prodražuje jejich cenu.

Proto může být výhodné místo nich vytvořit několik zásobníkových nádrží s menší stavební výškou a tím i s menší tloušťkou stěny a umístit je nad sebou, přičemž budou výškově odděleny podstavcem.

Zásobník tepla tak může být uspořádán v několika etážích nad sebou, přičemž etáž je tvořena vrstvou zásobníkových nádrží nebo vrstvou podstavců se zásobníkovými nádržemi.

Zásobník tepla může s výhodou obsahovat samostatné oběhové soustrojí nebo soupravu oběhových soustrojí pro každou etáž.

Při tomto uspořádání zásobníkových nádrží se sice zvýší potřebná délka oběhového potrubí, které však může mít menší průměr kvůli menšímu průtoku.

Zásobníkové nádrže v každé etáži jsou s výhodou odvětrávány samostatným odvětrávacím potrubím.

V etážích bez podstavce je svislé oběhové a odvětrávací potrubí vedeno prostorem mezi zásobníkovými nádržemi nebo uvnitř zásobníkových nádrží. Při tomto uspořádání je přístup k potrubí poněkud komplikovaný pro údržbu a obsluhu.

Plovoucí zásobník tepla s výhodou obsahuje zařízení pro vymezení polohy na hladině vody v základní nádrži.

Plovoucí zásobník tepla obsahuje např. kotvicí lana nebo táhla, která jsou upevněna na břehu základní nádrže a umožňují nezbytnou dilataci, aby nedošlo k přetížení částí plovoucího zásobníku tepla a kotvicích prvků jejich nerovnoměrným zatížením např. v důsledku působení silného větru při současném kývání plovoucího zásobníku tepla.

Plovoucí zásobník teplaje na hladině základní nádrže s výhodou zajištěn vodicím rámem, který obklopuje plovoucí zásobník tepla po celém jeho obvodu.

Vodicí rám má s výhodou plovoucí část a kotvicí část, jež jsou kloubově spojeny mezi sebou. Kotvicí část je s výhodou kloubově uchycena v základech na břehu základní nádrže.

Vodicí rám slouží především ke stabilizaci plovoucího zásobníku tepla proti vodorovnému

-24 CZ 2024- 195 A3 pohybu na hladině vody v základní nádrži, dovoluje svislý pohyb a volné kývání plovoucího zásobníku tepla a je ukotven ke břehu základní nádrže tak, aby umožnil řádnou funkci plovoucího zásobníku tepla v rámci přípustných výškových změn hladiny vody v základní nádrži.

Vodicí rám je s výhodou vybaven odpruženým kolovým vedením a pevným vedením ke stabilizaci plovoucího zásobníku tepla proti vodorovnému pohybu na hladině vody v základní nádrži a k vedení plovoucího zásobníku tepla při svislém pohybu.

Plovoucí zásobník tepla s výhodou obsahuje nejméně jednu přístupovou cestu pro chůzi pracovníků obsluhy a údržby a pro související dopravu materiálu, např. mezi břehem základní nádrže a plovoucím zásobníkem tepla, jakož i pro další účely.

S výhodou je přístupová cesta vytvořena na kotvicí části a/nebo na plovoucí části vodícího rámu.

S výhodou přístupová cesta obsahuje spojovací most.

Plovoucí zásobník teplaje s výhodou vybaven pracovní plošinou, která je s výhodou vytvořena na vodicím rámu.

Přístupová cesta je s výhodou součástí pracovní plošiny.

Pracovní plošina má s výhodou více účelů:

- jako přístupová cesta pro pracovníky obsluhy a údržby;

- jako dopravní cesta pro přepravu materiálu pomocí dopravních zařízení při údržbě a opravách zejména uzávěrů a oběhových soustrojí;

- jako montážní plošina při údržbě a montáži plovoucího zásobníku tepla;

- pro nesení a vedení kabelů k oběhovým soustrojím, k ovládacím a regulačním armaturám, k měřicím a zabezpečovacím přístrojům a zařízením;

- pro nesení pomocných elektrických zařízení a rozvodů (montážní zařízení venkovní i vnitřní pro zvedání nákladů a dopravu osob, osvětlení, přípojky k napájení elektrických nástrojů a přístrojů, rozmrazování v zimním období);

- pro nesení rozvodů inertního plynu k plnění modulů.

Pracovní plošina je s výhodou vybavena:

- zábradlím s lemy u podlahy proti pádu lidí a předmětů z vodícího rámu do vody;

- kolejemi pro kolejovou dopravu nákladů a materiálu;

- vrátky pro tažení kolejových vozidel po kolejích;

- osvětlením;

- bezpečnostním vybavením a prostředky pro záchranu osob při pádu z vodícího rámu do vody (záchranné čluny a pásy);

- kotvicím, manipulačním a přístupovým zařízením pro překládání materiálu a osob mezi vodicím rámem a vodními čluny.

Pracovní plošina je s výhodou pevně připojena k obvodu plovoucího zásobníku tepla.

Tato pracovní plošina je s výhodou situována výškově tak, aby přesahovala úroveň hladiny vody v základní nádrži při kývání i za silného větru, je s výhodou vytvořena v úrovni oběhových soustrojí.

Tato pracovní plošina je s výhodou spojena spojovacími mosty s břehem základní nádrže.

Spojovací most je s výhodou kloubově spojen s plovoucím zásobníkem tepla a posuvně je spojen s břehem základní nádrže.

-25 CZ 2024- 195 A3

Zásobník tepla s výhodou obsahuje přístupové a dopravní cesty, s výhodou pracovní plošiny, pro vodorovnou dopravu lidí a materiálu k montáži, obsluze a údržbě, k oběhovým soustrojím a k potrubí.

Vodorovné pracovní plošiny jsou s výhodou vytvořeny pod a nad zásobníkovými nádržemi.

Zásobník tepla s výhodou obsahuje přístupové a dopravní cesty pro svislou dopravu lidí a materiálu k montáži, obsluze a údržbě k oběhovým soustrojím, ke svislému a vodorovnému oběhovému potrubí a na pracovní plošiny.

Pro kontrolu, čištění a opravy modulů z vnitřní i vnější strany je výhodné vytvořit uzavíratelné kontrolní otvory v horních nebo i v dolních dnech, případně v bočních stěnách nebo ve vodorovných výztužných pásnicích nebo v plošinách u zásobníkových nádrží, podstavců a plováků, které umožní vstup pracovníků a použití nezbytných pracovních prostředků a přístrojů.

V prostoru podstavců se i přes izolaci nádrží může vyskytovat zvýšená teplota, proto je prostor podstavců po obvodu soustavy modulů s výhodou vybaven ventilátory, kterými lze odvětrat potřebné přístupové cesty tak, aby byly přístupné pro pracovníky obsluhy a údržby.

Za tím účelem je výhodné opatřit kontrolní otvory uzavíracími přepážkami nebo dveřmi s dálkovým ovládáním. V případě opravy na určitém místě uvnitř soustavy modulů budou otevřeny pouze ty kontrolní otvory, které vytvoří přístupovou cestu k místu opravy a tuto cestu pak bude možno rychle vy větrat nej bližšími ventilátory. Po skončení opravy budou kontrolní otvory opět uzavřeny, aby se zabránilo zbytečným ztrátám tepla ze zásobníku tepla.

Pro svislou dopravuje s výhodou použito lanové nebo ozubnicové dopravní zařízení.

Lanové dopravní zařízení může být s výhodou pohon s třecím kotoučem nebo bubnový pohon.

Zařízení pro svislou dopravu osob a nákladů je s výhodou nainstalováno uvnitř a/nebo vně obvodových modulů, s výhodou je tímto zařízením závěsná nebo šplhací montážní plošina.

Na soustavě modulů lze pak vytvořit rozlehlou víceúčelovou pracovní plošinu.

Zjednoduší se tím přístup ke všem modulům a usnadní se montážní a údržbářské práce na soustavě modulů.

Jelikož zásobník tepla obecně může mít velkou plochu svého povrchu a dosahovat svou konstrukcí vysoko nad okolní terén, může být s výhodou na jeho horní plošině nebo i na jeho svislých obvodových stěnách umístěna sluneční a/nebo větrná elektrárna.

Elektrická energie vyrobená v této sluneční nebo větrné elektrárně se může s výhodou využívat k ohřevu vody přímo v zásobníku tepla.

Boční stěny a horní plošina zásobníku tepla mohou s výhodou sloužit i pro další účely, například pro bydlení, pro sportovní a rekreační aktivity, jako vyhlídková věž nebo pro potřeby reklamy.

Je ovšem nutno uvážit, že každé přidané zatížení zásobníku tepla musí respektovat také únosnost základů či plováků a může tedy znamenat částečné omezení skladovací kapacity zásobníku tepla.

Zásobník tepla bude vzhledem k proměnlivým teplotám měnit svůj objem.

Výškové změny zásobníku tepla nejsou problémem.

-26 CZ 2024- 195 A3

Plošné změny rozměrů jednotlivých částí plovoucího i stabilního zásobníku tepla v důsledku změn teploty je nutno kompenzovat, jelikož zásobníkové nádrže budou obvykle tepelně izolovány lépe než ostatní části zásobníku tepla.

Teplotní změny bez kompenzování budou způsobovat nerovnoměrnost napětí v konstrukci soustavy modulů.

U stabilního zásobníku tepla lze vodorovnou pohyblivost základů k zajištění dilatace soustavy modulů řešit jen s obtížemi.

Proto bude výhodné vytvořit stabilní modulový zásobník tepla ze skupin modulů se samostatnými základy, přičemž tyto skupiny základů budou spojeny s výhodou dilatačními prvky.

Jednotlivé skupiny modulů pak mohou snadno tolerovat také rozdílné poklesy podloží a nebude mezi nimi z tohoto důvodu vznikat mechanické napětí. Při nerovnoměrném sedání podloží se však budou skupiny modulů naklánět a bude nutno včas provádět jejich rektifikaci.

Soustava prolínají cích se modulů je ve vodorovné rovině poměrně dobře pružně stlačitelná, proto ji nebude nutné dělit na skupiny modulů nebo mohou tyto skupiny obsahovat větší počet modulů. Při menší změně teploty se pak tvar modulů pružně přizpůsobí, aniž by se poškodilo uložení modulů na základech.

Pro případ větších teplotních změn v soustavě modulů mohou být moduly s výhodou trvale nebo pouze při změně teploty zvednuty pomocí zdvihacích vaků umístěných v rektifikačním prostoru. Tyto zdvihací vaky umožňují vyrovnávat nejen osové, tj. svislé odchylky, ale i boční odchylky, takže dovolí pohotově reagovat na změnu teploty modulů a vyrovnávat rozměrové změny soustavy modulů, aby se zabránilo vzniku deformací a zborcení stěn modulů.

Při rovnoměrném ohřevu vody v zásobníku tepla se změny polohy modulů budou sečítat a tedy zvětšovat od středu soustavy modulů směrem k jejímu obvodu. Soustava modulů proto musí být zajištěna proti nežádoucímu celkovému jednostrannému posouvání na základech například zajištěním modulů ve středu soustavy modulů proti změně polohy. Ostatní moduly budou moci na zdvihacích vacích kolem středu soustavy modulů volně dilatovat.

Jestliže boční změna polohy modulů při dilatování soustavy modulů bude vyšší než dovolená boční odchylka zdvihacích vaků, bude soustava modulů odvzdušněním zdvihacích vaků usazena na základy, zdvihací vaky budou uvolněny, čímž se vyrovnají a při dalším natlakování zdvihacích vaků se soustava modulů opět zvedne a její dilatace může pokračovat.

Zásobník tepla s výhodou obsahuje kontrolní, měřicí a řídicí systém, který zabezpečuje bezpečný chod zásobníku tepla na základě měření důležitých provozních veličin a jejich porovnání s dovolenými hodnotami. S výhodou je systém automatický a samočinně provádí potřebné změny v parametrech skladování tepla.

Zásobník tepla se s výhodou může sestavovat po vrstvách, každou vrstvu postupnou montáží a spojováním jednotlivých částí modulů vedle sebe.

Plovoucí zásobník tepla tak lze sestavovat přímo na hladině vody v základní nádrži, tj. bez pomoci montážního doku.

Na nejnižší vrstvu částí modulů se postupně napojují další vrstvy tak, aby byl celý zásobník tepla na podloží či na hladině základní nádrže při výstavbě vyvážený a nevznikala v něm zbytečně přídavná mechanická napětí. Nejprve se sestavují základy, resp. plováky, na ně se vrství podstavce a nakonec zásobníkové nádrže. Průběžně se montuje také příslušenství, zejména oběhové a odvětrávací potrubí a oběhová soustrojí.

-27 CZ 2024- 195 A3

Souběžně je nutno vystavět přívod vody pro naplnění zásobníkových nádrží zásobníku tepla, dále zařízení pro pňvádění tepla do zásobníku tepla a zařízení pro odvádění tepla ze zásobníku tepla ke spotřebiteli.

Plováky u plovoucího zásobníku tepla sestaveného z modulů různé výšky se montují s výhodou tak, že se sestavuje nejprve základní vrstva plováků s největší hloubkou ponoru, které mají největší stavební výšku.

Po dokončení základní vrstvy plováků se plováky zanoří připojením další vrstvy plováků, příp. podstavců nebo zásobníkových nádrží (pouze do té míry, aby nebyla zhoršena stabilita smontované části na hladině vody v základní nádrži) nebo částečným naplněním dolní části plováků nebo zásobníkových nádrží vodou tak, aby se k nim mohly v potřebné úrovni připojovat plováky s menší stavební výškou. Po dokončení montáže nové vrstvy plováků se plováky dále zanoří stejným postupem tak, aby se k nim mohly v potřebné úrovni připojovat plováky s menší stavební výškou. Takto se pokračuje až do připojení plováků s nejmenší stavební výškou, načež se celá spojená skupina plováků dále zanoří tak, aby další montáž mohla pokračovat rovnoměrným napojováním dalších vyšších vrstev, tj. podstavců a zásobníkových nádrží, a to proporcionálně tak, aby nedocházelo ke vzniku přídavných mechanických napětí.

Horní část plováků či jejich segmentů, která nebude zavodněna, bude postupně plněna stlačeným plynem tak, aby byl v plovácích stále kompenzován vnější hydrostatický tlak vody a nedošlo ke zborcení plováků.

V průběhu další montáže poroste hmotnost plovoucího zásobníku tepla, který se bude průběžně ponořovat, přičemž bude ze základní nádrže postupně vytlačovat vodu o objemu, který odpovídá výtlaku prázdného plovoucího zásobníku tepla.

Ve vnitřním prostoru plováků může být v průběhu montáže zadržováno celé množství vody, které bude po dokončení montáže plovoucího zásobníku tepla přečerpáno do zásobníkových nádrží nad plováky a bude tak ihned k dispozici pro skladování tepla, aniž by tedy vznikla potřeba přičerpávat další vodu ze základní nádrže. Přečerpání vody z plováků může být s výhodou prováděno prostřednictvím pomocného potrubí odsáváním pomocí vestavěných oběhových soustrojí a také vytlačováním pomocí stlačeného plynu, kterým bude uvnitř plováků kompenzován vnější hydrostatický tlak vody proti zborcení plováků či segmentů.

Konstrukce zásobníku teplaje zvláště při větší využitelné hloubce nebo únosnosti podloží odolná proti nepříznivým povětrnostním podmínkám a proti zemětřesení.

I přes velké rozměry plovoucí zásobník tepla nezvyšuje tíhové zatížení podloží základní nádrže.

Zatížení podloží stabilním zásobníkem tepla se sice zvýší, ale zůstává při skladování tepla konstantní.

Výroba oceli, jakož i doprava při výstavbě zásobníku tepla jsou sice energeticky náročné, avšak vzhledem k dlouhé životnosti zásobníku teplaje jeho uhlíková stopa poměrně nevýznamná.

Zásobník tepla ve srovnání s dosavadními řešeními vykazuje všestranné zlepšení parametrů a dalších užitných vlastností.

U plovoucího zásobníku tepla se část tepla odvádí do vody v jezeru, resp. do podloží prostřednictvím stěn zásobníku tepla, zejména prostřednictvím plováků, které jsou ohřívány prostupem tepla od nesených zásobníkových nádrží a potrubí.

Je výhodné zesílit tepelnou izolaci soustavy zásobníkových nádrží, aby se zabránilo nežádoucímu

-28 CZ 2024- 195 A3 ohřevu vody v základní nádrži.

Stěny podstavců pod zásobníkovými nádržemi zásobníku tepla plovoucího v základní nádrži jsou v části nad hladinou vody v základní nádrži s výhodou opatřeny přídavnými teplosměnnými žebry, kterými je teplo, které projde z izolované soustavy zásobníkových nádrží, odváděno do okolního ovzduší, čímž se sníží množství tepla předávané do vody v základní nádrži.

Nevýhodou plovoucího zásobníku tepla je, že ohřev vody v jezeru může v jezeru ohrozit biologickou rovnováhu. Navíc dochází ke zvýšenému odpařování a zahušťování vody v jezeru, kterou je nutno doplňovat zvýšenou měrou z protékajícího vodního toku.

Ohřev vody v základní nádrži může být naopak výhodou v zimě, kdy se tím snižuje riziko zamrzání vody v základní nádrži a v okolním terénu, také může být výhodné využívat základní nádrž k rekreačním účelům nebo k celoroční produkci ryb či rostlin.

Vzhledem k tomu, že zásobník tepla nemá mimořádné nároky na únosnost podloží nebo na hloubku vody v základní nádrži, může být s výhodou umístěn poblíž vytápěné aglomerace nebo přímo v jejím areálu, což zkracuje délku topného oběhového potrubí a snižuje cenu dodávaného tepla.

Pro výstavbu zásobníku tepla lze velmi efektivně využít pozemky z dřívějších průmyslových podniků i z důvodu, že mají obvykle vyšší únosnost podloží, což je výhodné pro zvětšení tepelné kapacity zásobníku tepla zvětšením výšky jeho zásobníkových nádrží.

Umístění stabilního zásobníku tepla částečně nebo plně pod úrovní terénu je výhodné tím, že tolik nevyčnívá nad okolní terén, takže nepůsobí rušivě pro blízké sídliště. Nevýhodou může být náročnost výkopových prací.

Kapacita a výkon zásobníku tepla mohou být dimenzovány podle velikosti a potřeb vytápěné aglomerace.

Teplo může být do zásobníku tepla přiváděno z libovolných zdrojů energie, např. ze zdrojů odpadního tepla.

Zásobník tepla může být prostřednictvím topného tělesa ohříván s výhodou slunečními nebo větrnými elektrárnami v době, kdy nebudou mít zajištěn výhodný odběr elektrické energie, což zvýší efektivnost jejich provozu.

V zásobníku tepla může být ukládána zejména přebytečná vyrobená elektrická energie.

Pro zásobník tepla může výhodně sloužit zdroj tepla, který musí být provozován celoročně se stálým výkonem, protože jeho regulace je ztrátová, např. uhelná nebo jaderná teplárna. Zásobník tepla zvyšuje efektivnost tohoto zdroje tepla tím, že zvyšuje jeho základní zatížení. Zdroj tepla pro zásobník tepla pak může být postaven s menším výkonem, ale bude provozován rovnoměrně po celý rok, takže bude vyrábět teplo levněji a sníží se i celková cena tepla k vytápění.

Zásobník tepla umožňuje levně skladovat teplo pro denní i sezónní využívání.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno na příkladech provedení dle přiložených výkresů:

obr. 1 znázorňuje schéma jednoetážového modulu stabilního zásobníku tepla;

-29 CZ 2024- 195 A3 obr. 2 znázorňuje schéma dvouetážového modulu stabilního zásobníku tepla;

obr. 3 znázorňuje schéma jednoetážového modulu plovoucího zásobníku tepla;

obr. 4 znázorňuje schéma dvouetážového modulu plovoucího zásobníku tepla;

obr. 5a a 5b znázorňují porovnání plavání modulu plovoucího zásobníku tepla s jednodílným (obr. 5a) a s trojdílným plovákem (obr. 5b);

obr. 6 znázorňuje schéma modulu stabilního zásobníku tepla s rektifikačním zařízením;

obr. 7a, 7b a 7c znázorňují schéma soustavy propojených modulů zásobníku tepla ve třech variantách rozteče, přičemž na obr. 7a je rozteč zvolena tak, že stěny všech tří modulů 7 se protínají v jednom bodě, na obr. 7b je rozteč větší než na obr. 7a a na obr. 7c je rozteč větší než na obr. 7a;

obr. 8a a 8b znázorňují schéma zásobníkových nádrží v soustavě propojených modulů zásobníku tepla se zobrazením všech stěn zásobníkových nádrží (obr. 8a) a se zobrazením tří variant spojení (obr. 8b);

obr. 9 znázorňuje schéma plovoucího zásobníku tepla s jednoúrovňovou soustavou modulů;

obr. 10 znázorňuje schéma plovoucího zásobníku tepla s trojúrovňovou soustavou modulů;

obr. 11 znázorňuje schéma stabilního zásobníku tepla s trojúrovňovou soustavou modulů;

obr. 12a, 12b a 12c znázorňují schéma plovoucího zásobníku tepla, a to nárys (obr. 12a, 12b) a půdorys (obr. 12c);

obr. 13 znázorňuje schéma rovinné soustavy propojených modulů;

obr. 14 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů na zvlněném podloží;

obr. 15a a 15b znázorňují schémata dvou variant plovoucího zásobníku tepla se soustavou modulů se stejným průměrem (obr. 15a) a s různým průměrem (obr. 15b);

obr. 16a a 16b znázorňují schémata dvou variant stabilního zásobníku tepla se soustavou modulů se stejným průměrem (obr. 16a) a s různým průměrem (obr. 16b);

obr. 17 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s paralelním připojením oběhového potrubí;

obr. 18 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s nezávislým připojením oběhového potrubí;

obr. 19 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla;

obr. 20 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla;

obr. 21 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla;

obr. 22 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se

-30CZ 2024- 195 A3 zařízením pro odběr tepla; a obr. 23 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno schéma jednoetážového modulu stabilního zásobníku tepla.

Modul 7 má dvě základní části:

- zásobníkovou nádrž 12. která slouží k nesení vodní náplně, je zatížena hlavně vnitřním přetlakem vody; a

- podstavec 11, který slouží k nesení zásobníkové nádrže 12. je postaven na základu 9 vytvořeném v podloží 3 a je zatížen hlavně svislou tíhou od nesených částí, tedy hlavně od zásobníkové nádrže 12.

Zásobníková nádrž 12 o výšce N je naplněna vodou. Podstavec 11 musí mít výšku M dostatečnou pro umístění oběhového potrubí s uzávěry a pracovní plošiny a pro chůzi pracovníků obsluhy a údržby. Etáž je tvořena podstavcem 11 a nesenou zásobníkovou nádrží 12. Základ 9 slouží k nesení podstavce 11 se zásobníkovou nádrží 12 a je umístěn na podloží 3, je zatížen hlavně svislou tíhou od nesených částí. Horní úroveň základu 9 je vytvořena nad úrovní 4 terénu, aby bylo možno dobře odvodnit prostor modulu 7 při poruše zásobníkové nádrže 12 nebo oběhového potrubí.

Na obr. 2 je znázorněno schéma dvouetážového modulu stabilního zásobníku tepla. Na základu 9 je postaven modul 7, který je tvořen dvěma etážemi nad sebou, přičemž každá etáž je tvořena podstavcem 11 a nesenou zásobníkovou nádrží 12. V důsledku menšího hydrostatického tlaku vody v zásobníkových nádržích 12 může být tloušťka stěn zásobníkových nádrží 12 menší než u zásobníkové nádrže 12 na obr. 1, součet výšek N obou zásobníkových nádrží 12 může být proto větší než výška N zásobníkové nádrže 12 na obr. 1. Při optimalizaci využití materiálu je nutno uvažovat i hmotnost dna zásobníkových nádrží 12 a hmotnost podstavců 11.

Na obr. 3 je znázorněno schéma jednoetážového modulu plovoucího zásobníku tepla. Modul 7 má tři základní části:

- zásobníkovou nádrž 12. která slouží k nesení vodní náplně, je zatížena hlavně vnitřním přetlakem vody;

- podstavec 11. který slouží k nesení zásobníkové nádrže 12. je postaven na plováku 10. ie zatížen hlavně svislou tíhou od nesených částí, tedy hlavně od zásobníkové nádrže 12; a

- plovák 10, který slouží k nesení podstavce 11 se zásobníkovou nádrží 12 a je ponořen do vody v základní nádrži j_, čímž vytváří potřebný vztlak, je zatížen hlavně vnějším přetlakem vody a svislou tíhou od nesených částí.

Zásobníková nádrž 12. podstavec 11 a plovák 10 jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovný průřez má kruhový tvar. Podstavec 11 má tloušťku stěny t. Zásobníková nádrž 12 o výšce N je naplněna vodou. Podstavec 11 musí mít výšku M dostatečnou pro umístění oběhového potrubí s uzávěry a pracovní plošiny a pro chůzi pracovníků obsluhy a údržby. Plovák 10 je ponořen do hloubky H a má celkovou výšku P, která je vyšší než hloubka H, aby byla zajištěna bezpečnost plováku 10 proti potopení pod hladinu 13 vody v základní nádrži j. při působení nahodilého statického a dynamického zatížení a aby bylo možno dobře odvodnit prostor modulu 7 při poruše zásobníkové nádrže 12 nebo oběhového potrubí.

-31 CZ 2024- 195 A3

Na obr. 4 je znázorněno schéma dvouetážového modulu plovoucího zásobníku tepla. Modul 7 obsahuje plovák 10. který plave ve vodě v základní nádrži tak, že horní hrana plováku 10 přesahuje nad hladinu 13 vody v základní nádrži 1, na plováku 10 jsou umístěny dvě etáže nad sebou, přičemž každá etáž je tvořena podstavcem 11 s nesenou zásobníkovou nádrží 12.

Na obr. 5a a b je znázorněno porovnání plavání modulu plovoucího zásobníku tepla s jednodílným a s trojdílným plovákem. Na obr. 5a je znázorněno schéma plavání modulu plovoucího zásobníku tepla s jednodílným plovákem 10. Modul 7 obsahuje zásobníkovou nádrž 12. podstavec 11 a jednodílný plovák 10. které jsou zhotoveny z tenkého plechu a jejich vodorovný průřez má kruhový tvar. Podstavec 11 má tloušťku stěny t. Na obr. 5b je znázorněno schéma plavání modulu plovoucího zásobníku tepla s trojdílným plovákem.

Modul 7 obsahuje zásobníkovou nádrž 12. podstavec 11 a trojdílný plovák 10. Plovák 10 obsahuje oddíly 10a. 10b. 10c (segmenty) které jsou zhotoveny z tenkého plechu tloušťky t a jejich vodorovný průřez má kruhový tvar. Jednotlivé oddíly 10a. 10b. 10c plováku 10 jsou naplněny vzduchem o přetlaku, který se rovná největšímu hydrostatickému tlaku vody, kterému je daný oddíl 10a. 10b. 10c plováku 10 vystaven při plném ponoření v základní nádrži 1, tzn., že oddíly 10a. 10b. 10c plováku 10 umístěné hlouběji jsou naplněny vzduchem o větším přetlaku. Horní dno dolního oddílu 10a plní funkci tlakové přepážky mezi dolním oddílem 10a a středním oddílem 10b. horní dno středního oddílu 10b plní funkci tlakové přepážky mezi středním oddílem 10b a horním oddílem 10c. V důsledku lepšího vyrovnání vnitřního přetlaku plynu s vnějším hydrostatickým přetlakem vody může mít tento trojdílný plovák 10 tedy tenčí stěny, a tudíž menší hmotnost než jednodílný plovák 10 se stejnou výškou, tj. se stejným vztlakem. Zásobníková nádrž 12 proto může být vyšší než u modulu 7 s jednodílným plovákem 10 dle obr. 5a. Při optimalizaci využití materiálu je nutno uvažovat i hmotnost den plováku 10.

Na obr. 6 je znázorněno schéma modulu stabilního zásobníku tepla s rektifikačním zařízením. V podloží 3 je vybudován základ 9, na kterém je umístěn podstavec 11. na podstavci 11 ie umístěna zásobníková nádrž 12. V dolní části podstavce 11 je vytvořen rektifikační prostor 29 pro rektifikaci polohy modulu 7 na základu 9, a to tak, že dolní část podstavce 11 pod zásobníkovou nádrží 12 je opatřena vodorovnou výztuhou a montážními otvory ve stěnách podstavce 11.

Přes montážní otvory jsou do rektifikačního prostoru 29 mezi vodorovnou výztuhou a základem 9 vloženy pneumatické zdvihací vaky 30 a plněním vzduchu do zdvihacích vaků 30 lze modul 7 zvednout. Do vzniklé mezery mezi modulem 7 a základem 9 lze vložit podložku o tloušťce stanovené dle výsledků měření a vypuštěním vzduchu ze zdvihacích vaků 30 lze modul 7 opět spustit na základ 9 s podložkou.

Obr. 7a, 7b a 7c znázorňují schéma soustavy propojených modulů zásobníku tepla ve třech variantách. Soustava 6 modulů obsahuje moduly 7 s kruhovým vodorovným průřezem, které jsou propojeny do trojúhelníku, přičemž rozteč A modulů 7 je menší než jejich průměr D, proto se půdorysně překrývají s přesahem B. Na obr. 7a je z detailu C patrné, že rozteč A modulů 7 je zvolena tak, že stěny všech tří modulů 7 se protínají v jednom bodě. Na obr. 7b je z detailu C patrné, že rozteč A modulů 7 je větší než ve variantě dle obr. 7a, proto se v jednom bodě protínají vždy pouze dvě stěny modulů 7. Přesah B modulů 7 je menší. Na obr. 7c je z detailu C patrné, že rozteč A modulů 7 je menší než ve variantě dle obr. 7a, proto se v jednom bodě protínají opět vždy pouze dvě stěny modulů 7. Přesah B modulů 7 je větší.

Obr. 8a a 8b znázorňují schéma zásobníkových nádrží v soustavě propojených modulů zásobníku tepla. Obr. 8a znázorňuje schéma zásobníkových nádrží 12 v soustavě modulů 6 se zobrazením všech stěn zásobníkových nádrží 12. Aby nebylo nutno každý prostor mezi zásobníkovými nádržemi 12 vybavovat samostatnou odbočkou k oběhovému potrubí pro účely plnění nebo vypouštění zásobníkových nádrží 12. jsou prostory mezi zásobníkovými nádržemi 12 vzniklé

-32CZ 2024- 195 A3 propojením zásobníkových nádrží 12 spojeny s vybranými prostory uvnitř zásobníkových nádrží 12. Oblast zásobníkových nádrží 12. kde budou popisovány varianty spojení, je označena čísly 1 až 16. Obr. 8b znázorňuje schéma zásobníkových nádrží 12 se zobrazením tří variant spojení:

- plně kruhový tvar mají zásobníkové nádrže 12 označené křížovým šrafováním a čísly: 1, 5, 8, 11, 14a 15;

- kruhový tvar se třemi vydutými oblouky mají zásobníkové nádrže 12 označené vodorovným šrafováním a čísly: 4, 7, 10 a 13; a

- tvar se šesti vydutými oblouky mají zásobníkové nádrže 12 označené svislým šrafováním a čísly: 2, 3, 6, 9, 12 a 16.

Vzhledem ke kruhovému tvaru zásobníkových nádrží 12 je však nutno při individuální vypouštění nebo plnění zásobníkových nádrží 12. např. z důvodu jejich poruchy, dodržet takový postup odstavování nebo plnění sousedních zásobníkových nádrží 12. aby všechny zásobníkové nádrže 12 byly zatěžovány pouze vnitřním přetlakem a aby tedy nedošlo k zatížení klenutých stěn zásobníkových nádrží 12 vnějším přetlakem. Před individuálním plněním zásobníkové nádrže 12 č. 8 s křížovým šrafováním není nutno plnit žádnou sousední zásobníkovou nádrž 12. Před individuálním plněním zásobníkové nádrže 12 č. 4 s vodorovným šrafováním je nutno plnit zásobníkové nádrže 12 č. 1, 5 a 8 s křížovým šrafováním. Před individuálním plněním zásobníkové nádrže 12 č. 9 se svislým šrafováním je nutno plnit zásobníkové nádrže 12 s křížovým šrafováním č. 1, 5, 8, 11, 14 a 15 a poté zásobníkové nádrže 12 č. 4, 10 a 13 s vodorovným šrafováním. Před individuálním vypouštěním zásobníkové nádrže 12 je potřebné dodržet inverzní postup. Před individuálním vypouštěním zásobníkové nádrže 12 č. 9 se svislým šrafováním není nutno vypouštět žádnou sousední zásobníkovou nádrž 12. Před individuálním vypouštěním zásobníkové nádrže 12 č. 4 s vodorovným šrafováním je nutno vypouštět zásobníkové nádrže 12 č. 2, 3 a 9 se svislým šrafováním. Před individuálním vypouštěním zásobníkové nádrže 12 č. 8 s křížovým šrafováním je nutno vypouštět zásobníkové nádrže 12 č. 2, 3, 6, 9, 12 a 16 a poté zásobníkové nádrže 12 č. 4, 7 a 13 s vodorovným šrafováním.

Obr. 9 znázorňuje schéma plovoucího zásobníku tepla s jednoúrovňovou soustavou modulů. Plovoucí zásobník 5 tepla obsahuje především soustavu 6 modulů, v níž jsou moduly 7 se stejnou výškou a se stejnou hloubkou ponoru. U plovoucího zásobníku 5 tepla jsou v základní nádrži 1 ponořeny pouze plováky 10. Podstavce 11 a zásobníkové nádrže 12 jsou situovány nad hladinou 13 vody v základní nádrži j_. Plovoucí zásobník 5 tepla svou šířkou obsahuje téměř celou šířku základní nádrže 1 a má jednotnou hloubku ponoru, která odpovídá využité hloubkové úrovni základní nádrže 1. Plovoucí zásobník 5 tepla obsahuje také topná oběhová soustrojí 16, odběrová oběhová soustrojí 17 a oběhové potrubí 14. Oběhová soustrojí 16. 17 jsou vestavěna do energetických modulů 8 připevněných k modulům 7 se zásobníkovými nádržemi 12 po obvodu soustavy 6 modulů.

Obr. 10 znázorňuje schéma plovoucího zásobníku tepla s troj úrovňovou soustavou modulů. Plovoucí zásobník 5 tepla obsahuje tři sady modulů 7, které mají stejný poměr výšky zásobníkových nádrží 12 k využitelné hloubce, takže každá sada modulů 7 má jinou výšku zásobníkových nádrží 12 a plováků JO, tj. jinou hloubku ponoru. U plovoucího zásobníku 5 tepla jsou ponořeny pouze plováky 10. Podstavce 11 a zásobníkové nádrže 12 jsou situovány nad hladinou 13 vody v základní nádrži 1. Plovoucí zásobník 5 tepla svou šířkou obsahuje téměř celou šířku základní nádrže 1 a využívá také téměř celou hloubku základní nádrže 1, jelikož vnitřní sady modulů 7 zasahují do větších hloubkových úrovní základní nádrže L Tento plovoucí zásobník 5 tepla proto může mít větší kapacitu akumulovaného tepla než plovoucí zásobník 5 tepla jednoúrovňový podle obr. 9. Plovoucí zásobník 5 tepla obsahuje také tři sady topných oběhových soustrojí 16 a odběrových oběhových soustrojí 17 pro příslušné sady modulů 7 a oběhové potrubí 14. Oběhová soustrojí 16. 17 jsou vestavěna do energetických modulů 8 připevněných k modulům 7 se zásobníkovými nádržemi 12 po obvodu soustavy 6 modulů.

-33 CZ 2024- 195 A3

Obr. 11 znázorňuje schéma stabilního zásobníku tepla s trojúrovňovou soustavou modulů. Pozemek, na kterém je stabilní zásobník 5 tepla postaven, má tři úrovně únosnosti podloží 3. Různá únosnost podloží 3 je zobrazena různou výškou základů 9. Stabilní zásobník 5 tepla obsahuje tři sady modulů 7, které mají stejný poměr výšky zásobníkových nádrží 12 k únosnosti podloží 3, takže každá sada modulů 7 má jinou výšku zásobníkových nádrží 12 podle únosnosti podloží 3. Soustava 6 modulů plně využívá únosnost podloží 3 na celém pozemku. Tento stabilní zásobník 5 tepla má proto větší kapacitu akumulovaného tepla než stabilní zásobník 5 tepla jednoúrovňový, který by byl postaven podle nejmenší únosnosti podloží 3 na pozemku. Stabilní zásobník 5 tepla obsahuje také tři sady topných oběhových soustrojí 16 a odběrových oběhových soustrojí 17 pro příslušné sady modulů 7 a oběhové potrubí 14. Oběhová soustrojí 16. 17 jsou vestavěna do energetických modulů 8 připevněných k modulům 7 se zásobníkovými nádržemi 12 po obvodu soustavy 6 modulů.

Na obr. 12a, 12b a 12c je znázorněno schéma plovoucího zásobníku tepla. Na obr. 12a a 12b je zobrazen nárys plovoucího zásobníku 5 tepla, na obr. 12c je zobrazen jeho půdorys. Plovoucí zásobník 5 tepla plave na hladině 13 vody v základní nádrži 1 a je tvořen soustavou 6 modulů s kruhovým průřezem, které jsou mezi sebou spojeny plochými výztuhami do trojúhelníkových útvarů. Modul 7 plovoucího zásobníku 5 tepla má tři základní části: zásobníkovou nádrž 12. podstavec 11 a plovák 10. Moduly 7 jsou rozmístěny uvnitř soustavy 6 modulů. Energetické moduly 8 jsou rozmístěny po obvodu soustavy 6 modulů. Šířka plovoucího zásobníku 5 teplaje několikanásobně větší než jeho výška, takže je dostatečně zajištěna jeho stabilita proti převrácení. Plovoucí zásobník 5 teplaje v základní nádrži 1 stabilizován proti vodorovnému pohybu vodicím rámem 26. který má plovoucí část 27 a kotvicí část 28, jež jsou kloubově spojeny mezi sebou. Kotvicí část 28 je kloubově uchycena také v základech na břehu 2 základní nádrže L Na obr. 12a je zobrazen plovoucí zásobník 5 tepla se zásobníkovými nádržemi 12 naplněnými vodou do výšky N a s plně ponořenými plováky 10. Na obr. 12b je zobrazen plovoucí zásobník 5 tepla s prázdnými zásobníkovými nádržemi 12 a s částečně ponořenými plováky 10. Při plnění zásobníkových nádrží 12 vodou ze základní nádrže 1 je nutno překonat výtlačnou výšku V.

Obr. 13 znázorňuje schéma rovinné soustavy propojených modulů. V řezu A-A je znázorněna soustava 6 modulů vzájemně propojených ve stabilním zásobníku tepla, který je vystavěn na rovinném podloží 3 s rovnoměrnou únosností. Každý modul 7 v soustavě 6 modulů obsahuje zásobníkovou nádrž 12 a podstavec 11. V podstavci 11 je prostor pro oběhové potrubí a obslužné plošiny. Pro stabilní zásobník teplaje nosným prvkem základ 9, který je vybudován v podloží 3. Rez B-B v dolní části obrázku je proveden v oblasti podstavců JT a je na něm patrné prohnání modulů 7, jejichž rozteč je menší než jejich průměr. Zásobníkové nádrže 12 a oběhová soustrojí mohou být prostřednictvím oběhového potrubí v soustavě 6 modulů libovolně spojeny, protože všechny moduly 7 mají stejnou výškovou polohu a výška zásobníkových nádrží 12 je u všech modulů 7 stejná.

Obr. 14 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů na zvlněném podloží. Schéma je v podstatě stejné jako na obr. 13, liší se pouze v řezu A-A, z něhož je patrné, že soustava 6 modulů propojených ve stabilním zásobníku tepla je vystavěna na základech 9 vytvořených ve zvlněném podloží 3.

V této soustavě 6 modulů mohou být prostřednictvím oběhového potrubí s oběhovými soustrojími spojeny pouze skupiny zásobníkových nádrží 12 se stejnou výškou a se stejnou výškovou polohou modulů 7, tzn. po vrstevnicích, aby oběhová soustrojí měla stejnou hydrostatickou výšku.

Obr. 15a a 15b znázorňují schémata dvou variant plovoucího zásobníku tepla se soustavou modulů s různým průměrem. Moduly 7 mají rozteč větší než průměr a jsou mezi sebou spojeny svislými výztuhami. Soustava 6 modulů obsahuje tři skupiny modulů 7 s různou hloubkovou úrovní v základní nádrži L V horní části obrázků 15a, 15b jsou zobrazeny svislé řezy A-A

-34CZ 2024- 195 A3 soustavami 6 modulů, jejichž půdorysy jsou v dolní části obrázků. Obr. 15a znázorňuje schéma soustavy 6 modulů, ve které mají všechny moduly 7 stejný průměr, avšak výšky zásobníkových nádrží 12 jsou úměrné hloubce ponoru plováků 10 v základní nádrži L Obr. 15b znázorňuje schéma soustavy 6 modulů s různými průměry zásobníkových nádrží 12. Ve všech modulech 7 této soustavy 6 modulů mají plováky 10 stejný průměr, protože využívají veškerý vztlak, který je dostupný v dané hloubkové úrovni. Výška zásobníkových nádrží 12 i podstavců 11 je ve všech modulech 7 všech hloubkových úrovní stejná, avšak jejich vodorovný průměr je různý, přičemž poměr vodorovného průřezu zásobníkových nádrží 12 u modulů 7 určité hloubkové úrovně k vodorovnému průřezu zásobníkových nádrží 12 u modulů 7 největší hloubkové úrovně je roven poměru ponoru plováků 10 u modulů 7 určité hloubkové úrovně k ponoru plováků 10 u modulů 7 největší hloubkové úrovně. Proto mohou být všechny zásobníkové nádrže 12 v celém plovoucím zásobníku tepla spojeny společným oběhovým potrubím. Oběh vody ve všech zásobníkových nádrží 12 bez ohledu na jejich průměr lze provádět pomocí kteréhokoliv oběhového soustrojí. Jelikož průměr plováků 10 a rozteč mezi moduly 7 zůstávají zachovány, výztuhy mezi zásobníkovými nádržemi 12. případně mezi podstavci 11 menšího průměru musí mít větší šířku a tloušťku, aby jimi byla překlenuta vzdálenost mezi moduly 7 a aby byla zajištěna tuhost vzájemného spojení modulů 7.

Obr. 16 a 16b znázorňují schémata dvou variant stabilního zásobníku tepla se soustavou modulů s různým průměrem. V soustavě 6 modulů jsou moduly 7 mezi sebou spojeny svislými výztuhami.

Rozteč modulů 7 je větší než jejich průměr. V horní části obrázků 16a, 16b jsou zobrazeny svislé řezy A-A soustavami 6 modulů, jejichž půdorysy jsou v dolní části obrázků. Soustava 6 modulů obsahuje tři skupiny modulů 7 s různou únosností podloží 3. Různá únosnost podloží 3 je zobrazena různou výškou základů 9. Obr. 16a znázorňuje schéma soustavy 6 modulů, ve které mají všechny moduly 7 stejný průměr, avšak výšky zásobníkových nádrží 12 jsou různé, úměrně únosnosti podloží 3. Obr. 16b znázorňuje schéma soustavy 6 modulů s různými průměry zásobníkových nádrží 12. Ve všech modulech 7 této soustavy 6 modulů mají základy 9 stejný průměr, protože využívají veškerou únosnost podloží 3, která je dostupná v dané oblasti pozemku. Výška zásobníkových nádrží 12 i podstavců 11 je ve všech modulech 7 všech únosností podloží 3 stejná, avšak jejich vodorovný průměr je různý, úměrně únosnosti podloží 3, přičemž poměr vodorovného průřezu zásobníkových nádrží 12 u modulů 7 určité únosnosti podloží 3 k vodorovnému průřezu zásobníkových nádrží 12 u modulů 7 s největší únosností podloží 3 je roven poměru určité únosnosti podloží 3 k největší únosnosti podloží 3.

Soustava 6 modulů obsahuje ve všech modulech 7 všech únosností podloží 3 zásobníkové nádrže 12 s jednotnou výškou a podstavce 11 rovněž s jednotnou výškou. Proto mohou být všechny zásobníkové nádrže 12 v celém stabilním zásobníku tepla spojeny společným oběhovým potrubím. Oběh vody s proporcionálním plněním všech zásobníkových nádrží 12 bez ohledu na jejich průměr lze provádět pomocí kteréhokoliv oběhového soustrojí. Jelikož průměr základů 9 a rozteč mezi moduly 7 zůstávají zachovány, výztuhy mezi zásobníkovými nádržemi 12. případně mezi podstavci 11 menšího průměru musí mít větší šířku a tloušťku, aby jimi byla překlenuta vzdálenost mezi moduly 7 a aby byla zajištěna tuhost vzájemného spojení modulů 7.

Obr. 17 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s paralelním připojením oběhového potrubí. V horní části obrázku je znázorněn svislý řez A-A soustavou 6 modulů, v dolní části obrázku je znázorněn vodorovný řez B-B soustavou 6 modulů. Rozteč modulů 7 je menší než jejich průměr. Ve všech modulech 7 této soustavy 6 modulů mají podstavce 11 stejný průměr. Výška zásobníkových nádrží 12 je ve všech modulech 7 všech únosností podloží 3 stejná, avšak jejich průměr je různý. Zásobníkové nádrže 12 jsou připojeny paralelně samostatnými odbočkami k vodorovnému oběhovému potrubí 14 umístěnému pod zásobníkovými nádržemi 12. Zásobníkové nádrže 12 jsou oběhovým potrubím 14 sdruženy do tří skupin, každá skupina zásobníkových nádrží 12 je připojena k oběhovému soustrojí 16. Skupiny zásobníkových nádrží 12 jsou mezi sebou spojeny uzavíratelným oběhovým potrubím 14 pro případ výpadku některého

-35 CZ 2024- 195 A3 oběhového soustrojí 16 nebo pro zlepšení možností regulace oběhu vody v zásobníkových nádržích 12. Zásobníkové nádrže 12 jsou zde spojeny s oběhovým soustrojím 16 paralelně, takže se mohou plnit a vypouštět současně. Každá odbočka oběhového potrubí 14 je vybavena uzávěrem 15. který umožňuje regulovat průtok vody v zásobníkové nádrži 12.

Obr. 18 znázorňuje schéma soustavy propojených modulů s nezávislým připojením oběhového potrubí. V horní části obrázku je znázorněn svislý řez A-A soustavy 6 modulů, v dolní části obrázku je znázorněn vodorovný řez B-B soustavy 6 modulů. Rozteč modulů 7 je menší než jejich průměr. Ve všech modulech 7 této soustavy 6 modulů mají podstavce 11 stejný průměr. Výška zásobníkových nádrží 12 je ve všech modulech všech únosností podloží 3 stejná, avšak jejich průměr je různý. Každá zásobníková nádrž 12 je připojena samostatným oběhovým potrubím 14 vyvedeným až k oběhovému soustrojí 16. Všechny zásobníkové nádrže 12 jsou zde spojeny s oběhovým soustrojím 16 zcela nezávisle. Každé samostatné oběhové potrubí 16 je vybaveno uzávěrem 15. který umožňuje regulovat průtok vody v zásobníkové nádrži 12 a který je umístěn až u oběhového soustrojí 16. tudíž je snadno dostupný pro obsluhu a údržbu. Toto uspořádání je výhodné pro zvýšení spolehlivosti uzávěrů 15. protože voda a veškeré vnitřní prostory soustavy 6 modulů budou zahřátý na zvýšenou teplotu skladováním tepla.

Obr. 19 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla.

Zařízení pro přívod tepla obsahuje topné oběhové soustrojí 16. které je prostřednictvím oběhového potrubí 14 propojeno se zásobníkem tepla 5 a s topným výměníkem 19. který je napájen z vnějšího zdroje. Zařízení pro odběr tepla obsahuje odběrové oběhové soustrojí 17. které je prostřednictvím oběhového potrubí 14 propojeno se zásobníkem 5 tepla a s vytápěným objektem 25. ve kterém se teplo odebírá pomocí objektového výměníku 21. Okruhy obou zařízení jsou propojeny. Oběhové potrubí 14 je společné pro přívod tepla i pro odvod tepla a je připojeno k dolním dnům zásobníkových nádrží 12. Teplejší voda se zdržuje v horní části zásobníkových nádrží 12. proto je toto provedení vhodné spíše pro menší výšky zásobníkových nádrží 12. ve kterých se voda lépe promíchá v celé výšce zásobníkové nádrže 12. Uvnitř zásobníkových nádrží 12 není umístěno žádné oběhové potrubí, údržba je jednodušší. Odvětrávací potrubí 24 je uzavřené, pro regulaci tlaku plynu nad hladinou vody v zásobníkových nádržích 12 je k dispozici kompresor 22 a zásobník 23 plynu.

Obr. 20 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla. Okruhy obou zařízení jsou propojeny. Větve oběhového potrubí 14 pro přívod tepla i oběhového potrubí 14 pro odvod tepla, ve kterých se nachází chladnější voda, jsou připojeny k dolním dnům zásobníkových nádrží 12 a větve oběhového potrubí 14 pro přívod tepla i oběhového potrubí 14 pro odvod tepla, ve kterých se nachází teplejší voda, jsou připojeny k horním dnům zásobníkových nádrží 12. Teplejší voda se zdržuje v horní části zásobníkových nádrží 12. proto je toto provedení vhodné spíše pro větší výšky zásobníkových nádrží 12. ve kterých se voda nepromíchá v celé výšce zásobníkové nádrže 12. Uvnitř zásobníkových nádrží 12 je umístěna jen část oběhového potrubí 14. údržba je téměř tak jednoduchá jako u provedení dle obr. 19.

Obr. 21 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla. Okruhy obou zařízení jsou propojeny. Větve oběhového potrubí 14 pro přívod tepla i oběhového potrubí 14 pro odvod tepla, ve kterých se nachází chladnější voda, jsou připojeny k dolním dnům zásobníkových nádrží 12. Větve oběhového potrubí 14 pro přívod tepla i oběhového potrubí 14 pro odvod tepla, ve kterých se nachází teplejší voda, jsou připojeny rovněž k dolním dnům zásobníkových nádrží 12. ale pokračují uvnitř zásobníkových nádrží 12 ajsou vyústěny v horní části zásobníkových nádrží 12. Teplejší voda se zdržuje v horní části zásobníkových nádrží 12, proto je toto provedení vhodné spíše pro větší výšky zásobníkových nádrží 12. ve kterých se voda nepromíchá v celé výšce zásobníkové nádrže 12. Uvnitř zásobníkových nádrží 12 je umístěno oběhové potrubí 14. údržba je náročnější než u provedení

-36CZ 2024- 195 A3 dle obr. 19 nebo dle obr. 20.

Obr. 22 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla. Okruhy obou zařízení jsou částečně odděleny. Větve oběhového potrubí 14a pro přívod tepla i oběhového potrubí 14b pro odvod tepla, ve kterých se nachází chladnější voda, jsou připojeny k dolním dnům zásobníkových nádrží 12. Větve oběhového potrubí 14a pro přívod tepla i oběhového potrubí 14b pro odvod tepla, ve kterých se nachází teplejší voda, jsou připojeny rovněž k dolním dnům zásobníkových nádrží 12, ale pokračují uvnitř zásobníkových nádrží 12 a jsou vyústěny v horní části zásobníkových nádrží 12. Teplejší voda se zdržuje v horní části zásobníkových nádrží 12. proto je toto provedení vhodné spíše pro větší výšky zásobníkových nádrží 12, ve kterých se voda nepromíchá v celé výšce zásobníkové nádrže 12. Uvnitř zásobníkových nádrží 12 je umístěno oběhové potrubí 14a. 14b. údržba je proto náročnější než u provedení dle obr. 19 nebo dle obr. 20.

Obr. 23 znázorňuje schéma modulového zásobníku tepla se zařízením pro přívod tepla a se zařízením pro odběr tepla. Okruhy obou zařízení jsou částečně odděleny. Navíc, oproti provedení dle obr. 22, je okruh zařízení (14b. 17. 20) pro odběr tepla plně oddělen od okruhu vytápěného objektu 25 odběrovým výměníkem 20. Okruh vytápěného objektu 25 obsahuje objektové oběhové potrubí 14c. objektové oběhové soustrojí 18 a objektový výměník 21.

Toto uspořádání je vhodné, jestliže v modulovém zásobníku 5 tepla obíhá upravená kapalina, která zvyšuje odolnost zásobníkových nádrží 12. oběhového potrubí 14a. 14b. oběhových soustrojí 16. 17 a výměníků (19. 20) proti korozi a je nutno ji zabezpečit proti ztrátám při poruchách topného systému ve vytápěném objektu 25 a v dálkovém potrubí.

Další příkladným uskutečněním vynálezu (na výkresech neznázoměno) je zásobník tepla obsahující soustavu 6 modulů, na jejímž vnějším povrchu je umístěna sluneční a/nebo větrná elektrárna.

Průmyslová využitelnost

Zásobník tepla má předpoklady k rozsáhlému využívání:

- soustava zásobníkových nádrží má jednoduchou, relativně lehkou, a přitom pevnou a pružnou konstrukci, která je základem její spolehlivosti, nízké ceny a dlouhé životnosti;

- modulová konstrukce dále zlevňuje výrobu;

- relativně malý povrch soustavy zásobníkových nádrží snižuje měrné náklady na tepelnou izolaci;

- povrch zásobníkových nádrží je dobře přístupný pro ochranu proti korozi;

- jednotlivé části jsou dobře přístupné pro obsluhu a údržbu;

- optimálně využívá prostor pozemku, na kterém je umístěno;

- lze je zhotovit jako stabilní na pevném podkladu nebo jako plovoucí v základní nádrži;

- ke skladování tepla může používat vodu, která má vysoké měrné teplo a je běžně dostupná;

- umožňuje krátkodobé i dlouhodobé uložení tepla;

- cyklus ukládání tepla má velmi dobrou energetickou účinnost;

- horní plošina a boční stěny soustavy zásobníkových nádrží mohou být využívány pro umístění sluneční a/nebo větrné elektrárny;

- vodu v základní nádrži ohřátou ztrátovým teplem z plovoucího zařízení lze využívat k rekreačním nebo produkčním účelům;

- jednoduchá koncepce umožňuje automatizovat provoz.

-37 CZ 2024- 195 A3

Vynález umožní:

- podstatně snížit náklady na skladování tepla;

- podstatně rozšířit sezónní skladování tepla;

- efektivně využívat pro skladování tepla ekologické zdroje energie se stálou nebo proměnlivou výrobou;

- zvýšit účinnost perspektivních technologií pro velké výkony a kapacity dlouhodobého skladování elektřiny (CB, LAES, CAES).

Claims (14)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zásobník tepla, obsahující zásobníkové nádrže (12) naplněné teplonosnou tekutinou, umístěné na nosném prvku a spojené do soustavy zásobníkových nádrží (12), přičemž povrch soustavy zásobníkových nádrží (12) je opatřen tepelnou izolací, přičemž zásobník tepla dále obsahuje podstavce (11) pro nesení zásobníkových nádrží (12), přičemž každý podstavec (11) se zásobníkovou nádrží (12) tvoří součást modulu (7), přičemž modul (7) je umístěn na nosném prvku, kterým je základ (9), který je umístěn v podloží (3) a je uspořádán pro nesení podstavce (11) a zásobníkové nádrže (12), vyznačený tím, že nejméně dvě zásobníkové nádrže (12) v soustavě zásobníkových nádrží (12) jsou spojeny vzájemným propojením stěn zásobníkových nádrží (12) pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů nebo spojením zásobníkových nádrží (12) pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh.

2. Zásobník tepla, obsahující zásobníkové nádrže (12) naplněné teplonosnou tekutinou, umístěné na nosném prvku a spojené do soustavy zásobníkových nádrží (12), přičemž povrch soustavy zásobníkových nádrží (12) je opatřen tepelnou izolací, přičemž zásobník tepla dále obsahuje podstavce (11) pro nesení zásobníkových nádrží (12), přičemž každý podstavec (11) se zásobníkovou nádrží (12) tvoří součást modulu (7), přičemž modul (7) je umístěn na nosném prvku, vyznačený tím, že nejméně dvě zásobníkové nádrže (12) v soustavě zásobníkových nádrží (12) jsou spojeny vzájemným propojením stěn zásobníkových nádrží (12) pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů nebo spojením zásobníkových nádrží (12) pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh, přičemž nosným prvkem je plovák (10), který je umístěn v kapalině v základní nádrži (1) a je uspořádán pro nesení podstavce (11) a zásobníkové nádrže (12).

3. Zásobník tepla podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že nejméně dva moduly (7) jsou sdruženy v soustavě (6) modulů, přičemž nejméně dva moduly (7) v soustavě (6) modulů jsou vzájemně spojeny vzájemným propojením stěn modulů (7) pomocí spojovacích součástí nebo pomocí svarů nebo spojením modulů (7) pomocí svislých a/nebo vodorovných výztuh.

4. Zásobník tepla podle nároku 3, vyznačený tím, že rozteč modulů (7) je větší nebo menší než jejich průměr.

5. Zásobník tepla podle některého z nároků 2 až 4, vyznačený tím, že plovák (10) je naplněn plynem, jehož vnitřní přetlak je stejný nebo větší než vnější přetlak kapaliny odpovídající největší hloubce ponoření plováku (10) v základní nádrži (1).

6. Zásobník tepla podle nároku 5, vyznačený tím, že plovák (10) je výškově rozdělen na více oddílů (10a, 10b, 10c), které jsou mezi sebou odděleny tlakovou přepážkou.

7. Zásobník tepla podle nároku 6, vyznačený tím, že každý oddíl (10a, 10b, 10c) je naplněn plynem, jehož vnitřní přetlak v každém oddílu (10a, 10b, 10c) je stejný nebo větší než vnější přetlak kapaliny odpovídající největší hloubce ponoření příslušného oddílu (10a, 10b, 10c) v základní nádrži (1).

8. Zásobník tepla podle některého z nároků 3 až 7, vyznačený tím, že soustava (6) modulů obsahuje vodicí rám (26) pro zajištění soustavy (6) modulů proti vodorovnému pohybu na hladině (13) kapaliny v základní nádrži (1).

9. Zásobník tepla podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačený tím, že obsahuje zařízení pro přívod tepla a zařízení pro odvod tepla.

10. Zásobník tepla podle kteréhokoliv z nároků 3 až 9, vyznačený tím, že obsahuje alespoň jedno oběhové potrubí (14, 14a, 14b, 14c) a alespoň jedno oběhové soustrojí (16, 17), přičemž oběhové soustrojí (16, 17) je umístěno u obvodu soustavy (6) modulů, přičemž od každé zásobníkové nádrže

-39CZ 2024 - 195 A3 (12) je oběhové potrubí (14, 14a, 14b, 14c) přivedeno k obvodu soustavy (6) modulů ak oběhovému soustrojí (16, 17).

11. Zásobník tepla podle nároku 10, vyznačený tím, že od každé zásobníkové nádrže (12) je oběhové potrubí (14, 14a, 14b, 14c) přivedeno k oběhovému soustrojí (16, 17) samostatně.

5

12. Zásobník tepla podle nároku 10, vyznačený tím, že soustava (6) modulů je tvořena skupinami modulů (7), přičemž každá skupina modulů (7) má společné oběhové soustrojí (16, 17).

13. Zásobník tepla podle nároku 10, vyznačený tím, že soustava (6) modulů obsahuje alespoň jeden energetický modul (8), který je připojen k modulům (7) po obvodu soustavy (6) modulů, přičemž v energetickém modulu (8) je umístěno uvedené oběhové soustrojí (16, 17).

ίο

14. Zásobník tepla podle kteréhokoliv z nároků 1 až 13, vyznačený tím, že obsahuje odvětrávací potrubí (24), kterým jsou plynové prostory zásobníkových nádrží (12) spojeny s ovzduším nebo se zásobníkem (23) plynu.