Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла и выполнить его обвязку

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

  1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
  2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
  3. Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

  • тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
  • мощность котла отопления;
  • предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

  • Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
  • m – масса воды в резервуаре, кг;
  • Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
  • 163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

  1. При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
  2. Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Читайте также:  Гидравлический расчет системы отопления

Расчет водяного теплового аккумулятора систем отопления

Запись дневника создана пользователем Андрей-АА, 14.11.14
Просмотров: 85.143, Комментариев: 31

Привожу свои расчеты теплового аккумулятора, которые состоят из трех частей:
1. Формулы расчета запаса энергии теплового аккумулятора.
2. Расчет мощности нагревателей и расхода энергии.
3. Расчет необходимого объема теплового аккумулятора.
4. Рекомендации при недостаточной мощности сети.

Исходная “формула” для расчета накопленной энергии:
Для нагрева 1 тонны воды на 1*С необходимо 1,16кВт*часа энергии. Значит для нагрева на 40*С – 46,4кВтчаса.
Надо учитывать, что дельта в 40*С это наиболее близкая к максимально- реальной дельте температур в тепловом аккумуляторе. Лучше конечно больше, но заметно больше получается редко, а меньше – не выгодно. Хотя, стремиться повысить эту дельту – надо.

Сначала – про единицы измерения теплопотерь.
Это – Ватты и киловатты.
Теплопотери это – потери энергии в единицу времени.
Т.е., кВт*часы в час (кВт* час / час ). Часы сокращаются, остаются киловатты.
Для этого расчета надо знать теплопотери дома в формате “кВт при дельте температур улица-дом”. К примеру, по последнему СНиПу теплопотери должны быть не больше, чем 50 Вт/кв.метр отапливаемой площади дома при максимально холодной неделе (для Москвы – минус 28*С)). Т.е., если дом – 100кв.м., то по этому СНиПу его теплопотери при -28*С будут 5кВт.
Если Вы хотите отапливать такой дом, то при -28*С на улице Вам надо иметь в сутки 120кВтчасов энергии (5кВт*24часа).
Предположим, что накопление энергии в тепловом аккумуляторе будет идти 7 часов (это – обычно длительность ночного электротарифа). Тогда суммарная мощность нагревателей должна быть 17кВт (120кВтчасов/7часов). А накоплено в тепловом аккумуляторе за ночь будет 85кВтчасов (120кВтчасов минус 5кВт*7часов, которые потрачены на отопление ночью).
Т.е., Вам надо к утру иметь в тепловом аккумуляторе 85кВтчасов при дельте температур в тепловом аккумуляторе (нагрето-остыло) 40*С.
Примечание:
Вообще-то, дом должен быть теплым не в среднем за неделю, а в любую микросекунду, поэтому лично я взял бы для расчетов (при суточном цикле нагрева-остывания теплового аккумулятора) не “самую холодную неделю”, а самую холодную ночь. В этом случае взятые выше -28*С окажутся завышенными. Я бы взял, например, -35*С (для Московии).

В тонне воды (см. “формулу” выше) при дельте 40*С содержится 46кВтчасов тепла. Это значит, что для накопления 85кВтчасов надо 1,8 тонны воды (85/46).
Все необходимые для Вас перерасчеты под свои условия здесь должны быть линейны, т.е. пропорциональны изменениям площади дома, дельтам температур и теплопотерям.
Для снижения объема теплового аккумулятора можно еще постараться максимизировать дельту температур в нём, сделав её выше 40*С. При отапливаемых полах это вполне реально.

4. Что делать если немного не хватает мощности сети?
1. Дополнительно утеплить дом.
2. В самые морозы закрыть и не отапливать некоторые комнаты.
3. Увеличить подводимую мощность сети (через поставщика э/энергии) и внутреннюю, при необходимости.
4. Включать нагрев теплового аккумулятора не только в ночное время, но (в самые морозы) и днем. А т. к. самые морозы бывают не часто, то и финансовые потери на дневной тариф будут небольшими.
5. Добавить в систему твердотопливный котел – как резервное отопление и как добавка в морозы. Считаю, что при электро-отоплении резервное отопление очень желательно в любом случае. Я для себя в этом вопросе разобрался: Стратегия твердотопливного круглогодичного отопления.
Ну, или заключить с энергетиками жестокий для них договор, чтобы почти никогда (надолго) не отключали э/э. Впрочем, тому кто это сможет сделать надо будет вручить орден “За заслуги перед Отечеством” (и это – не шутка, хоть и забавно звучит).
6. При работе на пределе электро-мощностей можно использовать реле приоритета (реле разгрузки), которые, при необходимости, на короткое время будут отключать мощные нагреватели (а лучше – только часть из них) для возможности использования других потребителей без превышения предельной мощности сети. Если эти “другие потребители” находятся внутри дома, то вся электроэнергия потраченная на них всё равно перейдет в тепло.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Чтобы работа системы отопления была максимально экономичной, но, естественно, без потери своей эффективности, имеет смысл аккумулировать выработанное ею тепло, не востребованное в текущий момент, с тем расчётом, чтобы использовать его в то время, когда котел «отдыхает». Эта проблема решается установкой теплоаккумулятора с соответствующей обвязкой.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

А как определить, какой объём воды потребуется, чтобы гарантированно сберечь весь выработанный котлом тепловой потенциал? Для этого имеется специальный алгоритм, и он воплощен в размещенный ниже калькулятор расчета объема теплоаккумулятора.

Необходимые пояснения будут приведены ниже.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

На чем строится и как проводится расчет?

Безусловно, монтаж, запуск и отладка сложной системы отопления должны проводиться специалистами, иак как существует множество нюансов, который может знать только опытный мастер. Тем не менее, минимально необходимый объем теплоаккумулятора можно рассчитать самостоятельно хотя бы с тех позиций, чтобы предусмотреть место, достаточное для его установки.

Особую важность теплоаккумулятор приобретает в системах отопления, в которых основными источниками тепла выступают твердотопливный или электрический котлы.

  • Функционирование котла, работающего на твёрдом топливе, имеет особенность – своеобразную цикличность. Заправка его топливом проводится с определенной периодичность. В процессе активного горения выработанное тепло может быть избыточным, невостребованным в текущий момент, так как хорошо настроенные контура со своими термостатическими регуляторами возьмут ровно столько, сколько им требуется. А вот после прогорания топлива, до очередной загрузки, следует период простоя, и в этот промежуток времени как раз и пригодится тот тепловой потенциал, который был накоплен в аккумуляторе.
  • С электрическим котлом – несколько другой «расклад». Имеет смысл основную его работу спланировать на время действия ночного льготного тарифа, а затем днем использовать накопленное за этот срок тепло.

Кроме того, теплоаккумулятор позволяет подключать к системе отопления и альтернативные источники тепловой энергии, например, солнечные коллекторы – в погожий день они способны дать весомую прибавку в общий энергетический потенциал.

Итак, что необходимо для расчета.

  • Указать паспортную номинальную тепловую мощность котла отопления.
  • Указать «период активности котла». Под этим условным термином понимается:

— для твердотопливного котла – известное хозяевам время прогорания топливной загрузки.

— для электрического котла – продолжительность действия ночного льготного тарифа на электроэнергию.

  • Рассчитанная для конкретного дома необходимая тепловая мощность для качественного отопления. В период «активности» котла значительная часть энергии будет уходить по прямому предназначению – на обогрев помещений.

Как самостоятельно произвести расчет необходимой тепловой мощности ? Можно перейти по ссылке к соответствующему калькулятору.

Необходимо сразу сделать важную ремарку – принято считать, что установка теплоаккумулятора тогда станет оправданной, когда мощность источника тепловой энергии хотя бы вдвое превышает потребное ее количество для качественного обогрева помещений.

  • Желательно учесть и КПД котла – как ни крути, а потери тепловой энергии в этом плане неизбежны.
  • Наконец, алгоритм расчета требует учета разницы температур в трубе подачи на входе из котла, и в «обратке». Необходимо указать соответствующие значения, которые, в принципе, несложно определить опытным путем.

Полученное значение (в литрах или в кубометрах) является минимальным.

Для чего нужен и как работает теплоаккумулятор?

Подробнее о достоинствах и недостатках, устройстве, схемах подключения и других нюансах, касающихся теплоаккумуляторов для котлов отопления – читайте в специальной публикации нашего портала.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Рассмотрим пример расчета по двум задачам.

Скачайте файл Excel для быстрого расчета теплоаккумулятора под ваши параметры: raschet_teploakkumulatora.xlsx

Существуют две задачи для расчета теплоаккумулятора:

1. Рассчитать минимальный объем для того, чтобы не перегреть теплоноситель раньше времени до критических температур 90-100 градусов.
2. Рассчитать объем для накопления тепловой энергии

Расчет теплоаккумулятора для ТвердоТопливного Котла(ТТК)

Схема подключения Твердотопливного котла с теплоаккумулятором.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла нужен больше всего для предотвращения повышения температуры теплоносителя до критических значений 100 и более градусов. Температура может быть больше 100 градусов и это не означает, что теплоноситель закипит. Теплоноситель не закипит, если при этом существует избыточное давление. Например, при давлении воды 1 Bar вода закипит при температуре 120 градусов. Это написано тут: http://infosantehnik.ru/str/53.html

Из-за высокой температуры пострадают пластиковые трубы и другое оборудование, не предназначенное для высоких температур. Например, большое количество разного оборудования предназначено работать при максимальной температуре не более 110 градусов.

Для расчета объема теплоаккумулятора нужно учесть только повышения температуры выше 110 градусов.

Для понимания расчета сделаем пример расчета

Для расчета берем данные из паспорта котла:

Плотность дров, кг/м3:

Пример расчета сосны с плотностью 505 кг/м3

Сколько килограмм сосновых дров поместится в топку?

Энергия кВт-час одной топки дровами без учета КПД % котла

С учетом КПД котла:

Можно мощность посчитать по-другому: Номинальную мощность котла помножим на максимальный коэффициент мощности 1,2 и помножим на количество часов работы (указанно в паспорте котла).

Чтобы рассчитать объем теплоаккумулятора нужно определиться с максимальными и минимальными температурами теплоносителья.

Максимальная температура теплоносителя выбирать можно в диапазоне 90-110 градусов. Обычно максимальная температура оборудования и труб 110 градусов. Но желательно не превышать 90 градусов. Для полипропиленовых труб максимальную температуру делаем еще ниже, чем 90. Для полипропиленовых лучше 70 градусов.

Минимальная температура теплоносителя выбираем 50-60 градусов, когда требуется заправка дровами. То есть это минимальная температура теплоносителя, при котором отопление справляется с теплопотерями здания. У каждого здания она может быть разная. Также этот показатель зависит от температуры на улице.

Читайте также:  Гидравлический расчет газопровода

Я предлагаю максимальную температуру брать 90, а минимальную 60 градусов. Конечно, в вашем случае может быть по-другому.

Давайте учтем тепло, которое начинает уходить на отопление дома за 3 часа горения дров.

Теплопотери дома 5000 Вт:

Максимальные теплопотери (10000 Вт) поделим пополам получим 5000 Вт. То есть нужно учитывать, что расчетные максимальные тепловые потери дома происходят редко. Основная частая величина тепловых потерь равна 50% от максимальных. Иногда может быть еще меньше.

Заключение: Конечно, для защиты от кипения объем теплоаккумлятора получается очень большим. Но его еще можно снизить. Смотрите ниже.

Еще нужно понимать, что фактические теплопотери дома могут сильно снижаться. И котел будет работать на накопление тепловой энергии в теплоаккумуляторе, ведь мы не можем остановить горение дров.

Не забываем учитывать минимальную мощность котла

То есть для расчета объема теплоаккумулятора нужно выбрать минимальную мощность котла в нашем случае оно составит:

Номинальная мощность 8кВт помножить на 0,5 = 4 кВт. Производитель котла не зря упоминает минимальную мощность котла. Если вы будите использовать котел меньше этой мощности то, или у вас не получится горение дров, или КПД котла будет снижен.

Конечно, при малом потреблении мощности, котел может работать больше 3 часов.

То есть рассчитывать минимальный объем теплоаккумулятора нужно на минимальную мощность котла заявленный производителем и на минимальное потребление теплопотерь дома. Чтобы получить минимальные тепловые потери дома можно просто поделить мкксимальные потери дома в 3 раза.

Расчет минимального объема теплоаккумлятора для ТТК

Для этого нам необходимо в паспорте котла найти минимальную мощность котла. Она составит 4 кВт предположим, гореть дрова будут 3 часа.

Минимальные теплопотери дома будут в три раза меньше(3,3 кВт), чем максимальные тепловые потери дома(10 кВт).

Для подбора теплоаккумулятора необходимо сделать два расчета на максимальный объем и минимальный объем теплоаккумулятора.

Минимальный объем составил 60 литров, а максимальный 885 л. И вам нужно выбрать объем теплоаккумулятора в диапазоне от 60 до 885 литров.

Чем меньше объем теплоаккумулятора, тем быстрее вы прогреете дом. Чем больше объем теплоаккумулятора, тем дольше вы будите прогревать дом, но защита от перегрева будет заметно лучше.

Если Ваша система отопления работает редко, то можно рассмотреть малый объем теплоаккумулятора.

Если система отопления работает постоянно, то лучше предпочесть большой объем теплоаккумулятора, чтобы заниматься редким подбрасыванием дров в топку и меньше заниматься контролем температуры.

Малый объем теплоаккумулятора может вызывать трудности в дозировке подбрасывания дров. То есть вам придется подбрасывать дрова частично в определенное время. А с большим объемом теплоаккумулятора вы можете бросить большое количество дров в топку ТТК и не опасаться, что наберется высокая температура. То есть с большим объемом вы можете заполнить всю топку ТТК, а с малым объемом будите подкидывать меньше дров и будите делать это часто.

Конечно, большой диапазон объема теплоаккумулятора вынуждает делать экономический расчет. Рекомендуется выбрать наиболее большой объем теплоаккумулятора на свой вкус(комфорт) и кошелек.

Заказчику говорите, что малый объем приведет к перегреву теплоносителя и сложной дозировки подкидывания дров. Как правило в коттеджах 200-300 м2 площади используется таеплоаккумуляторы 200-500 литров.

Расчет объема теплоаккумулятора для накопления тепловой энергии

Чтобы вы поняли, мы просто решим задачу на расчет теплоаккумулятора.

Задача: Рассчитать объем теплоаккумулятора при остывании за 18 часов(время разрядки). Время зарядки 6 часов. Рассчитать мощность котла для времени зарядки аккумулятора.

Теплопотери дома 10 кВт = 10000 Вт

Минимальная температура теплоносителя 60 градусов.

Максимальная температура теплоносителя 80 градусов.

Перепад температуры в теплоаккумуляторе равен 20 градусам – это разница между максимальной и минимальной температурой теплоносителя. Эта разница является запасом тепловой энергии в теплоаккумуляторе. Теплоаккумулятор будет разряжаться с 80 до 60 градусов отдавая тепло.

Мощность котла для зарядки теплоаккумулятора за 6 часов.

На сколько часов хватит теплоаккумулятора?

К примеру, возьмем емкость 1500 л = 1,5м3. Теплопотери дома 10 кВт.

Тепловой аккумулятор – как расчитать объем

Что такое тепловой аккумулятор

Тепловой аккумулятор – устройство, предназначенное для накопления тепловой энергии с целью ее использования в домах, зданиях, на промышленном производстве.

Тепловой аккумулятор или, как его иногда еще называют – буферная емкость – ни что иное, как обыкновенная бочка (круглая или квадратная). Но бочка эта не простая, а волшебная.

Она способна экономить ваши деньги и создавать комфортную температуру в доме. У самой простой модификации теплового аккумулятора два выхода вверху и два внизу. Что еще может быть проще? Про тепловой аккумулятор наслышаны многие, но когда и как его применить, сэкономив при этом на отоплении, знают далеко не все.

Когда выгодно выполнить монтаж теплового аккумулятора:

– у вас стоит твердотопливный котел;

– вы отапливаетесь электричеством;

– в помощь к отоплению добавлены солнечные коллекторы;

– есть возможность утилизировать тепло от агрегатов и машин.

Самый распространенный случай применения теплового аккумулятора, когда в качестве источника тепла используется твердотопливный котел. Тот, кто пользовался твердотопливным котлом для отопления своего дома знает, какого комфорта можно добиться с помощью подобной отопительной системы. Затопил – разделся, прогорел – оделся. По утрам в доме с таким источником тепла не хочется вылазить из-под одеяла. Регулировать процесс горения в твердотопливнос котле очень трудно.Топить нужно и при +10С, и при -40С. Горение и количество выделяемого тепла будет одинаковым, только вот этого самого тепла нужно совсем по-разному. Что же делать? О каком КПД может идти речь, когда при плюсовой температуре приходится открывать окна. Ни о каком комфорте и речи быть не может.

Схема монтажа твердотопливного котла с тепловым аккумулятором – идеальное решение для частного дома, когда хочется и уюта, и экономии. При подобной компановке вы растапливаете твердотопливный котел, нагреваете воду в тепловом аккумуляторе и получаете столько тепла, сколько вам нужно. При этом котел будет работать на максимальной мощности и с наибольшим КПД. Сколько тепла дадут дрова или уголь, столько и запасете.

Второй вариант. Монтаж теплового аккумулятора с электрокотлом. Данное решение сработает, если у вас имеется двухтарифный электросчетчик. Запасаем тепло по ночному тарифу, расходуем и днем, и ночью. Если вы решили применить такую систему обогрева, лучше поискать тепловой аккумулятор с возможностью установки электротена прямо в бочку. Электротен стоит дешевле электрического котла, да и материала для обвязки котла не потребуется. Минус работа по монтажу электрокотла. Представляете сколько можно сэкономить?

Третий вариант, когда имеется солнечный коллектор. Весь избыток тепла можно скидывать в тепловой аккумулятор. В демисезонье получается отличная экономия.

Расчет теплового аккумулятора

Формула расчета очень простая:

Q — накопленная теплота;

m — масса воды в баке;

с — удельная теплоемкость теплоносителя в Дж/(кг*К), для воды равная 4200;

Т2 и Т1 — начальная и конечная температуры теплоносителя.

Допустим, у нас радиаторная система отопления. Радиаторы подобраны под температурный режим 70/50/20. Т.е. при опускании температуры в баке аккумулятора ниже 70С, мы начнем испытывать недостачу тепла, то есть попросту замерзать. Давайте расчитаем, когда это произойдет.

90 – это наши Т1

20 – температура в помещении. Она нам в расчете не понадобится.

Допустим, у нас тепловой аккумулятор на 1000 литров (1м3)

Считаем запас тепла.

Q =1000*4200*(90-70)=84 000 000 Дж или 84 000 кДж

1 кВт-ч = 3600 кДж

84000/3600=23,3 кВт тепла

Если теплопотери дома – 5 кВт в холодную пятидневку, то нам хватит запасенного тепла почти на 5 часов. Соответственно, если температура выше расчетной на холодную пятидневку, то теплового аккумулятора будет достаточно на более продолжительное время.

Подбор объема теплового аккумулятора зависит от ваших задач. Если необходимо сгладить температуру, ставим небольшой объем. Если требуется накопить тепло вечером, чтобы утром проснуться в теплом доме, нужен большой агрегат. Пусть стоит вторая задача. С 2300 до 0700 – должен быть запас тепла.

Предположим, что теплопотери – 6 кВт, а температурный режим системы отопления – 40/30/20. Теплоноситель в тепловом аккумуляторе может разогреться до 90С

Время запаса 8 часов. 6*8=48 кВт

V =172800/4200*50=0,822 м3

Тепловой аккумулятор от 800 до 1000 литров удовлетворит нашим требованиям.

Плюсы использования теплового аккумулятора в доме с утеплением

Если на вашем участке нет народного достояния – магистрального газа, впору задуматься о правильной системе отопления. Самое лучшее время, когда только готовится проект, а самое неподходящее – когда вы уже живете в доме и поняли, что отопление обходится очень дорого.

Идеальный дом для монтажа твердотопливного котла и теплового аккумулятора – это здание с хорошим утеплением и низкотемпературной системой отопления. Чем лучше утепление, тем меньше теплопотери и тем дольше ваш тепловой аккумулятор сможет поддерживать комфортное тепло.

Низкотемпературная система отопления. Выше мы привели пример с радиаторами, когда температурный режим составлял 90/70/20. При низкотемпературном режиме условия будут – 35/30/20. Почувствуйте разницу. В первом случае уже при понижении температуры ниже 90 градусов вы почувствуете недостачу тепла. В случае с низкотемпературной системой, можно спокойно спать до утра. Зачем быть голословным. Предлагаем просто посчитать выгоду.

Способ мы просчитали выше.

Вариант с низкотемпературной системой отопления

Читайте также:  Расчет систем отопления частного дома

Q =1000*4200*(90-35)=231 000 000 Дж (231000 кДж)

231000/3600=64,2 кВт. Это почти в три раза больше при одинаковом объеме теплового аккумулятора. При теплопотерях – 5 кВт такого запаса хватит на всю ночь.

А теперь о финансах. Допустим, мы смонтировали тепловой аккумулятор с электрическими тенами. Запасаем по ночному тарифу. Мощность тенов – 10 кВт. 5 кВт уходит на текущий обогрев дома в ночное время, 5 кВт мы можем запасти на день. Ночной тариф с 23-00 до 07-00. 8 часов.

8*5=40 кВт. Т.е. днем мы будем пользоваться в течении 8-ми часов ночным тарифом.

С 1 го января 2015 года в Краснодарском крае дневной тариф составляет 3,85, ночной – 2,15.

Разница – 3,85-2,15=1,7 рубля

40*1,7=68 рублей. Сумма кажется маленькой, но не спешите. Выше мы давали ссылки на утепленный дом и неутепленный. Представим, что вами сделана ошибка – дом построен, вы уже прошли первый отопительный сезон и поняли, что отопление электричеством обходится очень дорого. Выше мы привели пример теплопотерь неутепленного дома. В примере теплопотери составляют 18891 ватт. Это в холодную пятидневку. Средняя за отопительный сезон будет ровно в 2 раза меньше и составит 9,5 кВт.

Следовательно, за отопительный сезон нам необходимо 24*149*9,5=33972 кВт

В рублях 16 часов, 2/3 (22648) по дневному тарифу, 1/3 (11324 кВт) по ночному.

Итого: 111541 руб. Цифра за тепло просто ужасающая. Такая сумма способна опустошить любой бюджет. Если же ночью запасти тепло, то можно сэкономить. 38502 рублей за отопительный сезон. Немалая экономия. Если у вас такие расходы, в пару к электрокотлу необходимо ставить твердотопливный котел или камин с водяной рубашкой. Есть время и желание – закинули дровишки, запасли тепло в тепловой аккумулятор, остальное добиваем электричеством.

В утепленном доме с тепловым аккумулятором стоимость отопительного сезона будет сопоставима с аналогичными неутепленными домами, в которых есть магистральный газ.

Наш выбор, когда нет магистрального газа, такой:

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла

Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Расчет буферной емкости для котла

Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25—50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома. Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Объем тепловогоаккумулятора, м 30.350.50.811.5233.5
Величина отдаваемого теплапри разности температур в 40 ⁰С, кВт/ч2030455885115170210

Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.

Рекомендации по выбору

На подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла влияет наличие свободного пространства в помещении. При покупке большой аккумулирующей емкости нужно будет предусмотреть устройство фундамента, поскольку на обычные полы оборудование со значительной массой ставить нельзя. Если по расчету требуется бак объемом 1 м 3 , а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м 3 , расположив их в разных местах.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Еще один момент – наличие в доме системы ГВС. В том случае, когда котел не имеет собственного контура подогрева воды, есть возможность приобрести тепловой аккумулятор с таким контуром. Немаловажное значение имеет и величина рабочего давления в системе отопления, которая в жилых домах традиционно не должна превышать 3 Бар. В отдельных случаях давление достигает 4 Бар, если в качестве источника тепла используется мощный самодельный агрегат. Тогда теплоаккумулятор для системы отопления придется выбирать специального исполнения, — с торосферической крышкой.

Некоторые заводские аккумуляторы горячей воды укомплектованы электрическим ТЭНом, устанавливаемым в верхней части бака. Такое техническое решение не позволит теплоносителю окончательно остыть после остановки котла, верхняя зона емкости будет подогреваться. Будет действовать подача ГВС на хозяйственные нужды.

Простая схема включения с подмешиванием

Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.

Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.

Схема с гидравлическим разделением

Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

  • циркуляционный насос;
  • трехходовой термостатический клапан;
  • обратный клапан;
  • грязевик;
  • шаровые краны;
  • приборы контроля температуры.

Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.

Преимущества и недостатки

Система отопления с теплоаккумулятором, в которой источником тепла служит твердотопливная установка, имеет массу достоинств:

  • Повышение комфортных условий в доме, поскольку после сгорания топлива система отопления продолжает обогревать дом горячей водой из бака. Не нужно вставать среди ночи и загружать порцию дров в топку.
  • Наличие емкости защищает от закипания и разрушения водяную рубашку котла. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, установленные на радиаторах, перекрыли теплоноситель по причине достижения нужной температуры, то источник тепла будет нагревать воду в баке. За это время может возобновиться подача электричества или будет запущен дизель-генератор.
  • Исключена подача холодной воды из обратного трубопровода в раскаленный чугунный теплообменник после внезапного включения циркуляционного насоса.
  • Теплоаккумуляторы могут использоваться как гидравлические разделители в системе отопления (гидрострелки). Это делает работу всех ветвей схемы независимыми, что дает дополнительную экономию тепловой энергии.

Более высокая стоимость монтажа всей системы и требования к размещению оборудования – это единственные недостатки применения аккумулирующих емкостей. Однако за этими вложениями и неудобствами последуют минимальные эксплуатационные затраты в долгосрочной перспективе.

Добавить комментарий