Расчет и подключение теплоаккумулятора для твердотопливного котла

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.

Функции, которые берёт на себя электроника в котлах отопления

Общество уже привыкло к тому, что в современном мире большинство процессов, которые касаются обеспечения жизнедеятельности, управляются с помощью электроники. То же самое относится и к системам горячего водоснабжения и отопления в доме.

Для чего нужна электроника в данном случае? Например, чтобы постоянно поддерживать нужную температуру воздуха в помещении. Этого можно добиться, если теплоноситель всегда будет горячим. Умная электронная система, которая встроена в теплоаккумулятор, контролирует уровень температуры воды. В случае необходимости включается циркуляционный насос для подачи воды-теплоносителя в отопительную систему. Электроника вовремя откроет заслонки для нагрева. Если возникнет необходимость, перекроет клапаны трубопроводов, чтобы теплоноситель устремился в радиаторы напрямую от котла.

Возможности системы позволяют переправить горячую воду от котла в трубопровод горячего водоснабжения.

Более того, электросистема поможет контролировать работу котла, работающего на твёрдом топливе. В аккумуляторе может быть установлен дополнительный патрубок для подключения солнечного коллектора. А это ещё одна существенная экономия энергоресурсов. Правда, стоимость такого прибора будет выше.

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.

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.

Способы подключения

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется различными способами.

Но в любом случае существует ряд правил, соблюдение которых обязательно

:

• все соединения в системе должны быть резьбовыми или фланцевыми;
• рекомендуется установка запорной арматуры на магистрали ТА;
• оснащение КИП входов и выходов ТА;
• установка фильтров очистки на входах;
• установка манометра и предохранительного клапана на ТА;
• предусмотреть установку клапана воздухоотводчика.

Соблюдение этих требований обеспечивает работоспособность и безопасность всей системы отопления. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором осуществляется по различным схемам. На фото показана одна из них. По своей сути она является упрощенной базовой моделью системы отопления. Поняв принцип ее действия можно приступать к самостоятельному монтажу.

Как выполняется обвязка смотрите на видео:

Смесительный узел котлового контура предотвращает попадание холодной воды в котел. В то же время аналогичный узел контура отопления при необходимости подает часть горячего теплоносителя в систему для поддержания в ней заданной температуры.

Балансировочный вентиль позволяет обеспечить одинаковый нагрев всех приборов отопления, на каком бы удалении от котла они не находились. При наличии дополнительных змеевиков и солнечного коллектора на крыше ТА на определенное время превращается в термоаккумулятор. Это позволяет снизить расход топлива для котла. Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу практически не изменяется.

К сведению. Теплоаккумулятор для котлов отопления можно не только подключить, но и изготовить своими руками, что многими уже опробовано.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла позволяет сжигать топливо с максимальным КПД, и увеличивает время между заброской дров. Наряду с ощутимой экономией топлива и комфортной температурой отапливаемых помещений это устройство становится востребованным в каждой системе отопления. Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу своими силами больших трудностей не создает.

Использование твердого топлива позволяет эффективно отапливать дом при небольших расходах. Установив теплоаккумулятор для твердотопливного котла, можно сделать его работу более рациональной. При этом уменьшается расход топлива и увеличивается срок эксплуатации отопительного оборудования.

Возможность накапливать тепло позволяет реже производить загрузку топлива и использовать котел в летнее время для горячего водоснабжения. Чтобы правильно выбрать теплоаккумулятор, необходимо произвести расчет его объема, исходя из мощности котла и условий его работы.

Расчет теплового аккумулятора

Формула расчета очень простая:

Q = mc(T2-T1), где:

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

70 – это Т2

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

M=Q/4200*(Т2-Т1)

48*3600=172800 кДж

V=172800/4200*50=0,822 м3

Тепловой аккумулятор от 800 до 1000 литров удовлетворит нашим требованиям.

Расчет объема буферной емкости котла

Самым оптимальным решением этой задачи станет поручение ее выполнения инженерам-теплотехникам. Расчет объема теплоаккумулятора для всей системы отопления частного дома требует учитывать различные факторы, известные только им. Несмотря на это, предварительные подсчеты можно сделать самостоятельно. Для этого кроме общих знаний физики и математики понадобятся калькулятор и чистый лист бумаги.

Находим следующие данные

:

• мощность котла, кВт;
• время активного горения топлива;
• тепловая мощность обогрева дома, кВт;
• КПД котла;
• температуры в трубе подачи и «обратке».

Рассмотрим пример предварительного расчета. Обогреваемая площадь — 200 м2, время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Расчетная тепловая мощность обогреваемых помещений – 10 кВт. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.

Делаем расчет буферной емкости твердотопливного котла по теплоемкости воды

:

m=Q/1,163×∆t где: m – масса воды в емкости (кг); Q – количество тепла (Вт); ∆t – разность температуры воды в трубе подачи и «обратке» (°С); 1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).

Подставив цифры в формулу получим 1375 кг воды или 1,4 м3 (80000/1,163×50). Таким образом для системы отопления дома площадью 200 м2 надо установить ТА емкостью 1,4 м3. Зная эту цифру можно смело идти в магазин и смотреть, какой теплоаккумулятор приемлем.

Габариты, цена, комплектация, производитель уже легко определяемы. Сопоставляя известные факторы не трудно сделать предварительный выбор теплового аккумулятора для дома. Такой расчет актуален в случае, когда дом построен, система отопления уже смонтирована. Результат расчета покажет, нужно ли разбирать дверные проемы из-за габаритов ТА. Оценив возможность его установки на постоянное место, делается окончательный расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла, установленного в системе.

Собрав данные по системе отопления выполняем вычисления по формуле

:

W = m×c×∆t (1) где: W – количество необходимого тепла для нагрева теплоносителя; m – масса воды; c – теплоемкость; ∆t – температура подогрева воды;

Кроме этого понадобится значение k – КПД котла.

Из формулы (1) находим массу: m = W/(c×∆t) (2)

Поскольку КПД котла известен, уточняем формулу (1) и получаем W = m×c×∆t×k (3) откуда находим уточненную массу воды m = W/(c×∆t×k) (4)

Рассмотрим, как рассчитать теплоаккумулятор для дома. В системе отопления установлен котел мощностью 20 кВт (указана в паспортных данных). Топливная закладка прогорает за 2,5 часа. Для отопления дома нужно 8,5 кВт/1 час энергии. Значит, за время прогорания одной закладки будет получено 20×2,5 = 50 кВт

На отопление помещений будет израсходовано 8,5×2,5 = 21,5 кВт

Лишнее произведенное тепло 50 – 21,5 = 28,5 кВт сохраняется в ТА.

Температура, на которую нагревается теплоноситель составляет 35° С. (Разность температур в трубе подачи и «обратки». Определяется замером во время работы системы отопления). Подставляя искомые значения в формулу (4) получаем 28500/(0,8×1,163×35) = 874,5 кг

Эта цифра означает, что для сохранения тепла, выработанного котлом необходимо иметь 875 кг теплоносителя. Для этого понадобится буферная емкость для всей системы объемом 0,875 м3. Такие облегченные расчеты позволяют легко выбрать теплоаккумулятор для котлов отопления.

Совет. Для более точного расчета объема буферной емкости лучше обратиться к специалистам.