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 = 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.
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
Q=1000*4200*(90-35)=231000000 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.
22648*3,85=87195 руб
11324*3,85=24346 руб
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:
— хорошо утепленный дом;
— низкотемпературная система отопления;
— тепловой аккумулятор;
— твердотопливный котел иди водяной камин;
— электрокотел.
Источник: geo-comfort.ru
Преимущества и недостатки теплоаккумулятора
Преимущества буферной емкости
|
Недостатки теплоаккумулятора
|
Расчет объема буферной емкости
Проектирование отопления частного дома с «ноля» лучше доверить специалистам. Профессиональный подход позволяет избежать ошибок, что в конечном итоге снижает расходы на обогрев помещений. Если возникла необходимость в модернизации уже существующей системы отопления, приблизительные размеры теплоаккумулятора можно рассчитать и самостоятельно. Для расчета воспользуйтесь следующей формулой:
V = Q / (K × C × Δt), где
- V – объем теплоносителя,
- Q – количество необходимой для накопления энергии, Вт,
- K – коэффициент полезного действия котла (указан в паспорте),
- С – 1,16 Вт/дм3 (удельная тепловая емкость воды),
- Δt – разница температур подачи и обратного потока теплоносителя.
Чтобы стало более понятно, как это происходит на практике, приведем небольшой пример. Попробуем рассчитать размеры буферной емкости для аккумулирования мощности в 40 кВт при подключении в систему отопления с дельтой температур 30°С и КПД котла 70%. Подставив исходные данные в приведенную выше формулу мы получим:
V = 40000/(0,7 × 1,16 × 30)=1642 дм3
Это значит, что для нормальной работы системы отопления следует установить теплоаккумулятор объемом в 1642 л или 1,642 м3.
Схема подключения теплоаккумулятора
Способ подключения теплоаккумулятора к системе отопления приведен на странице 19 Паспорта котла «Stropuva». Подключается буферная емкость по следующему принципу:
Котловой контур подключается к теплоаккумулятору всегда параллельно, то есть подающий трубопровод присоединяется сверху, а обратный – снизу. При этом, чтобы не допустить подачу холодного теплоносителя в котел, контур комплектуется блоком подмешивания (смесительным узлом).
Сетевой насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе, а насос котлового контура служит для подкачки обратного потока в котел. Для нормальной загрузки теплоаккумулятора и одновременного прогрева радиаторов, потоки теплоносителя внутри буферной емкости должны перемещаться по горизонтали. Чтобы иметь возможность контролировать этот процесс, на обоих вводах обратки в бак устанавливаются термодатчики. Регулировка потоков осуществляется вручную, с помощью балансировочного вентиля. При этом необходимо добиться, чтобы температура на входе обратки в бак, была ниже, чем на выходе.
Нужна ли буферная емкость для котлов «Stropuva»?
Отлично продуманная регулировка подачи воздуха в топку обеспечивает высокий коэффициент полезного действия и максимально длительную работу котла на одной закладке топлива. Благодаря инновационному принципу верхнего горения и конструктивным особенностям твердотопливных котлов Stropuva, они не производят избыточного тепла, в результате чего отпадает необходимость в использовании теплоаккумулятора. Это огромное преимущество котлов «Стропува», так как расходы на оборудование системы отопления с их помощью гораздо меньше стоимости обустройства обогрева частного дома с помощью теплогенераторов других производителей.
Источник: stropuva.org
Онлайн калькулятор
*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.
Это приблизительная цифра, максимально приближенная к реальности без учета таких переменных как: вид топлива, КПД котла, энергоэффективность здания.
Пояснения
Мощность котла по паспорту – каждый производитель указывает ее с документации к оборудованию. Если котел был изготовлен самостоятельно и его мощность неизвестна, примерно определить ее можно опытным путем. На дом площадью 100 м2 достаточно котла 10 кВт. Если ваш агрегат справляется с задачей обогрева вашего дома, при средней загрузке топки, возьмете за основную величину площадь этого помещения и определите мощность. Нужно понимать что это будут очень средние данные, без учета теплопотерь, энергоэффективности здания и тд.
Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Это та энергия, которая нужна для поддержания необходимой температуры. Ее расчет проводит специалист на основе сложных формул и многих переменных. Например, для дома в 100м2 необходимо 8,5 кВт энергии в час. Опят же это очень усредненная цифра.
Температура теплоносителя, подача и обратка. Разница между этими цифрами и будет излишком, который нужно сохранить.
Теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч. Она принимает участие в расчетах и является статистической величиной.
Как рассчитать объем без калькулятора
Расчеты производятся на основе остаточной энергии. За основу берется мощность котла в час и расход энергии на отопление. Так же вычисляется разница между температурой теплоносителя которая подается в систему и возвращается.
Формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,
Где:
- Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
- m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
- Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
- 1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.
Источник: vremya-stroiki.net