Теплоаккумулятор в твердотопливном котле: формула расчета
В Украине газификацией могут похвастать далеко не все регионы. Во многих районах нет газопровода, электроэнергия подается с частыми перебоями. В таких условиях для комфортной обстановки дома оптимальным решением будет установка твердотопливного котла. Это металлическое отопительное устройство, вырабатывающее тепловую энергию за счет сжигания твердых видов топлива. Его эксплуатация отличается от электрических и газовых котлов:
- Все стандартные стальные и чугунные котлы с объемным горением топлива обеспечивают свой паспортный КПД в режиме максимального горения. Так как мощность котла выбирается согласно пиковых теплопотерь, а они припадают лишь на незначительный период отопительного сезона, то имеем ситуацию, когда котел большую часть отопительного сезона работает в режиме неполной мощности. Мощность не рекомендуется снижать меньше, чем на 50-60%, что приводит к перерасходу топлива, засорению топки и дымохода.
- Необходимость периодической дозагрузки топлива в котел. Большинство стандартных котлов имеют небольшие по объему камеры сгорания, потому закладка топлива (опять же, касается дров) перегорает за 2-3 часа. Каменный уголь перегорает гораздо дольше, однако стоит дороже, поэтому древесина лидирует по популярности.
- На сегодня большинство систем отопления проектируются закрытыми, с принудительной циркуляцией теплоносителя. Опасность эксплуатации повышается. При перебоях электричества может остановиться циркуляционный насос или закипеть теплоноситель.
То есть безопасная, комфортная и экономичная эксплуатация – вот для чего нужен теплоаккумулятор в системе отопления. Буфер или теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой не эмалированную металлическую теплоизолированную емкость с присоединительными патрубками контуров отопительной системы и котла.
Буферная емкость для твердотопливного котла при максимальной мощности работы аккумулирует тепло, а затем по мере необходимости выпускает его в отопительную систему.
1 и 2 отличия эксплуатации таким образом полностью сглаживаются, поскольку тепло не теряется, и топливо сгорает эффективно. Крайне важно правильно произвести расчет буферной емкости.
Сегодня можно увидеть множество методик расчета баков-аккумуляторов. Например, 25 или 50 литров обьема бака на 1 кВт мощности котла. Однако такие расчеты не учитывают ни температурный режим отопительной системы, ни используемое топливо в котлах, а, самое главное, нет определения функции бака — аккумулирование тепла или иные цели.
Итак, имеем небольшой жилой дом с отапливаемой площадью 150 кв.м. Расчетные теплопотери 10 кВт ( утепление согласно современным нормам ). Отопление радиаторное, температурный режим 70/50. Имеем стандартный твердотопливный котел — чугунный Demrad Solidmaster 5S с тепловой мощностью на дровах 23 кВт. Объем топки 70 литров, количество загружаемых дров с учетом плотности дубовых дров 600 кг на 1 куб.м. и коэффициента закладки топлива 0,5 составляет: 70 х 0,6 х 0,5 = 21 кг.
Теплотворная способность древесины (сухой дуб) с учетом КПД котла составляет 3 кВт на 1 кг. Таким образом разовая закладка топлива выдаст 21х3 = 63 кВт. Закладка топлива сгорит за 63/23 = 2,7 часа, округлим до 3-х часов.
При потребности в тепле 10 кВт (пиковые теплопотери) из 23 кВт номинальной мощности 10 кВт передается в систему, а 13 кВт необходимо запасти. За 3 часа работы закладки система потребит 10х3 = 30 кВт, а запасет 13х3 = 39 кВт, которые система будет потреблять после прогорания закладки еще в течении 39/10 = 3,9, то есть почти 4 часа. При использовании теплоаккумулятора закладки топлива хватит на 3+4 = 7 часов непрерывной работы.
Чтоб запасти 39 кВт тепла необходимо рассчитать объем бака с учетом температурного режима системы. Температура в теплоаккумуляторе не может превышать +95С, а температура подачи на систему +70С. Имеем запас по температуре 95-70 = 25С.
Объем теплоаккумулятора = 39000 Вт/ (1,163х25) = 1334 литра. Данное значение является минимально необходимым.
Его можно округлить до 1500 литров.
При повышении наружной температуры и соответственно уменьшении потребности в тепле время работы от зарядки теплоаккумулятора увеличивается. Так как при температурах наружного воздуха -22С и 0С значение теплопотерь отличаются в 2 раза, то, соответственно, при околонулевой температуре запаса тепла хватит на 7х2 = 14 часов.
При нулевых температурах потребность в тепле составит около 5 м. Тогда бак будет запасать (23-5) х 3 = 54 кВт тепла, которого достаточно для обеспечения теплом в течении 54/5 = 10-11 часов. Увеличивается запасаемая мощность и увеличивается запас температур.
Система отопления с буферной емкостью для правильного функционирования требует:
- Расчет количества тепла для запаса мощности в зависимости от длительности работы.
- Определения температурного графика системы отопления.
- Определения уровня теплопотерь помещения.
Необходимо рассчитать объем буферной емкости, основываясь на этих трех пунктах.
Потому что мощность собственно котла подбирается именно под объем буфера, а не под теплопотери. Заряжаться до двукратного запаса мощности буфер при правильной схеме должен за одну-две протопки котла.
В нашем случае котел мощностью 23 кВт обеспечит первоначальный нагрев аккумулятора (при комнатной температуре теплоносителя) за (1500х(95-20)х1,163)/23000 = 5,5 часов, то есть почти за 2 протопки. В дальнейшем, во время эксплуатации нижняя температура теплоносителя вряд ли будет опускаться ниже 40С, и потому нагрев бака будет происходить за одну-полторы протопки, что полностью удовлетворяет указанные требования.
Таким образом наш котел работает с максимальным КПД на протяжении всего отопительного сезона и обеспечивает вполне комфортные условия эксплуатации со временем работы разовой загрузки котла от 7 до 14 часов. На лицо выполнение тепловым аккумулятором своих функций в полном объеме.
Накопительный бак с функцией «буферная емкость» подразумевает, как правило, защиту твердотопливного котла от аварий, связанных с закипанием теплоносителя.
Буферная емкость имеет различные варианты монтажа в отопительные системы.
Подходящий вариант установки подбирается индивидуально в зависимости от схемы дома и других факторов. Возможно вмонтировать буферную емкость последовательно котел-бак-система отопления как теплоаккумулятор. Также можно подключить котел напрямую к системе отопления, тогда тепло будет накапливаться в буфере через переключающиеся клапаны.
Буферы также служат для уменьшения частоты включения и выключения (тактования) горелочного устройства котла.
Что касается расчета объема буферных баков, то можно встретить 2 варианта:
- Так же, как и с аккумуляторами тепла, определенное количество теплоносителя на 1 кВт мощности котла.
- Формула расчета, которая приводится в документации на многие иностранные котлы:
Объем буфера = 15 х Н х Qк х (1-0,3 х (Qп/Qмин), где:
Н — время горения котла при номинальной мощности, ч.
Qк — номинальная тепловая мощность котла, кВт.
Qп — теплопотери отапливаемого помещения. кВт
Qмин — минимальная тепловая мощность котла. кВт
Пример. Тот же твердотопливный котел Demrad Solidmaster 5S с мощностью на дровах 23 кВт. Время горения закладки 3 часа. Минимальную мощность котла с учетом незначительного диапазона регулировки примем за 20 кВт. Теплопотери помещения 20 кВт, то есть котел подобран аккурат в номинал. Имеем следующий расчет:
Объем буфера = 15 х 3 х 23 х (1-0,3 х (20/20)) = 724 литра. Округлим до 750 литров.
Формула позволяет рассчитать защиту от закипания, поскольку учитывает мощность котла и длительность горения закладки в максимальном режиме.
Рассмотренные примеры дают определение основных параметров выбора необходимого объема бака и объясняют, по каким принципам его рассчитывают. Перед установкой данного типа теплового оборудования следует детально изучить все факторы и условия его эксплуатации.
Бак теплоаккумулятор, буферная емкость. Схема, расчет, и подключение.
Теплоаккумулятор, буферная емкость – это емкость с водой определенного объема, которая установлена рядом с котлом и утеплена. Бак теплоаккумулятор вещь, безусловно, полезная, но и не дешевая. Мы постараемся рассказать о его назначении, и типах.
Система отопления с теплоаккумулятором
Прежде всего, применение бака аккумулятора:
1. Позволяет уменьшить расход топлива.
Одним из основных критериев при выборе котла является время его горения на одной загрузке топливом. При том, что разные типы твердотопливных котлов имеют разное время горения, общим их недостатком является необходимость подбрасывать дрова. Во время работы котла с теплоаккумулятором он нагревает как систему отопления, так и буферную емкость. После того как топливо прогорело и котел больше не может греть систему, а в баке теплоаккумуляторе есть запас горячей воды, бак начинает эту воду отдавать в систему.
При этом правильно подобранный бак сможет греть систему отопления на протяжении до 10 часов, а это примерно столько, сколько классический твердотопливный котел горит на одной загрузке топлива. Таким образом, система отопления с теплоаккумулятором будет работать, на одном и том же количестве топлива в два раза дольше чем система без бака. А значит, и потреблять в два раза меньше топлива.
2. Повышается эффективность котла.
Механизм работы любого твердотопливного котла таков, что он работает циклами. Интенсивное горение (нагрев) – отдых (тление)- интенсивное горение (нагрев). Это обусловлено инерционностью горения и невозможностью точного контроля горения из-за того, что нет возможности регулировать подачу топлива.
Во время интенсивного горения котел работает на номинальной мощности и с максимальной эффективностью. Но вовремя т.н. перерыва топливо горит не интенсивно или вовсе тлеет, при этом все равно выделяя энергию. Эта энергия системе не нужна, т.
к. система нагрета. В этом случае котел работает в не эффективном режиме, и вся энергия уходит в трубу, в прямом смысле слова.
Применение же теплоаккумулятора позволяет работать котлу постоянно в номинальном режиме и собирать эту энергию и накапливать. К слову сказать, в таком режиме работы существенно сокращаются вредные выбросы в атмосферу за счет полного сжигания топлива. Таким образом, эффективность котла повышается.
3. Увеличивается срок службы котла.
Котел прослужит дольше за счет того, что он работает практически в 2 раза меньше, при том что отдает то же количество тепла. Кроме того, бак аккумулятор работает в качестве гидрострелки, а она позволяет продлить срок службы котла.
4. Сглаживание температурных колебаний котла.
При использовании котла с механической регулировкой горения невозможно добиться точной регулировки. Поэтому котел выдает температуру волнообразно. Буферная емкость позволяет выравнивать эти скачки и выдавать необходимую температуру в систему отопления.
5. Безопасность котла.
В случае если система отопления не имеет естественной циркуляции, то при отключении электричества велика вероятность перегрева котла. Применение бака аккумулятора, один из самых эффективных способов избежать этого. Бак теплоаккумулятор будет способен поглотить выделившуюся энергию, которую не взяла на себя система отопления.
Таким образом, мы видим, что применение аккумулирующей емкости имеет массу плюсов.
Какие бывают баки теплоаккумуляторы.
Баки аккумуляторы бывают разного объема и разных типов. Объем бака подбирается исходя из мощности котла, назначения и особенностей системы отопления.
Бак теплоаккумулятор может выполнять как роль только аккумулятора, так и роль бака косвенного нагрева воды. Т.е. с помощью такого бака можно обеспечить нагрев горячей воды для хозяйственных нужд.
Нагрев воды происходит через змеевик, встроенный в бак, который выполняет функцию теплообменника.
Бак может иметь один ил два змеевика в зависимости от назначения бака. При помощи бака теплоаккумулятора, например, подключаются в одну систему твердотопливный котел и солнечный коллектор.
Тепловой аккумулятор можно купить и у нас, ассортимент по ссылке: http://ecoklimat.com.ua/katalog/baki-teploakkumulyatoryi
Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла
Специалисты рекомендуют использовать следующую формулу для расчета теплоаккумулятора: 25-30 литров объёма на 1 кВт. мощности твердотопливного котла.
Т.е для котла мощностью 15кВт. – понадобится теплоаккумулятор объемом 625-725 литров.
Так как мощность котла всегда указана в Квт, эту цифру можно умножить на 25/30 и сразу получить результат Вашего расчета. Вот так просто и производится расчет объема бака теплоаккумулятора.
Установка бака аккумулятора должна проводиться специалистом имеющим нужную квалификацию и в соответствии со схемой монтажа котла. Монтажные организации и отзывы о них можно найти на различных строительных порталах, например как “Stroybest”.
Буферная емкость для твердотопливного котла: назначение, методы выбора
Содержание статьи:
- Назначение емкости буфера
- Использование теплового аккумулятора
- Особенности буферной емкости
- Преимущества и недостатки
- Расчет объема теплоаккумулятора
- Выбор модели
Часто в загородных домах и дачах, где нет централизованного газа, применяют автономную систему, в которой источником тепла является твердотопливный котел. Это оборудование имеет множество достоинств, но имеет и недостатки, например, неравномерность выработки тепловой энергии при сгорании и необходимость частой перезагрузки топлива. Чтобы сделать отопление эффективным, можно использовать дополнительное приспособление.
Буферный бак для твердотопливного котла – это агрегат, аккумулирующий избыточную тепловую энергию и отдающий ее при остывании. Конструктивно устройство представляет собой бак для воды со змеевиком и теплоизоляционным слоем.
Назначение буферной емкости
Буферная емкость необходима для аккумулирования избыточного тепла и создания безопасного режима работы котла
Основное назначение теплового аккумулятора – экономия энергии в системе отопления. Другие задачи, которые решает устройство:
- Одновременное подключение нескольких источников тепла.
- Экономия твердого топлива до 45-50% от исходного количества.
- Стабилизация нагрева, снижение риска перегрева металлических компонентов.
- Защита от переохлаждения помещений, автоматизация отопления, что особенно актуально, если хозяин надолго уезжает из дома и не хочет, чтобы здание промерзало.
- Увеличение срока службы твердотопливного котла.
- Отсутствие необходимости частой пополнения топлива, увеличивается интервал между подбрасыванием дров или угля в топку.
Использование буфера делает автономную систему отопления более безопасной. Твердое топливо сможет полностью сгореть в топке, количество сажистых отложений уменьшается, обслуживание оборудования требуется реже.
Использование теплового аккумулятора
Схема твердотопливного котла с тепловым аккумулятором
Буферная емкость для отопления позволяет регулировать тепловой режим, не допуская снижения температуры до слишком низкого значения. КПД отопления твердотопливным котлом снижается по мере сжигания дров или угля; при подбрасывании новой порции топлива, наоборот, количество выделяемого тепла резко возрастает. Буферный бак берет на себя избыточную энергию, отдавая тепло в систему в дозированном количестве. В некоторых случаях теплообменник дополнительно работает как гидрострелка, в наиболее совершенных конструкциях используется для обеспечения горячего водоснабжения.
Как правило, передача тепловой энергии от буфера происходит ночью, когда жильцы спят, а не подбрасывают в топку дрова или уголь.
Это позволяет максимально долго обогревать помещения дома, поэтому утром в комнатах не будет холодно. В некоторых случаях в системах, где источником тепла служит электрический котел, также устанавливают буферный бак: это повышает уровень пожарной безопасности.
Особенности буферной емкости
Все основные узлы теплоаккумулятора хорошо видны на чертежах
Конструктивно теплообменник состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет отдельную функцию:
- Спираль из нержавеющей стали. Этот компонент устанавливается в моделях, подключенных к системам отопления с одновременным использованием различных теплоносителей (солнечные коллекторы, насосы и т.д.).
- Емкость. Резервуар изготовлен из листового металла, поверхности покрыты эмалью, в некоторых моделях стенки выполнены из нержавеющей стали, поэтому не подвержены коррозии. От объема зависит энергоэффективность конструкции и продолжительность самой конструкции. От бака отходят патрубки, с помощью которых теплообменник соединяется с котлом.
- Теплообменник входит в схему большинства современных буферных емкостей.
Устройство оснащено ревизионным окошком, используемым при ремонте техники. Специалист сможет вовремя определить, что пора чистить оборудование, и быстрее проведет плановое или аварийное обслуживание.
Преимущества и недостатки
Буферный бак защищает котел от перегрева и взрыва.
Использование буфера имеет много положительных качеств:
- Повышенная надежность, защита отопительного оборудования от перегрева, который может спровоцировать пожар или взрыв.
- Повышение КПД котла, максимально эффективное использование энергии, вырабатываемой при сгорании топлива.
- Относительно простой принцип работы, благодаря которому оборудование имеет долгий срок службы, редко требует обслуживания и ремонта.
- Плавное регулирование температуры, поддержание оптимальных микроклиматических условий в помещениях на 7-9часы.
- Возможность подключения к водопроводу, нет необходимости монтировать отдельный водонагреватель для ванной или кухни.
- Минимизация человеческих усилий по обслуживанию котельной.
- Возможность подключения нескольких источников тепла, грамотное распределение отопления по нескольким помещениям.
Установка буфера имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать при расчете оборудования и покупке устройства. Емкость много весит и достаточно велика, для транспортировки необходим грузовой транспорт, а для установки требуется большая площадь и высота помещения. Еще одна проблема – повышенная инерционность котельного оборудования: прогрев помещений будет происходить долго, что особенно неприятно, когда дом отапливается после окончания зимнего сезона. Еще одним недостатком является повышенная цена самого теплообменника: сумма может быть больше, чем стоимость самого твердотопливного котла.
Расчет объема теплоаккумулятора
Объем емкости выбирается в зависимости от мощности котла
Перед покупкой устройства необходимо правильно рассчитать объем бака.
Стандартная формула Q = c × m × (T1-T2) , где:
- Q – общее количество затраченной энергии;
- с – показатель удельной теплоемкости;
- м – масса теплоносителя;
- под индикаторами Т1-Т2 понимают разность температур.
Полученный результат необходимо скорректировать с учетом дополнительных нюансов, в том числе наличия вспомогательных источников, качества утепления, площади дома и т. д. При возникновении затруднений с расчетами необходимо обратиться к специалистам, которые изучат чертеж чертежа системы отопления и определить объем с учетом всех факторов.
Выбор модели
Для выбора мощности необходимо обратить внимание на максимальное давление, материал изготовления внутренних элементов, возможность подключения ТЭНов для резервного отопления, качество теплоизоляции.
Готовая конструкция должна соответствовать критериям безопасности, энергоэффективности и быть практичной в обслуживании.
При покупке желательно отдавать предпочтение моделям, предлагаемым проверенными производителями, ведь в этом случае риск проблем с качеством минимален.
Накопительные баки – ATMOS
Накопительные
Установка котла с накопительными баками дает следующие преимущества:
- меньший расход топлива (на 20-30%), котел работает на полную мощность, пока топливо сгорает с оптимальным КПД
- высокий срок службы котла и дымохода – минимальное образование смол и кислот
- возможность комбинирования с другими способами отопления – аккумулирование электричества
- предназначен для комбинации радиаторов с теплым полом
- комфортное отопление и идеальное сгорание топлива
- гарантирует более экологичное отопление
- гарантия на корпус котла 3 года
Мы рекомендуем подключение к батареям в качестве основного подключения.
Если у вас нет рекомендуемого объема аккумулирующих баков, подключите котел хотя бы к одному буферному баку объемом 500 – 1000 л. Если вы выбираете большой объем накопительного бака, вы также должны выбрать соответствующую мощность котла, чтобы он мог заполнить эти баки в разумные сроки. Для правильного расчета объема накопительного бака 1 кВт мощности котла = 55 л объема бака.
Работа системы с накопительными баками
После затопления котла заправляем максимальный объем аккумулирующих баков до требуемой температуры воды 90 – 100 °C при работе на максимальной мощности (от 2 до 4 нагрузок). Затем даем котлу прогореть. Кроме того, мы забираем тепло из накопительного бака с помощью трехходового клапана только на время, соответствующее размеру аккумулятора и температуре наружного воздуха. В отопительный сезон (при соблюдении минимальных объемов батарей, см. таблицу) это может быть 1 – 3 дня. Если аккумуляция не может быть использована, мы рекомендуем как минимум один бак объемом 500 – 1000 л для балансировки пусков и остановок котла.
Изоляция бака
Аккумулирующие баки обычно поставляются без изоляции. Подходящим решением является совместное утепление заданного количества баков необходимого объема минеральной ватой в гипсокартонный каркас, либо дозаполнение рыхлым утеплителем. Рекомендуемая толщина утеплителя при использовании минеральной ваты 120 мм. Другой вариант – приобрести уже утепленные баки минеральной ватой (100 мм) в чехле из кожзаменителя, который также поставляет наша компания.
Приготовление горячей воды
Для нагрева воды для бытовых нужд мы можем использовать комбинированный котел или накопительный бак с медным проточным нагревателем.
Параметры бака
| Описание накопительных баков | |||
| 1. | Головка– 5/4“ | 8. | муфта под внутренний бак ГВС – 5/4“ |
| 2. | выход верхний – 5/4“ | 9. | муфта между внутренним баком ГВС и теплообменником гелиоустановки – 5/4“ |
| 3. | гнездо для термометра – 3/4“ | 10. | розетки для ГВС – 1“ |
| 4. | гнездо для термометра – 3/4“ | 11. | патрубок солнечного теплообменника – вход – 1“ |
| 5. | гнездо для электронного нагревательного элемента – TJ-M48x2 | 12. | патрубок солнечного теплообменника – выход – 1“ |
| 6. | нижний патрубок – 5/4“ | 13. | верхняя муфта – 1“ |
| 7. | муфта для сливного клапана – 1“ | ||
