Розрахунок, підбір теплоакумулятора для опалення будинку твердопаливним котлом

Опалення приватного будинку - це дуже важлива і непросте завдання, яка дає можливість створити затишок і комфортну атмосферу для Вашої родини. Значне підвищення цін на енергоносії робить актуальним питання про зменшення витрат на опалення, гаряче водопостачання, тому все більше і більше власників заміських будинків звертають увагу на сучасне обладнання, яке дає можливість ефективно використовувати тепло і при цьому економити кошти.

буферная емкость для отопления частного дома фото

В результаті розрахунків і практичних досліджень різних систем опалення сучасних будинків, фахівці теплотехніки прийшли до висновку, що самий економічний ефект вдається досягти поєднанням декількох джерел тепла в комбіновану систему опалення. При цьому домовласник може застосовувати традиційні джерела тепла (газовий твердотопливний або електричний котел), а також і альтернативні (сонячні колектори, теплові насоси). Для забезпечення даної можливості в будинках з комбінованою системою опалення застосовується буферна ємність.

Функції теплоакумулятора в системі опалення:

акумулювання теплової енергії з подальшою передачею в опалювальну систему при необхідності
захист твердотопливного котла від закипання (поглинає нагріту воду)
можливість одночасного використання декількох джерел тепла в системі: це особливо важливо, враховуючи той факто, що різні теплові джерела можуть раціонально працювати в різний час доби (сонячну енергію найкраще використовувати днем, коли сонце найбільш активно, електричний котел раціонально використовувати в нічний час, коли діє «нічний режим»)
підвищення ККД і ефективності використання твердопаливного котла за рахунок повного згоряння палива
можливість забезпечити будинок господарської водою за допомогою буферної ємності, яка обладнана теплообмінником для гарячого водопостачання

Буферний бак – це дуже габаритний пристрій, тому можливість его установки варто передбачати ще на стадії проектування будинку. Акумулюючі ємності розраховують виходячи зі співвідношення 30-50 літрів на 1 кВт теплової потужності котла. За такою формулою можна зробити розрахунок теплової потужності теплоаккумулятора для опалення будинку, яку можливо накопичити.

Формула розрахунку буферного бака

Q = m*cp*(T2-T1)

M – маса речовини, яка використовується в буферному баці
Cp – питома теплоємність акумулюючої речовини Вт(кг*К)
Т2 и Т1 –середня температура теплоносія в баку – кінцета та початкова °С

Розрахунок буферної ємності для твердопаливного котла

Розрахунок даного обладнання полягає у визначенні акумулюючої здатності запасеного обсягу води. Ця здатність характеризує теплоємність, яка дорівнює 4,187 кДж кг/°С, це означає, що для нагрівання одного кілограма води на 1 градус потрібно підвести кількість тепла еквівалентну 4,187 кДж, або що те ж саме – 1 ккал = 1,163 Вт/ч. Наприклад, якщо у Вас акумулююча ємність об'ємом 1000 литров (Маса 1 літра теплоносія дорівнює 1 кг) і ми його нагріємо до 50°С тоді у ньому буде акумульовано теплової енергії 1000*50 = 50 000 ккал = 0,05 Гкал = 58 кВт/ч. При відборі тепла і охолодженні бака на 50°С. від нього буде відведено 0,05 Гкал тепла.

Залежно від схеми застосування використовуються різні методики розрахунку теплоаккумуляторов для опалення, але в цілому при підборі слід враховувати:

чим більше пікове споживання відрізняється від среднечасового і чим довше його тривалість, тим більше повинен бути обсяг бака накопичувача тепла
чим більше пікове надходження і чим менше його тривалість, тим більше повинна бути потужність теплообмінного апарату незалежно зовнішній він чи інтегрований в бак накопичувач гарячої води
номінальний тиск бака накопичувача тепла повинно бути більше максимального робочого тиску з точки його підключення
буферні ємності с одним або двома теплообмінниками: системи з великим температурним напором приєднуються до верхніх теплообмінниками і з меншим до нижніх
теплоаккумулятор, який підключений до твердопаливного котла, повинен акумулювати тепло генерується, як мінімум, разової завантаженням котла
в схемах підключення системи опалення з акумулюють ємностями з ГВП, обов'язково повинні бути встановлені – розширювальний бак і запобіжний клапан

Підбір буферної ємності для твердопаливного котла

Методика, за якою, потрібно вирахувати буферну ємність може бути різною в залежності від схеми застосування, визначення максимального завантаження палива. Наприклад, в топку поміщається 20 кг дров. 1 кг дров здатний виділити 3,5 кВт / год теплової енергії. Таким чином, при спалюванні одного завантаження палива твердопаливний котел віддасть 20•3,5=70 кВт/год тепла. Час, за яке згорає повне завантаження палива можна розрахувати так: Якщо потужність котла становить, наприклад 25 кВт тоді 70: 25 = 2,8 годин.

Теплоакумулятор	Час нагріву при потужності	-	-	-	-	-	-	-	-
-	20 кВт	25 кВт	30 кВт	35 кВт	40 кВт	45 кВт	50 кВт	55 кВт	60 кВт
500	1,2	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,5	0,4	0,4
1000	2,3	1,9	1,6	1,3	1,2	1,0	0,9	0,8	0,8
1200	2,8	2,2	1,9	1,6	1,4	1,2	1,1	1,0	0,9
1500	3,5	2,8	2,3	2,0	1,7	1,6	1,4	1,3	1,2
1800	4,2	3,4	2,8	2,4	2,1	1,9	1,7	1,5	1,4
2000	4,7	3,7	3,1	2,7	2,3	2,1	1,9	1,7	1,6
2400	5,6	4,5	3,7	3,2	2,8	2,5	2,2	2,0	1,9
3000	7,0	5,6	4,7	4,0	3,5	3,1	2,8	2,5	2,3
3500	8,1	6,5	5,4	4,7	4,1	3,6	3,3	3,0	2,7

Температура теплоносія в опалювальній системі. Якщо система опалення вже змонтована, досить виміряти температуру на вході і виході і визначити тепловтрати. Визначення бажаної частоти завантаження. Наприклад, можливе завантаження вранці і ввечері, а вдень і вночі обслуговувати котел немає можливості.

Для упращенія розрахунку приймається не менше 50 літрів на Кадная кВт потужності котла.

Місткість баку дм3	350	500	800	1000	1500	200	3000	3500
Кількість тепла при Δt = 40°С, кВт/год	20	30	45	58	85	115	170	210
Кількість дров, кг, при Δt = 40°С. С=12 МДж/кг	5	7	12	14	21	30	42	50

Підбір обсягу теплоаккумулятора при роботі з сонячними колекторами

Місткість баку дм3	350	500	800	1000	1500	200	3000	3500
Житлова площа м2	40-120	60-160	100-260	130-340	170-340	230-460	340-680	420-840
Площа сонячних колекторів м2, Інсоляція 5 кВт/м2	4-6	6-8	10-13	13-17	17	23	34	42

Як розрахувати теплоаккумулятор для опалення будинку

Якщо за годину тепловтрати в приміщенні становлять, наприклад, 6,7 кВт тоді за добу це складе 160 кВт. У розглянутому прикладі це становить трохи більше, ніж дві закладки палива. Як було визначено вище, одна закладка дров згорає близько 3 годин, виділяючи 70 кВт / год теплової енергії.

Потреба на обігрів будинку 6.7•3=20,1 кВт/год запас акумулючого бака складає 70-20,1=49,9 кВт/год. Цієї енергії вистачить на період 50:6,7 – це близько 7 годин. Значить, за добу потрібно дві повних закладки і одна неповна.

Виходячи їх даних розрахунків, о 23 годині робиться неповне завантаження, в 6:00 и 18:00 – повна. Если сделать график уровня заряда бака акумулятора, видно, що максимальний заряд доводитися а 9:00 ранку.

Схема підключення теплоаккумулятора до системи опалення

схема підключення буферної ємності до системи опалення фото

Склад опалювального обладнання для системи опалення

1. Твердопаливний котел Maxus	6. Пелюстковий клапан	11. Трьохходовий клапан
2. Бак розширення	7. Буферна ємність	12. Змішувальний вузол підлогового опалення
3. Група безпеки	8. Автоматичний розповітрювач	13. Змішувальний вузол ГВП
4. Циркуляційний насос	9. Командо-контролер	14. Підлогова гребінка
5. Термостатичний триходовий клапан	10. Сервопривід	15. Сонячна система