Расчет теплоаккумулятора
Расчет, подбор теплоаккумулятора для отопления дома твердотопливным котлом
Отопление частного дома – это очень важная и непростая задача, которая дает возможность создать уют и комфортную атмосферу для Вашей семьи. Значительное повышение цен на энергоносители делает актуальным вопрос об уменьшении затрат на отопление, горячее водоснабжение, поэтому все больше и больше владельцы загородных домов обращают внимание на современное оборудование, которое дает возможность эффективно использовать тепло и при этом экономить средства.
В результате расчетов и практических исследований различных систем отопления современных домов, специалисты теплотехники пришли к выводу, что самый экономический эффект удается достичь сочетанием нескольких источников тепла в комбинированную систему отопления. При этом домовладелец может применять традиционные источники тепла (газовый твердотопливный или электрический котел), а также и альтернативные (солнечные коллекторы, тепловые насосы). Для обеспечения данной возможности в домах с комбинированной системой отопления применяется буферная емкость.
Буферный бак – это очень габаритное устройство, поэтому возможность эго установки стоит предусматривать еще на стадии проектирования дома. Аккумулирующую емкость рассчитывают исходя из соотношения 30-50 литров на 1 кВт тепловой мощности котла. По следующей формуле можно сделать расчет тепловой мощности теплоаккумулятора для отопления дома, которую возможно накопить.
Q = m*cp*(T2-T1)
Расчет данного оборудования заключается в определении аккумулирующей способности запасенного объема воды. Эта способность характеризирует теплоемкость, которая равна 4,187 кДж кг/°С, это означает, что для нагрева одного килограмма воды на 1 градус нужно подвести количество тепла эквивалентное 4,187 кДж, или что тоже самое – 1 ккал = 1,163 Вт/ч. Например, если у Вас аккумулирующая емкость обьемом 1000 литров (масса 1 литра теплоносителя равна 1 кг) и мы эго нагреем до 50°С то в нем будет аккумулировано тепловой энергии 1000*50 = 50 000 ккал = 0,05 Гкал = 58 кВт/ч.
При отборе тепла и охлаждении бака на 50°С. от него будет отведено 0,05 Гкал тепла.
В зависимости от схемы применения используются различные методики расчета теплоаккумуляторов для отопления, но в целом при подборе следует учитывать:
Методика, по которой, нужно высчитать буферную емкость может быть разной в зависимости от схемы применения, определения максимальной загрузки топлива. Например, в топку помещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт/час тепловой энергии. Таким образом, при сжигании одной загрузки топлива твердотопливный котел отдаст 20•3,5=70 кВт/час тепла. Время, за которое сгорает полная загрузка топлива можно рассчитать так: Если мощность котла составляет, например 25 кВт тогда 70:25=2,8 час.
| Теплоаккумулятор | Время нагрева при мощности | - | - | - | - | - | - | - | - |
| - | 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 теплоносителя в отопительной системе.
Если система отопления уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери. Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.
Для упращенного рассчета принимается не меньше 50 литров на кадный кВт мощности котла.
| Вместимость бака дм3 | 350 | 500 | 800 | 1000 | 1500 | 2000 | 3000 | 3500 |
| Колличество тепла при Δt = 40°С, кВт/год | 20 | 30 | 45 | 58 | 85 | 115 | 170 | 210 |
| Колличество дров, кг, при Δt = 40°С. С=12 МДж/кг | 5 | 7 | 2 | 14 | 21 | 30 | 42 | 50 |
Подбор объема теплоаккумулятора при работе из солнечными коллекторами
| Вместимость бака дм3 | 350 | 500 | 800 | 1000 | 1500 | 2000 | 3000 | 3500 |
| Жилая плодащь м2 | 40-120 | 60-160 | 100-260 | 130-340 | 170-340 | 230-460 | 340-680 | 420-840 |
| Площадь солнечных коллекторов м2, Инсоляция 5 кВт/м2 | 4-6 | 6-8 | 10-13 | 13-17 | 17 | 23 | 34 | 42 |
Если за час теплопотери в помещении составляют, например, 6,7 кВт тогда за сутки это составит 160 кВт.
В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определенно выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт/час тепловой энергии.
Потребность на обогрев дома 6.7•3=20,1 кВт/час запас аккумулирующего бака составляет 70-20,1=49,9 кВт/час. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 часов. Значит, за сутки требуется две полных закладки и одна неполная.
Исходя их данных расчетов, в 23 часа делается неполная загрузка, в 6:00 и 18:00 – полная. Если сделать график уровня заряда бака аккумулятора, видно, что максимальный заряд приходиться а 9:00 утра.
Рекомендуем посмотреть теплоаккумуляторы от производителя
Как правильно подобрать объем теплоаккумулятора для частного дома?
Чтобы правильно подобрать объём теплового аккумулятора (ТА) в системе с твердотопливным котлом, нужно учесть сразу несколько факторов. В первую очередь ориентируйтесь на площадь отапливаемых помещений.
Чем она больше, тем более вместительную буферную ёмкость потребуется установить. Второй важный момент — это качество утепления в конкретном частном доме. Если теплоизоляция здания выполнена плохо, то его тепловые потери могут значительно превышать стандартные показатели. В результате, общие рекомендации по расчёту объёма теплоаккумулятора для отопления могут не подойти.
Расчет объема теплоаккумулятора для дома по площади
Существуют усреднённые показатели объёма буферной ёмкости для дома с хорошим утеплением. Величина указывается в зависимости от площади помещений и лежит в пределах от 35 до 50 литров на 10 м². Так, например, для дома 100 м² потребуется тепловой аккумулятор вместительностью от 350 до 500 литров, а для дома 150 м² нужно будет установить более просторный резервуар объёмом 500-750 литров.
Тут важно сказать про качество утепления. Суммарные теплопотери дома измеряются в зависимости от его площади. По актуальным СНиПам они не должны превышать 50 Вт на 1 м² в среднем за самые холодные 7 дней в году.
То есть потери тепла для дома 100 м² составят 5 кВт·час. Достичь этого можно только если в процессе строительства использовались современные теплоизоляционные материалы с правильным расчётом термозащитного слоя.
Для каждого типа ограждающих конструкций, от фундамента до крыши, существуют свои нормы и предписания по использованию тех или иных материалов с определёнными характеристиками теплопроводности. На теплопотери дома влияет также качество установленных стеклопакетов и дверей. Вместе с тем важно понимать, что даже если эти элементы ограждающих конструкций дома обладают высокой теплозащитой, то ошибки, допущенные в процессе установки хороших окон и дверей могут свести на нет все их положительные качества.
Кроме того, в зависимости от погоды за окном, скорость остывания постройки сильно отличается и расход тепловой энергии для поддержания комфортного уровня температуры будет разным. В межсезонье, когда за окном +3° — +5°, небольшая буферная ёмкость вполне способна выполнять свои прямые задачи и резервуар большего объёма просто не требуется.
Но зимой, при -25 °С, чтобы не приходилось ночью вставать и идти подбрасывать дрова в топку, лучше иметь теплоаккумулятор из расчёта не менее 50 л на 10 квадратных метров.
Видео с нашим специалистом по подбору теплоаккумулятора?
Как лучше выбирать тепловой аккумулятор
Описанная выше технология подбора основана на практическом опыте установки теплоаккумуляторов в теплосистемы десятков частных домов. Разброс в конечном показателе вместительности ёмкости объясняется не одинаковыми потребностями различных систем отопления. Определяющим фактором здесь является то, насколько часто владелец частного дома готов подбрасывать топливо в свой твердотопливный котёл. Если есть необходимость максимально продлить период между закладками дров, то и объём теплового аккумулятора надо брать по верхней рекомендованной границе.
В то же время, не следует размещать слишком просторный резервуар для теплоносителя. Превышение указанного диапазона делает систему отопления слишком инерционной и снижает её эффективность. Всегда учитывайте, что по законам физики любой дополнительный элемент в системе понижает её КПД. Именно по этой причине более выгодно не выходить за пределы 50 л на 10 м² отапливаемой площади.
С другой стороны, установка буферной ёмкости с большим запасом может быть вполне уместной, если вопрос экономии топлива не стоит остро. Чем больше объём теплоносителя в резервуаре, тем больше тепла он способен запасти и тем дольше он будет поддерживать нужную температуру воды в батареях без необходимости запуска котла. Единственное неудобство, которое здесь появится — это скорость прогрева теплоаккумулятора. Если он значительно больше, чем рекомендовано, то для полноценного нагрева теплоносителя до 85-88 °С может понадобится от 2 до 4 закладок топлива.
С другой стороны, избыточную вместительность буферной ёмкости можно скомпенсировать увеличенной мощностью котла. Но тут уже нужно ориентироваться по размеру бюджета, отведённого на организацию системы отопления. Совокупная стоимость производительного теплогенератора на твёрдом топливе и теплового аккумулятора соответствующего объёма может обойтись недешево. Ходить в котельную только один раз в сутки, конечно, удобно, но и два раза в сутки вполне приемлемый интервал, чтобы не переплачивать в полтора — два раза на создании системы отопления.
Оптимальный объем теплоаккумулятора по мощности котла
Если ориентироваться на мощность установленного теплогенератора, то наиболее выгодным решением будет приобретение резервуара, объёмом по 50 литров на каждый кВт мощности котла. Опять же, цифра усреднённая и берётся исходя из наличия хорошего утепления конструкции дома. Например, если стоит вопрос, как рассчитать объем теплоаккумулятора для твердотопливного котла 12 кВт, то оптимальная вместительность ёмкости составит 600 литров.
Такое соотношение позволит закладывать топливо в котёл в среднем два раза в сутки. Важно также, чтобы теплоаккумулятор был правильно подключён. Только соблюдение всех правил монтажа и грамотный расчёт каждого элемента системы отопления даст возможность тепловому аккумулятору эффективно накапливать энергию, произведённую котлом. Ошибки в обвязке твердотопливного теплогенератора способны не только заметно снизить КПД работы теплового аккумулятора, но и вообще свести на нет пользу от него.
Главный вопрос при выборе теплоаккумулятора
Система без теплового аккумулятора — это очень нестабильная и капризная теплосистема. При естественных температурных колебаниях на улице, режим работы котла всё время будет нуждаться в регулировке. Без буферной ёмкости, единственный вариант настройки количества теплоотдачи устройства лежит в ограничении интенсивности горения топлива. Процесс может быть реализован только увеличением или уменьшением тяги, то есть регулировкой подачи и оттока свежего воздуха в камере сжигания.
Такой способ контроля производительности теплогенератора неизбежно приводит к неполноценному сгоранию топлива. Вследствие этого в дымовых газах присутствует повышенное количество смолы и сажи, которые постоянно налипают на стенках котла и дымохода. В итоге эксплуатация такой системы отопления требует постоянного техобслуживания в виде трудоёмкой очистки внутренних поверхностей теплогенератора и дымовых каналов от прочного слоя дёгтя.
Можно ещё долго перечислять недостатки теплосистемы без буферной ёмкости, но лучше сразу сказать, что сейчас включение теплоаккумулятора в систему — это необходимость. И лучший вариант, безусловно, размещать резервуар, подбор объёма которого выполнен по указанным выше нормам. Однако, если бюджет ограничен, то установка ёмкости даже меньшей вместительности всё равно заметно облегчит процесс использования твердотопливного котла.
Чем ближе будет объём теплового аккумулятора к рекомендуемым в статье цифрам, тем реже придётся заниматься докладкой топлива в камеру сгорания. И здесь уже надо смотреть на размеры доступного бюджета. Если есть средства на размещение полноразмерного резервуара — хорошо. Если бюджет ограничен, то вполне уместно будет поставить даже небольшой ТА, так как он всё равно продлит время работы теплосистемы от одной загрузки дров. Кроме того, любой теплоаккумулятор защищает систему отопления от перегрева и от возникновения так называемого теплового удара.
Также обязательно принимайте во внимание вместительность вашей котельной. Специалисты рекомендуют устанавливать котёл и буферную ёмкость в отдельно стоящем помещении вне стен частного дома. Однако, это не всегда возможно и нередко котельная находится непосредственно внутри жилого здания. В этом случае её объём может быть ограничен, и установить туда можно только небольшой резервуар.
Если на момент возникновения вопроса «Как подобрать объём теплоаккумулятора?», в наличии есть достаточное количество средств, то оптимальным решением станет обращение к специалистам. Самостоятельное выполнение требуемых расчётов возможно, но только профессиональный инженер по проектированию теплосистем сможет точно сказать, какая ёмкость более предпочтительна для конкретного частного дома.
AIME-055
%PDF-1.4 % 1 0 объект >>>]/ON[77 0 R]/Порядок[]/RBGroups[]>>/OCGs[77 0 R 134 0 R]>>/Страницы 3 0 R/Тип/Каталог>> эндообъект 133 0 объект >/Шрифт>>>/Поля 138 0 R>> эндообъект 76 0 объект >поток GPL Ghostscript 9.022017-10-31T09:33:39+01:002017-10-18T16:51:44+06:00PDFCreator Версия 1.2.12017-10-31T09:33:39+01:00d517b7e7-b64d-11e7-0000- 1f5a967bf943uuid:9a2833ef-eb92-444e-9bbc-eaaba0161938application/pdf
Сохранение тепловой энергии в материалах
Тепловая энергия может накапливаться в материале в виде явного тепла путем повышения его температуры.
Хранение тепла или энергии можно рассчитать как
Q = V ρ C P DT
= M C P DT (1)
, где
в материале (Дж, БТЕ)
V = объем вещества (м 3 , FT 3 )
ρ = плотность вещества (кг/м 3 , фунт/фут 3 )
М = масса вещества (KG, LB) 999
M = масса вещества (KG, LB) 99999
M = масса вещества (KG, LB) 9
M = масса вещества (KG, LB) 9
М = масса вещества (KG, LB) 9
M C P = удельное тепло вещества (J/кг O C, BTU/LB O F)
DT = Изменение температуры ( O C, O F ) 9 9
9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9.
| Материал | Диапазон температур ( o C) | Density - ρ - (kg/m 3 ) | Specific Heat - c p - (J/kg o Макс. 660 (точка плавления) 2700 | 920 | 2484 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Кирпич | 1969 | 921 | 1813 | |||
| Чугун | макс. 1150 (melting point) | 7200 | 540 | 3889 | ||
| Concrete | 2305 | 920 | 2122 | |||
| Fireclay | 2200 | 1000 | 2200 | |||
| 50 % Этиленгликоль - 50% Вода | 0 - 100 | 1075 | 3480 | 3741 | ||
| Dowtherm A | 12 - 260 | 867 | 2200 | 1907 | ||
| Draw salt - 50% NaNO 3 - 50% KNO 3 ) (by weight ) | 220 - 540 | 1733 | 1550 | 2686 | ||
| Granite | 2400 | 790 | 1896 | |||
| Liquid Sodium | 100 - 760 | 750 | 1260 | 945 | ||
| Molten Salt - 50% KNO 3 - 40% NaNO 2 - 7% NaNO 3 (by weight) | 142 - 540 | 1680 | 1560 | 2620 | ||
| Oak | 769 | 2385 | 1833 | |||
| Pine | 496 | 2803 | 1391 | |||
| Taconite | 3200 | 800 | 2560 | |||
| Therminol 66 | -9 - 343 | 750 | 2100 | 1575 | ||
| Water | 0 - 100 | 1000 | 4190 | 4190 |
- 1 кДж/(кг·К) = 0,2389 БТЕ/(фунт м o F)
Энергия, хранящаяся в граните
0338
Тепло аккумулируется в 2 м 3 граните путем нагревания его от 20 o C до 40 o C . Плотность гранита 2400 кг/м 3 и удельная теплоемкость гранита 790 Дж/кг o С . Тепловая энергия, запасенная в граните, может быть рассчитана как
q = (2 м 3 ) (2400 кг/м 3 ) (790 Дж/кг o Кл) ((40 o В) - (20 о C))
= 75840 KJ
Q кВтч = (758440 кДж) / (3600 с / ч)
= 21 KWH
0909. heat Water
Теплота, необходимая для нагрева 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта , когда удельная теплоемкость воды равна 1,0 БТЕ/фунт o 0 F можно рассчитать как 20 9 90 F .0017 q = (1 lb) (1.0 Btu/lb o F) (1 o F)
= 1 Btu
Thermal Heat Energy Storage Калькулятор
Этот калькулятор можно использовать для расчета количества тепловой энергии, запасенной в веществе.
![]()
