Akumulator ciepła do ogrzewania - co to jest, zasada działania, zasady doboru, odmiany, obliczenia, połączenie
System ogrzewania prywatnego domu na kotle na paliwo stałe nie jest najlepszą opcją pod względem stabilności i równomierności w osiąganiu komfortowej temperatury, dopóki do systemu nie zostanie wprowadzony specjalny moduł akumulujący ciepło. Przeanalizujemy, czym jest akumulator ciepła do ogrzewania, do czego jest przeznaczony, jakie są jego właściwości, jak działa i gdzie jest używany, jakie są jego główne zalety i wady, jak wybrać właściwy, jakie będą potrzebne obliczenia do wykonania, a także jakie są niuanse połączenia.
Akumulator ciepła - co to jest, urządzenie, przeznaczenie
Blok akumulacyjny to specjalny izolowany termicznie zbiornik bezpośrednio podłączony do kotła grzewczego. Jego urządzenie ma następujące cechy:
- Pojemnik w większości przypadków ma postać zamontowanego pionowo cylindra, którego korpus wykonany jest z wytrzymałej blachy nierdzewnej lub czarnej blachy stalowej.
- Od wewnątrz zbiornik pokryty jest specjalną osłoną chroniącą przed gorącą wodą lub innym płynem chłodzącym, a także rozpuszczonymi w nich solami i kwasami.
- Na zewnątrz zbiornik posiada warstwę lakieru proszkowego o podwyższonej odporności cieplnej.
- Od zewnątrz pojemnik jest hermetycznie uszczelniony materiałem termoizolacyjnym o warstwie co najmniej 10 cm, jako grzałkę stosuje się ponownie spienioną piankę poliuretanową z wewnętrzną powłoką PCV.
- Ponadto warstwa termoizolacyjna pokryta jest pokrowcem z wytrzymałej skóry ekologicznej oraz powłoką ochronną.
W takim przypadku użyteczna objętość zbiornika może wynosić od 100 litrów do 1 m³ lub więcej. Jednak okazy powyżej jednego metra sześciennego są rzadko używane do wspomagania systemu grzewczego prywatnego domu. Głównym celem akumulatora ciepła do ogrzewania na przykładzie jednostki na paliwo stałe jest:
- Utrzymanie temperatury nominalnej nośnika ciepła w okresie, gdy kocioł już ostygł.
- Ogrzewanie urządzenia w optymalnym i dogodnym czasie, a nie wtedy, gdy system zacznie się naturalnie schładzać.
- Znaczny wzrost okresu pomiędzy ekstremalnymi pożarami kotła.
- Redukcja i optymalizacja zużycia surowców paliwowych.
Przydatna informacja! Nadmiar energii cieplnej wytworzonej przez kocioł jest gromadzony w zbiorniku, a następnie stopniowo zużywany w celu utrzymania optymalnej temperatury chłodziwa. W ten sposób wyrównuje się duża bezwładność jednostki na paliwo stałe - trzeba czekać, aż pomieszczenie zostanie ogrzane do wymaganego komfortowego poziomu z jego okresowym chłodzeniem.
Zasada działania, zakres
Działanie najprostszego typu termicznego urządzenia magazynującego odbywa się zgodnie z następującą zasadą:
- Z obwodu wymiany ciepła urządzenia podgrzany płyn chłodzący wchodzi do górnej rury odgałęzionej zbiornika.
- Gdy kocioł pracuje, zbiornik jest całkowicie wypełniony płynem chłodzącym podgrzanym do określonej wartości.
- Jednocześnie z przeciwległej górnej rury płyn chłodzący dostaje się do akumulatorów systemu ogrzewania domu i innych odbiorców. Jednak podczas pracy urządzenia temperatura wewnątrz zbiornika nie spada, ale wręcz przeciwnie, wzrasta - jeśli oczywiście magazyn ciepła jest odpowiednio dobrany i odpowiada mocy kotła i zużyciu przez konsumenta.
- Jednocześnie chłodziwo chłodzone w układzie wchodzi do dolnej rury wlotowej zbiornika, ale jednocześnie bez mieszania z górną ogrzaną warstwą wchodzi do obwodu grzewczego kotła z rury wylotowej.
- Gdy zbiornik zostanie napełniony do poziomu granicznego podgrzewanym płynem chłodzącym, urządzenie wyłączy się.
- Ponadto akumulator ciepła pompuje chłodziwo przez system za pomocą własnej pompy obiegowej.
- W takim przypadku faza gorąca jest stopniowo zastępowana fazą schłodzoną. Jednak dobrze wykonane i dobrze obliczone urządzenie do przechowywania ciepła jest w stanie w pełni utrzymać określone ogrzewanie chłodziwa nie tylko przez wiele godzin, ale także, jeśli to konieczne, przez kilka dni.
Zasobnik ciepła do instalacji grzewczej może być stosowany nie tylko w układzie z kotłem na paliwo stałe, ale także z każdym innym, który działa na alternatywny rodzaj paliwa - gaz, energię elektryczną, a nawet energię wiatrową, słoneczną i gruntową.
Zakres magazynowania termicznego określa następujący zakres jego możliwości:
- Liczba podłączonych odbiorców zależy od dostępności niezależnych obwodów i może wynosić od 4 do 20.
- Zasobnik ciepła można przekształcić w kocioł elektryczny - instalując elementy grzejne przez boczne kołnierze.
- Czołg można podzielić na oddzielne, oddziałujące na siebie sektory za pomocą poziomych zakładek wewnątrz.
- W dolnej części zbiornika można zamontować dodatkowy wymiennik ciepła - w celu zwiększenia wydajności.
- Aby zapewnić ciepłą wodę użytkową, w zbiornik można zabudować zasobnik lub dodatkowy wymiennik ciepła.
Notatka! Akumulator ciepła jest szczególnie istotny, gdy zasób energii zużywany na wytwarzanie ciepła ma okresowy lub ograniczony dostęp. Przykładem są generatory słoneczne i wiatrowe, które nie działają przy pochmurnej i spokojnej pogodzie. Przyda się również, gdy bojler elektryczny jest podłączony ze zmniejszoną szybkością, co jest możliwe tylko w określonych, ograniczonych godzinach dnia.
Plusy i minusy
Zastosowanie akumulatora ciepła w systemie ogrzewania mieszkania prywatnego ma następujące zalety:
- Znaczne oszczędności w zasobach paliwowych. Wytworzone ciepło jest w maksymalnym stopniu wykorzystywane do ogrzewania domu.
- Istnieje możliwość wykorzystania kilku źródeł energii do ogrzewania. Np. za wytwarzanie ciepła podstawowego odpowiada kocioł na paliwo stałe, ogrzewany okresowo pełną mocą i ładowanie akumulatora ciepła, a do wspomagania w okresach pośrednich kocioł kompaktowy elektryczny lub gazowy. Jednocześnie obiegi grzewcze działające na alternatywnych rodzajach energii – panelach słonecznych i generatorze wiatrowym – mogą być wykorzystane jako dodatkowe źródło.
- Niezawodna ochrona przed przegrzaniem zarówno samego urządzenia, jak i wszystkich elementów obiegu grzewczego. Prawidłowo obliczone urządzenie do przechowywania ciepła po prostu nie pozwoli na wzrost temperatury powyżej ustawionej wartości.
- Skrócenie procedur obsługowych w danym okresie - wydłużenie czasu pomiędzy etapami załadunku paliwa.
- Stabilizacja systemu grzewczego jako całości - brak spadków temperatury podczas ostrego mrozu, co zapewnia bardziej komfortowy mikroklimat w pomieszczeniu.
- Zapewnienie ciepłej wody użytkowej.
Jednak instalacja modułu akumulacji ciepła w prywatnym systemie grzewczym ma nie tylko zalety, ale często także wady:
- Wprowadzenie akumulatora ciepła jest uzasadnione, gdy moc wyjściowa bloku jest co najmniej 1,5-2 razy wyższa od zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń mieszkalnych.
- Działanie zasobnika termicznego charakteryzuje się dużą bezwładnością. Od momentu startu do przejścia do stanu nominalnego mija dużo czasu. A im większa, tym większa powierzchnia ogrzewanego pomieszczenia. Dlatego instalacja modułu ma znaczenie tylko w domach ze stałym miejscem zamieszkania. W przypadku okresowych wizyt, na przykład w weekendy w wiejskim domu, jego użycie jest niepraktyczne.
- Korpus akumulatora ciepła z reguły ma imponujące wymiary, co nieco komplikuje zadanie jego transportu i instalacji. Dodatkowo z tego powodu kotłownia musi mieć dodatkowe miejsce do jej zainstalowania obok kotła.
- Ceny niezawodnego markowego akumulatora ciepła i samego kotła grzewczego są zwykle porównywalne, co znacznie podnosi ostateczny koszt całego systemu. Jednak na dłuższą metę koszty zwracają się w postaci znacznych oszczędności energii, wydłużenia okresu eksploatacji sprzętu i komponentów oraz poprawy komfortu życia.
Odniesienie! Wybierając urządzenie do przechowywania ciepła, należy upewnić się, że na zewnątrz obudowy znajduje się warstwa termoizolacyjna. Jeśli zakupiony model nie ma takiego zasięgu, użytkownik będzie musiał go kupić i zainstalować we własnym zakresie.
Odmiany
W zależności od cech urządzenia, określonych przez niego właściwości i przeznaczenia rozróżnia się 4 główne typy akumulatorów ciepła do systemów grzewczych:
- Najprostsze zbiorniki buforowe bez przegród wewnątrz.
Zasobnik ciepła, który jest pusty w środku, jest wypełniony jednym nośnikiem ciepła krążącym między obiegiem grzewczym kotła a odbiornikami ciepła. Zainstalowany w następujących sytuacjach:
- System grzewczy (kocioł, akumulatory i inni odbiorcy) działa na tym samym chłodziwie.
- Wartość graniczna ciśnienia w urządzeniu nie jest wyższa niż ten sam parametr dla kotła i zasobnika.
- Poziom ogrzewania nośnika ciepła na wylocie obiegu kotła nie przekracza maksymalnej dopuszczalnej temperatury odbiornika.
Ponadto, jeśli nie można spełnić ostatniego wymagania, instalacja zbiornika buforowego jest nadal możliwa. W tym celu do obwodu wprowadza się zawory 3-drogowe, co umożliwia zmniejszenie poziomu nagrzewania gorącego płynu chłodzącego wchodzącego do obwodu odbiornika poprzez zmieszanie go z chłodzonym - zasilanym z linii powrotnej.
- Z wbudowanym wymiennikiem ciepła na dole.
Wewnątrz zbiornika znajduje się dodatkowy obieg wymiany ciepła wykonany z rury ze stali nierdzewnej. W zależności od przeznaczenia liczba takich cewek może wynosić od 1 do 3. Pozwala to stworzyć kilka niezależnych obwodów z różnymi chłodziwami i ich charakterystykami.
Aplikacje:
- Gdy ciśnienie i poziom ogrzewania chłodziwa przekraczają dopuszczalne wartości podobnych parametrów odbiornika.
- Gdy możliwe jest zastosowanie kilku generatorów ciepła - dodatkowych kotłów, a także ze względu na działanie promieni słonecznych, wiatru, źródeł geotermalnych itp. W takim przypadku im niższa wartość poziomu nagrzania nośnika ciepła, tym niższy obieg, przez który krąży powinien znajdować się w zbiorniku.
- Akumulatory ciepła tego typu są również wykorzystywane do indywidualnego ogrzewania domu, gdy jeden rodzaj chłodziwa jest używany w obiegu wymiany ciepła, a inny w układzie poboru.
W przeciwieństwie do zwykłego zbiornika buforowego, ten typ zbiornika aktywnie miesza chłodziwo. Ten ostatni, znajdujący się w obszarze dolnego konturu, nagrzewa się i, uzyskując niższą gęstość, pędzi w górę.
- Z górnym obiegiem wymiennika ciepła do ciepłej wody.
Aby zapewnić równomierne dostarczanie ciepłej wody, w zbiorniku umieszczony jest przepływowy obieg wymiany ciepła. Jednocześnie większość znajduje się w górnej części zbiornika. Wchodząc do dolnej rury, zimna woda przepływa pod ciśnieniem wężownicy do górnego wylotu i już w postaci podgrzanej dostarczana jest na potrzeby domowe.
Schemat jest optymalny dla stabilnego, jednolitego, ale bez ostrego szczytu zużycia ciepłej wody. W przypadku innych parametrów zasobnik ciepła działa zgodnie z zasadą pierwszego typu pojemnika.
- Z wbudowanym bojlerem lub zbiornikiem do dostarczania ciepłej wody.
Zasobnik tego typu, oprócz funkcji ogrzewania, spełnia zadanie akumulacji ciepła do dostarczania ciepłej wody za pomocą pośredniego kotła grzewczego. Taki zbiornik stosuje się w przypadku, gdy szczyt produkcji energii cieplnej bloku odbiega od momentu maksymalnego poboru ciepłej wody.
Z reguły współczesny konsument używa ciepłej wody na potrzeby domowe przez krótki czas, ale w dużych ilościach. Taki okres występuje np. wieczorem lub rano – kiedy mieszkańcy biorą poranny prysznic, a wieczorem gotują, robią pranie, sprzątają itp.
Notatka! Prawie każde nowoczesne urządzenie do magazynowania ciepła ma wiele dysz wlotowo-wylotowych rozmieszczonych równomiernie na wysokości urządzenia. Pozwala to na zastosowanie różnego poziomu nagrzewania chłodziwa w zależności od jego wysokości w zbiorniku. W praktyce umożliwia to podłączenie określonego typu odbiornika zgodnie z odpowiadającą mu temperaturą z optymalnym zużyciem energii cieplnej i zapobieganiem nadmiernemu obciążeniu jego urządzeń termostatycznych.
Kryteria wyboru
Wybierając akumulator ciepła do domowego systemu grzewczego, należy wziąć pod uwagę następujące kryteria:
- Pojemność kontenera. Jest obliczany z uwzględnieniem charakterystyki systemu, mocy jednostki, zużycia ciepłej wody użytkowej.
- Wymiary i waga. Muszą odpowiadać wytrzymałości podstawy, na której zostaną zainstalowane, a także cechom transportu i prac instalacyjnych.
- Ograniczenie poziomu ciśnienia. Musi to być co najmniej ten sam parametr w systemie. Określają grubość ścianki, materiał, z którego są wykonane, a także geometrię i cechy konstrukcyjne zbiornika.
- Materiał korpusu. Produkty wykonane ze stopu stali węglowej są tańsze, ale mają również krótszą żywotność ze względu na podatność na korozję. Modele ze stali nierdzewnej są droższe, ale są trwałe.
- Dodatkowe wymienniki ciepła. Liczba jest ustalana przez obecność podłączonych obwodów i złożoność obwodu.
- Funkcjonalny. W zależności od możliwości producenci wyposażają swoje produkty, oprócz głównych parametrów, w różne dodatkowe funkcje - montaż elementów grzejnych, montaż aparatury kontrolno-pomiarowej, montaż automatyki i urządzeń zabezpieczających, takich jak np. zawory powietrzne, termostaty itp.
- Jakość warstwy izolacyjnej. Pod uwagę brana jest nie tylko grubość powłoki, ale także rodzaj użytego materiału. Im dłużej zbiornik magazynuje ciepło, tym bardziej opłacalny jest prywatny system grzewczy.
Uwaga! Lepiej kupić urządzenie do przechowywania termicznego tylko w specjalistycznym punkcie sprzedaży. Produkt musi być markowy, posiadać certyfikat, gwarancję oraz kompletną instrukcję obsługi.
Przydatne wideo
Podstawowe obliczenia
Oczywiście im bardziej pojemny akumulator ciepła, tym dłużej może zrekompensować przestój kotła grzewczego. Jednak koszt zbiornika i koszty utrzymania rosną wprost proporcjonalnie do jego objętości. Dlatego ważne jest znalezienie kompromisowego sposobu rozwiązania kwestii wyposażenia systemu w wysokiej jakości akumulator ciepła. W tym celu stosuje się obliczenia, które uwzględniają przede wszystkim trzy główne czynniki:
- intensywność strat ciepła.
- Powierzchnia domu.
- Okres bezczynności generatora ciepła.
Na przykładzie mieszkania o powierzchni 100 m² przeanalizujemy zasady obliczania pojemności zasobnika ciepła. Wykorzystywane są następujące dane wejściowe (w rzeczywistości ich wartości mogą się nieznacznie różnić):
- Ilość ciepła do ogrzewania domu wynosi 10 kW.
- Okres bezczynności jednostki wynosi 10 godzin.
- Temperatura robocza chłodziwa wynosi 70 °C.
- Całkowita ilość ciepła, jaką musi oddać zbiornik, aby utrzymać temperaturę w pomieszczeniu przez cały okres bezczynności = 10 godzin x 10 kW = 100 kW - to dokładnie tyle energii, ile musi zgromadzić.
- Maksymalny poziom ogrzewania nośnika ciepła wynosi 90 °C.
Przydatne wideo
Następnie należy obliczyć masę (objętość) wody, która byłaby w stanie pomieścić taką ilość energii cieplnej według następującego wzoru:
- M u003d Ke / 0,0012 Δt
- M to masa wody, kg,
- Ke - ilość zmagazynowanej energii, kW,
- Δt - różnica temperatur pomiędzy podgrzanym płynem chłodzącym a schłodzonym w układzie, °C,
- 0,0012 to pojemność cieplna wody, kW/kg °C.
Podstawiając dane wejściowe do formuły otrzymujemy:
100 / 0,0012 (90-70) = 4166 kg lub około 4 m³.
Jednak tak duże pojemności są rzadko wykorzystywane w praktyce. Dlatego w celu obniżenia kosztów ich montażu i konserwacji można skrócić czas przestoju o połowę, a poziom chłodzenia chłodziwa obniżyć do akceptowalnego 50 0 C. Następnie, aby utrzymać komfortowe ciepło w domu o dobrej izolacji termicznej, wystarczy pojemność 1000 litrów.
Przydatne wideo
Funkcje połączenia
Schemat podłączenia zbiornika akumulacyjnego ciepła zależy od jego cech konstrukcyjnych, poziomu złożoności systemu grzewczego, podłączonych odbiorców i ogólnego oddzielenia. Jednak w najprostszym przypadku, gdy montowany jest pusty bufor wymiany ciepła, który ma tylko 2 pary rur wlotowych i wylotowych - od dołu i od góry - stosuje się standardowy schemat
Przyjmuje te same wartości ciśnienia i obiegu tego samego chłodziwa w obwodzie urządzenia i odbiorników. Aby wyregulować temperaturę i wydajność w obwodzie na przewodach powrotnych - przed zbiornikiem i za nim przed jednostką - instalowana jest po jednej pompie obiegowej.
Czasami do obwodu dodaje się parę zaworów 3-drogowych mieszających zimne i gorące strumienie, aby dostosować poziom ogrzewania. W jednym przypadku przegrzanie odbiornika jest wykluczone, w drugim zapobiega się przechłodzeniu obwodu wymiany ciepła urządzenia i szkodliwym skutkom tworzenia się kondensatu.
Przydatne wideo
Podsumowanie
Zasobnik ciepła to specjalny izolowany termicznie zbiornik, bezpośrednio podłączony do obiegu wymiany ciepła kotła i zapewniający akumulację ciepła, a następnie jego równomierny powrót do systemu grzewczego. Działa na zasadzie akumulacji, zatrzymywania, a następnie dystrybucji energii cieplnej do odbiorców. Jego główne funkcje:
- Utrzymanie roboczego poziomu ogrzewania chłodziwa w okresie bezczynności kotła.
- Obniżenie kosztów energii.
- Wydłużenie okresu pomiędzy cyklami pracy jednostki.
- Rozruch, konserwacja kotła w dogodnym dla użytkownika czasie i zużycie energii.
Jednocześnie akumulator ciepła do kotła ma następujące główne zalety - oszczędności, ochronę przed przegrzaniem, podłączenie dodatkowych źródeł ciepła, dostarczanie ciepłej wody; wady - bezwładność, zajmuje dużo miejsca, wysoki koszt. Dzieli się na 4 typy - buforowe, z dolną i górną wężownicą, z wbudowanym kotłem.
Przy wyborze bierze się pod uwagę szereg parametrów - pojemność, materiał korpusu, wymiary, wagę, ciśnienie projektowe, funkcjonalność, liczbę wymienników ciepła, jakość izolacji. Ponadto przed zakupem zbiornika ważne jest prawidłowe obliczenie jego pojemności, która zależy od powierzchni domu, specyfiki systemu i wyposażenia.
