Требования к бесперебойнику
Чтобы узнать, какой бесперебойный агрегат подойдет к газовому котлу, заранее нужно определиться с требованиями, которые предъявляются к устройству. Поможет знакомство с основными показателями ИБП, характеризующими эффективность его работы. Некоторые из них:
- Активная и полная (с учетом реактивной составляющей) мощность, определяемая как произведение напряжения питания на силу тока в нагрузке.
- Коэффициент гармонических искажений, указывающий на качество выходного напряжения – на отклонение формы синусоиды от идеального вида.
- Наличие внешнего аккумулятора, позволяющего не прерывать работу котла при полном отсутствии сетевого питания в течение нескольких часов.
- Длительность функционирования в автономном режиме.
- Границы допустимых колебаний входного напряжения в Вольтах.
Длительность работы от АКБ зависит в большей степени от его емкости.
Когда по условиям эксплуатации котельного оборудования предполагаются длительные перерывы в энергоснабжении, следует предусмотреть возможность подключения дополнительных батарей. Также желательно, чтобы приобретаемый прибор обладал функцией автоматического отслеживания состояния электросети и восстановления нормального режима питания.
Расчет объема буферной емкости котла
Самым оптимальным решением этой задачи станет поручение ее выполнения инженерам-теплотехникам. Расчет объема теплоаккумулятора для всей системы отопления частного дома требует учитывать различные факторы, известные только им. Несмотря на это, предварительные подсчеты можно сделать самостоятельно. Для этого кроме общих знаний физики и математики понадобятся калькулятор и чистый лист бумаги.
Находим следующие данные
- мощность котла, кВт;
- время активного горения топлива;
- тепловая мощность обогрева дома, кВт;
- КПД котла;
- температуры в трубе подачи и «обратке».
Рассмотрим пример предварительного расчета. Обогреваемая площадь — 200 м2, время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Расчетная тепловая мощность обогреваемых помещений – 10 кВт. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.
Делаем расчет буферной емкости твердотопливного котла по теплоемкости воды
m=Q/1,163×∆t где: m – масса воды в емкости (кг); Q – количество тепла (Вт); ∆t – разность температуры воды в трубе подачи и «обратке» (°С); 1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).
Расчет буферной емкости твердотопливного котла
Подставив цифры в формулу получим 1375 кг воды или 1,4 м3 (80000/1,163×50). Таким образом для системы отопления дома площадью 200 м2 надо установить ТА емкостью 1,4 м3. Зная эту цифру можно смело идти в магазин и смотреть, какой теплоаккумулятор приемлем.
Габариты, цена, комплектация, производитель уже легко определяемы. Сопоставляя известные факторы не трудно сделать предварительный выбор теплового аккумулятора для дома. Такой расчет актуален в случае, когда дом построен, система отопления уже смонтирована. Результат расчета покажет, нужно ли разбирать дверные проемы из-за габаритов ТА. Оценив возможность его установки на постоянное место, делается окончательный расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла, установленного в системе.
Собрав данные по системе отопления выполняем вычисления по формуле
W = m×c×∆t (1) где: W – количество необходимого тепла для нагрева теплоносителя; m – масса воды; c – теплоемкость; ∆t – температура подогрева воды;
Кроме этого понадобится значение k – КПД котла.
Из формулы (1) находим массу: m = W/(c×∆t) (2)
Поскольку КПД котла известен, уточняем формулу (1) и получаем W = m×c×∆t×k (3) откуда находим уточненную массу воды m = W/(c×∆t×k) (4)
Рассмотрим, как рассчитать теплоаккумулятор для дома. В системе отопления установлен котел мощностью 20 кВт (указана в паспортных данных). Топливная закладка прогорает за 2,5 часа. Для отопления дома нужно 8,5 кВт/1 час энергии. Значит, за время прогорания одной закладки будет получено 20×2,5 = 50 кВт
На отопление помещений будет израсходовано 8,5×2,5 = 21,5 кВт
Лишнее произведенное тепло 50 – 21,5 = 28,5 кВт сохраняется в ТА.
Температура, на которую нагревается теплоноситель составляет 35° С. (Разность температур в трубе подачи и «обратки». Определяется замером во время работы системы отопления). Подставляя искомые значения в формулу (4) получаем 28500/(0,8×1,163×35) = 874,5 кг
Эта цифра означает, что для сохранения тепла, выработанного котлом необходимо иметь 875 кг теплоносителя. Для этого понадобится буферная емкость для всей системы объемом 0,875 м3. Такие облегченные расчеты позволяют легко выбрать теплоаккумулятор для котлов отопления.
Конструкция и принцип работы
Как уже отмечалось ранее, подобного рода оборудование имеет массу схожих черт с обычными печами. Вместе с тем, есть и масса отличий, все они преимущественно касаются способа теплоотдачи в дом. Итак, ниже приведены основные составляющие классического котла на твердом топливе.
- Бокс, в котором сжигается твердое топливо. Он оборудуется специальными колосниками, которые предназначаются для подачи необходимого количества воздуха.
- Необходимое число дроссельных заслонок, которые будут перекрывать каналы после того, как угаснет пламя, и контролировать силу воздушной тяги.
- Резервуар для воды. Вода будет служить теплоносителем в нашей отопительной системе. Также это может быть трубчатый теплообменник.
- И куда же без дымохода. Он предназначен для создания тяги, необходимой для вывода продуктов горения твердого топлива наружу.
Также желательно использовать в отопительной системе специальные термоаккумуляторы, которые необходимы для равномерного распределения тепла по всей площади отапливаемого помещения. Это еще одна металлическая емкость определенного размера, которая монтируется на твердотопливный котел своими руками и занимается накоплением тепловой энергии во время активной топки. Когда топка временно прекращается, теплоноситель начинает циркулировать по магистралям и нагнетать воздух.
Еще один «бонусный» резервуар, который устанавливается над термоаккумулятором и представляет собой накопитель горячей воды, предназначенной для хозяйственных нужд. Это отнюдь не обязательная составляющая отопительной системы – она необходима больше для того, чтобы создать на даче максимально комфортные условия для жизни.
До того как приступить непосредственно к работе, составьте точные чертежи как самого котла, так и всей отопительной системы. Но для того чтобы площадь жилого помещения использовалась максимально рационально, к каждой отопительной системе требуется сугубо индивидуальный подход.
Важно! Не так давно для облегчения нашей жизни были разработаны автоматические котлы на твердом топливе
Схема обвязки ТТ котла с естественной циркуляцией
Перебои с электричеством в нашей стране нередки, причем обычно они случаются в самую плохую погоду. Поэтому во многих селах и деревнях предпочитают делать системы отопления с естественной циркуляцией — гравитационные. Они работают независимо от наличия электроэнергии, так что дом без тепла не останется.
Подключение котла на твердом топливе в гравитационную систему отопления
Приведенная на схеме обвязка твердотопливного котла для гравитационной системы — самый простой из возможных вариантов. В системе обязательно наличие расширительного бака. Он необходим для компенсации теплового расширения: во время нагрева объем теплоносителя увеличивается, и он вытесняется в расширительный бак. В системах с естественной циркуляцией расширительный бак ставят открытого типа. Это обычная емкость, в которой находится некоторое количество теплоносителя (около половины объема или меньше). Чтобы теплоноситель меньше испарялся, на бак ставят крышку. А чтобы одновременно еще и отводить воздух из системы, поднимают его в самую высокую точку системы.
Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией
В системах этого типа теплоноситель движется благодаря уклону труб. Для обеспечения циркуляции котел должен находиться в самой нижней точке, все отопительные приборы — выше него. Кроме этого, приходится использовать трубы большого сечения — чтобы снизить сопротивление при движении теплоносителя.
От котла труба поднимается вверх, затем, постепенно понижаясь, труба подачи обходит все отопительные приборы. Обратка подключается с обратным уклоном — к котлу. Работает схема так: нагретый теплоноситель за счет высокой температуры поднимается вверх по вертикальной трубе, с небольшим уклоном идет подача (немного выше уровня радиаторов). Эта часть называется разгонная петля. Далее по наклонной трубе подачи, за счет силы гравитации и набранной скорости, обходит все отопительные приборы.
Основной принцип работы естественной циркуляции — перепад высот и разница температур
Проходя по трубам и радиаторам теплоноситель остывает. Остывший теплоноситель имеет большую массу, чем горячий. Более холодный теплоноситель стремится вниз, создавая давление. За счет этого и происходит циркуляция — нагретый теплоноситель стремится вверх, холодный — вниз. Но система работает только при правильно подобранном диаметре труб и их уклоне.
Что еще необходимо
В приведенной выше схеме есть масса недостатков:
Нет предохранительного клапана — это устройство ставят на выходе котла. С его помощью происходит сброс лишнего теплоносителя при его закипании. Если этот клапан не установить, возможен разрыв труб, радиаторов, теплообменника, расширительного бака (если он закрытого типа).
- Нет воздухоотводчика. Если система открытого типа (расширительный бак в этом случае просто емкость с крышкой), воздух может выходить через расширительный бак. Но при разветвленной системе необходимы дополнительные устройства для отведения воздуха на радиаторах.
Указанные два устройства обязательны, но еще желателен манометр и термометр. Они нужны для контроля за системой. Термометров желательно иметь два — на выходе и на входе котла. Чтобы можно было оценить эффективность работы системы, подстроить и отрегулировать теплоотдачу радиаторов.
Недостатки
Основное достоинство гравитационной схемы обвязки твердотопливного котла — независимость от наличия электроэнергии. Недостатков намного больше:
Невысокая эффективность и невозможность регулировки. Скорость движения теплоносителя в таких системах невысокая. Поэтому добиться высокой эффективности не получается. Регулировать ее тоже нет возможности. Так что подстроиться под погодные условия невозможно.
- Каждый раз когда система разогревается ( утром, например), температура теплоносителя в обратке очень низкая. Из-за этого образуется конденсат, разъедающий теплообменник. И бороться с этим нет возможности.
- Неэстетичность исполнения. Для обеспечения циркуляции трубы подачи должны располагаться выше радиаторов. Обвязка твердотопливного котла в гравитационной системе делается трубой 32 мм или более. Иногда подачу тянут над ними — на уровне метра (или чуть выше) от пола, иногда — пускают под потолком. А трубы имеют немалый диаметр, так что вид тот еще.
Все эти недостатки приводят к тому, что системы отопления с естественной циркуляцией делают все реже. Люди предпочитают сделать резервированное электропитание (поставить аккумуляторные батареи или/и генератор) и иметь более удобную и регулируемую систему отопления.
Использование теплоаккумуляторов
- Белый цвет означает, что в топку подается чересчур большой объем воздуха и значительная часть тепла, которое могло бы быть усвоено, вылетает вместе с ним в дымоход.
- Желтый цвет говорит о том, что топливо сгорает в оптимальном режиме: КПД котла в это время является максимальным, а выхлоп – наиболее экологичным. Котел проектируется так, чтобы на номинальной мощности он работал именно в таком режиме.
- Красный цвет говорит о недостатке кислорода: топливо горит дольше и с меньшей теплоотдачей, но КПД при этом сильно падает, а в выхлопе содержится много тяжелых углеводородных радикалов (недоокисленные части молекул топлива) и большое количество угарного газа.
Приобретая котел, мы подбираем его мощность в расчете на самую низкую температуру, которая может наблюдаться в нашем регионе. И в сильный мороз отопитель работает на номинальной мощности, при которой топливо сгорает в оптимальном режиме. Но экстремальные холода царствуют недолго, и в остальное время заслонку приходится перекрывать, уменьшая теплоотдачу. При этом режим горения превращается из оптимального в наименее выгодный.
Владельцам русских печей такая проблема не знакома: данный агрегат всегда протапливается в оптимальном режиме, а избыток тепла накапливается кирпичным массивом и затем в течение долгого времени постепенно отдается в помещение.
Хорошо бы такую тактику применить и для стального или чугунного котла, но стенки таких приборов не обладают достаточной теплоемкостью. Остается только одно: создать и подключить к котлу отдельное устройство, способное аккумулировать тепло.
Теплоаккумулятор для котла отопления
Попутно уменьшается объем угарного газа в выбросах, а подкладывать дрова или уголь нужно будет гораздо реже. При этом возможность перегрева и закипания теплоносителя в теплообменнике котла почти полностью исключается.
Не помешает теплоаккумулятор и владельцу электрического котла. Ночью, как известно, электроэнергия стоит в 3 раза дешевле, чем днем. При наличии теплоаккумулятора можно перейти на дифференцированный тариф и пользоваться электрокотлом только ночью.
Виды тепловых аккумуляторов
В зависимости от конструкционных особенностей:
- пустотелые резервуары (не оснащены внутренними теплообменниками);
- имеющие 1 или 2 змеевика – такие экземпляры усиливают потенциал системы;
- со встроенными баками.
Пустотелые агрегаты – это самые простые решения, они обслуживают системы с уже обустроенными инструментами горячего водоснабжения.
В бойлерах, оснащенных змеевиками, верхний из них нужен для сбора тепловой энергии, а нижний осуществляет прогревание непосредственно емкости. Затраты на приобретение и установку здесь вполне оправданы: пользователи круглосуточно получают доступ к горячей воде, функционал отопительной системы становится гораздо более эффективным.
Модули, имеющие внутренние бойлеры, как и предыдущий вариант, не только собирают излишки выработанного тепла, но и поставляют необходимую для решения бытовых задач горячую воду. Для изготовления внутренней емкости используют легированную сталь, минимальный целесообразный объем – 150 л. Агрегат может использоваться как с дровяными, так и с электрическими и газовыми котлами, он успешно внедряется в закрытые и открытые системы.
Тепловые аккумуляторы для работы с электрическими котлами, размещают в непосредственной близости к ключевому оборудованию
Такие модели полностью окупаются за 2-5 лет. Чтобы уменьшить расходы, связанные с оплатой энергоресурса, специалисты рекомендуют перейти в режим ступенчатой тарификации.
В этом случае будут установлены временные рамки, в пределах которых расценки на электричество станут минимальными. В подобных условиях благодаря наличию в отопительной системе вместительного бойлера можно будет использовать котел в льготные часы, накапливая излишки тепла и расходуя их тогда, когда невыгодно включать нагревательный элемент.
В обычных твердотопливных котлах сложно настроить точный уровень генерации тепла в соответствии с текущими потребностями, здесь резервуары выполняют роль буфера, позволяющего получать пользу в моменты возникновения избыточной энергии, сохраняя и направляя ее в радиаторы в периоды простоя.
Загородные домовладения все чаще оснащают солнечными коллекторами, позволяющими использовать в решении повседневных задач бесплатные природные ресурсы. Такие системы стоят дорого, требуют тщательного расчета, и для их полноценной эксплуатации необходимы усовершенствованные тепловые аккумуляторы. Неравномерное поступление солнечной энергии ввиду смены времени суток и погоды, сезонности компенсируется возможностью сохранения излишков.
Вопрос установки теплоаккумулятора особенно актуален в том случае, если отопление и горячее водоснабжение полностью базируется на этом источнике. Гелиоколлекторы, установленные на южной стороне, получают максимальный объем лучей и направляют их преобразованный эквивалент в инженерные системы дома.
Буферные резервуары здесь работают также, как и с твердотопливными котлами – сохраняют и равномерно распределяют тепловую энергию, расширяют возможности ее использования.
Инструкция по изготовлению
Когда есть всё необходимое (материал и инструмент), остается лишь собрать котел в такой последовательности:
- Берем 2 бочки с разным диаметром, толщиной стенок не менее 4 мм;
- Болгаркой вырезаем отверстия под зольник и водяной контейнер;
- Устанавливаем один цилиндр меньшего диаметра во внутрь другого;
- Привариваем крышку над ними, зольник, топку;
- Закрываем дверцу;
- Привариваем водопроводные трубы, патрубок для обратного клапана (сброса давления);
- Внутри печи монтируем решетку;
- Делаем отверстие под дымоход;
- Устанавливаем трубу;
- Проверяем герметичность.
Когда в котле отсутствуют течи, он подсоединяется к системе отопления и водопроводной сети.
После установки котла своими руками в систему отопления нужно проверить корректность его работы. Правильно собранное устройство будет нагревать теплоноситель (воду или масло) в процессе сжигания топлива. Если он плохо это делает, то следует проверить наличие воздушных пробок в сети отопления, понизить давления паров за счет их сброса.
В любом случае нужно понимать принцип работы такого рода котла, чтобы не было эксцессов и проблем в процессе его эксплуатации.
Расчет объема теплоаккумулятора
Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла позволяет нарисовать схему наиболее подходящего для конкретной ситуации накопителя тепла. Он начинается с определения следующих показателей:
- Количества тепла, необходимого для отопления дома.
- Продолжительности простоя котла.
Например, есть дом с площадью в 200 кв. м. Для его отопления, а также для ГВС с косвенным бойлером на 50 л нужно создавать 33 кВт/час тепла. Если котел будет простаивать 6 часов, то теплоаккумулятор должен отдать за это время 33*6 = 198 кВт. Соответственно, до выключения котла он должен накопить такое количество тепла.
Еще один момент: по системе отопления может циркулировать теплоноситель с температурой 65, 70 или 85 °С. Этот показатель может быть разным. Пусть в схему радиаторов будет поступать вода, нагретая до 70 °С. Из котла же может поступать вода, нагретая до 110 °С. Пусть ее температура будет составлять 95 °С. Такую же температуру будет иметь нагретая вода в теплоаккумуляторе. Разница температур составляет 25 °С .
При охлаждении до такой температуры 1 л воды потеряет 0,0012*1*25 = 0,03 кВт. Цифра 0,0012 является удельной емкостью воды, выраженной в кВт/(кг*°С). Цифра 1 — это вес 1 л воды. Чтобы накопитель тепла смог отдать 198 кВт, нужно, чтобы его объем составлял 198/0,03 = 6 600 л. Это составляет 6,6 куб м. Такой объем имеет цилиндр с высотой 2,5 м и диаметром 1,8 м.
Основные типы конструкций теплоаккумуляторов
Принципиально различия между основными схемами компоновки устройств заключаются во внутреннем строении бака. В остальном это большой объемный бак вертикальной ориентации. Чаще всего используется именно вертикальная цилиндрическая схема, такое расположение позволяет проще организовывать подключение потребителей и дифференцировать объем по температуре теплоносителя.
Самым простым считается накопитель с прямым подключением контуров. В цилиндр бака на разной высоте подключены контур нагрева теплоносителя и контур конечных приборов отопления.
Эта схема применяется в системах, где используется один тип теплоносителя и нет необходимости разделять контуры котла и приборов отопления. Такие буферные емкости рассчитаны на рабочее давление системы и чаще всего имеют в качестве группы безопасности простой механический клапан. Температура в таком бае может достигать 95 градусов.
Модель со встроенным теплообменником значительно расширяет возможности системы. Чаще всего применяется нижнее расположение теплообменника, выполненного в виде спирали из нержавейки. Для увеличения площади нагрева может использоваться вместо обычной гладкой трубы гофрированная труба. В зависимости от объема системы может быть несколько теплообменников, переключение потока между ними осуществляется при помощи клапанной группы, расположенной за пределами бака.
Эта схема обеспечивает функционирование системы отопления, в которой давление в контуре котла намного выше, чем в контуре емкости и радиаторах отопления. Кроме этого, она обеспечивает использование дополнительных источников энергии, например, солнечной установки. Еще одним вариантом применения накопителя с теплообменником выступает использование разных по типу теплоносителей в котле и контурах батарей.
Буферная емкость, дополненная теплообменником во всю высоту или вторым теплообменником в верхней части нашла свое применение в системе, обеспечивающей горячее теплоснабжение дома. Холодная вода через нижнее подключение поднимается и таким образом нагревается до приемлемой температуры. Этот вариант подходит для помещений со стабильным показателем потребления горячей воды. Температура нагрева составляет 60 градусов, что соответствует нормам горячего водоснабжения.
Самым сложным вариантом накопителя выступает модель со встроенным резервуаром для горячей воды. Такие схемы чаще всего используются в накопителях большого размера, поскольку емкость для горячего водоснабжения выбирается объемом 80-100 литров, а для поддержания температуры на уровне 50-60 градусов дополнительный объем должен быть не меньше 800 литров.
Однако такая схема имеет и большой минус – для нормального функционирования пользование горячей водой и пик выработки тепловой энергии должны быть разнесены по времени, или же забор горячей воды должен быть минимальным.
Использование теплоаккумулятора в разных системах обогрева
Схема ГВС
Теплоаккумуляторы эффективно показывают себя при использовании в самых разнообразных системах обогрева. При этом в каждом случае подобный накопитель позволяет существенно сэкономить на отоплении.
Чаще всего тепловыми аккумуляторами комплектуются системы твердотопливного обогрева. Установка будет способствовать более экономичному расходу топлива и эффективному обогреву, а также предотвратит преждевременный износ отопительных радиаторов.
Не лишним будет тепловой аккумулятор и в системе электрического отопления, в особенности в регионах с двойным тарифом за электричество. Ночью, когда электроэнергия продается потребителю по более доступной стоимости, аккумулятор будет накапливать тепло. Днем же можно будет на некоторое время выключить котел и топить силами теплоаккумулятора.
Используются накопители и в многоконтурных отопительных системах. Благодаря ним обеспечивается распределение теплоносителя между контурами. Монтаж патрубков может быть выполнен на разной высоте, что позволит получать воду, нагретую до разной температуры.
Расчет объема теплонакопителя
Слишком малый объем неэффективен, большой нецелесообразен с точки зрения затрат и потери полезной площади помещения. Точный расчет выполнить невозможно ввиду отсутствия информации о теплопотери здания, особенно, если оно находится в стадии проектирования.
Однако есть возможность рассчитать максимально приближенно. В качестве исходных данных служит мощность котла и суммарная площадь всех отапливаемых помещений. Расчеты производятся следующим образом:
- Мощность нагревателя в киловаттах находится в прямой зависимости с площадью. 1КВт способен обогреть 10 м2. Если дом 120 м2, то котел должен выдавать 12 КВт. Необходимо заложить запас, чтобы оборудование не работало на предельной нагрузке (средний коэффициент – 1,5). Получается, нужно устанавливать котел 18 КВт.
- Пренебрегая объемом жидкости в трубах и радиаторах, принимается, что каждый киловатт мощности расходуется на разогрев 25 л. теплоносителя в теплоакуумуляторе. Перемножив две величины, получаем 450 л. Эта величина не предельная, ведь на прошлом шаге был заложен запас мощности 50%.
Заложенного запаса хватит на самую холодную зиму. Оборудование будет работать не на пределе возможности, а значит, прослужит долго.
Расчет по формуле
Существует множество сложных математических формул, позволяющих произвести вычисления
Самая простая 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.
Обвязка с теплоаккумулятором
Чтобы твердотопливный агрегат работал в оптимальном режиме и его КПД приближался к паспортным значениям, необходимо использовать буферную емкость, которая служит аккумулятором излишков тепловой энергии, остающихся после нагревания теплоносителя в отопительном контуре до рабочих температур.
Если котел на дровах или угле работает без теплоаккумулятора, тягу приходится уменьшать, чтобы дрова не горели слишком жарко и теплоноситель не перегревался. Но из-за недостатка кислорода образуется повышенное количество угарного газа, который попадает в атмосферу. В передовых европейских странах по этой причине запрещается эксплуатировать твердотопливные обогреватели без монтажа буферной емкости.
Установка теплоаккумулятора имеет и еще одно преимущество: топливо, сгорающее при оптимальной подаче кислорода, отдает максимум тепловой энергии, и ее излишки не улетают в дымовую трубу, а накапливаются в буферной емкости. Это позволяет поддерживать высокую температуру теплоносителя в контуре отопления в течение нескольких часов после прогорания закладки топлива.
Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором предусматривает подсоединение буферной емкости следующим образом:
Чтобы управлять температурой теплоносителя, который подается в радиаторы, предусмотрена установка второго трехходового клапана и второго циркуляционного насоса на линии подачи после подключенного к системе бака-теплоаккумулятора.
Время остывания теплоносителя в системе с теплоаккумулятором после затухания котла зависит от объема резервуара и температуры нагрева. Для частного дома площадью 150-200 кв. м требуется буферная емкость объемом от 1 куб. м. Можно приобрести готовый теплоаккумулятор подходящего объема или изготовить его самостоятельно – он представляет собой прямоугольную или цилиндрическую емкость из стального листа, снабженную надежной теплоизоляцией.
Создаем теплоаккумулятор своими руками
На рисунке-схеме показан самый распространенный вариант подключения теплового аккумулятора в систему автономного отопления.
На первый взгляд сложно в конструкции накопительного бака ничего нет. Большая стальная емкость, в которую помещены змеевики. Однако сложность работы в домашних условиях кроется именно в тонкостях и в нюансах.
Этап первый — теоретический
Начинать работу следует с поиска необходимой емкости. Потребуется резервуар достаточно большой вместимости и объема. Чем больше, тем лучше. Конечно, не стоит вдаваться в крайности и гнаться за огромными размерами вашего будущего детища. В противном случае, вы встанете перед проблемой, как втиснуть громоздкое устройство внутрь котельного помещения.
На данном этапе помимо поиска и подбора, соответствующих комплектующих и деталей конструкции, придется заняться теоретическими расчетами для определения оптимального в данном случае объема бака. Расчёт емкости теплоаккумулятора для домашнего твердотопливного котла поможет вам в дальнейшем разобраться с размещением агрегата в котельной, подскажет каким образом осуществить обвязку оборудования. Для начала определим объем емкости самым простым способом, в котором ключевое место занимают физические законы.
Располагая исходными данными:
- тепловая мощность, необходимая для обогрева жилых помещений дома;
- промежуток времени, в течение которого твердотопливный котел будет остановлен и его место в снабжении системы отопления горячей водой займет теплоаккумулятор.
Дальнейшие действия рассмотрим на примере:
Площадь дома примерно 100 м2, твердотопливный котел простаивает в ночное время 5 часов. Берем среднюю тепловую мощность для обогрева дома в 10 кВт.
Исходя из этого, ясно, что тепловой аккумулятор должен выдавать в систему до 10кВт тепловой энергии. За все время простоя нагревательного агрегата это значение составит 50 кВт. Эти расчеты проводятся с учетом того, что вода в накопительной емкости нагрета до температуры 90 0С. а в отопительном контуре не более 60 0С. Разница температур составляет 30 градусов. Исходные данные подставляем в формулу:
Q = cmΔt Если нам интересно количество воды, которая должна поступать в бак, то формула примет иной вид m = Q / c Δt, где:
Q — расход тепловой энергии, требуемый для обогрева дома плоащадью 100 м2 (в нашем случае 50 кВт);
c — удельная теплоемкость воды 4.187 кДж/кг. (0,0012 кВт/кг)
Δt – разность между температурой котловой воды в емкости и в радиаторах отопления (300С)
Получаем 50 /0,0012 х 30 = 1,388 кг, что означает, ориентировочный объем бака для теплоаккумулятора должен составлять 1,4 м3. Соответственно тепловой накопитель для вашего твердотопливного агрегата должен быть не меньше 1,4 куб. метров.
Этап второй — технологический
Сделав необходимый расчет, занимайтесь подбором соответствующей емкости. В качестве основного корпуса можно использовать баки для подогрева воды, используемые в столовых и предприятиях общественного питания. Обычно такие приспособления изготавливаются из нержавеющей стали. Если вам не удалось найти подобные предметы, используйте для своих целей любые стальные емкости, желательно с крышкой. При одном условии: стенка резервуара не должна быть тонкой (минимум 4-5 мм).
Более перспективный вариант — металлическая бочка. Для установки в загородном доме оптимальный объем емкости – 1000 литров. Большие резервуары, более 5 м3 необходимо оснастить ребрами жесткости. Грамотная установка и расположение бака позволят в дальнейшем, при возросшей металлоемкости, занять агрегату необходимую устойчивость. Для простоты изготовления бака с нуля, выбирайте прямоугольную форму.
В случае работы с бочкой, нужно врезать в корпус патрубки, по количеству змеевиков. Змеевики делаются из стальных водопроводных труб. В данном случае необходимо создать как можно большую поверхностную площадь, через которую будет происходить отъем тепловой энергии. Готовые теплообменники изнутри привариваются к патрубкам. Сколько теплообменников, соответственно и столько пар патрубков, на вход и на выход.
