Схема теплоаккумулятора: Теплоаккумулятор своими руками – как сделать буферную емкость

чертежи, схема аккумулирующей емкость для отопления

В нынешние времена удорожания всех видов энергоносителей многих домовладельцев стал серьезно волновать вопрос их экономичного использования. Один из вариантов – это включение в схему отопления большой емкости с водой – теплового аккумулятора.
Но емкости заводского изготовления отличаются немалой стоимостью. В то же время некоторые домашние мастера – умельцы разобрались, как можно сделать теплоаккумулятор своими руками, что выйдет гораздо дешевле. Об этом опыте и будет рассказано в данной статье.

Содержание

Немного о назначении и конструкции

Прежде чем давать рекомендации по изготовлению этого важного узла, вкратце определимся, для чего он нужен и рассмотрим его заводскую конструкцию. Итак, аккумулирующие емкости с водой применяются в случаях периодического отопления дома, а точнее:

  • при работе электрического котла с многотарифным счетчиком, когда нагреватели могут экономно функционировать лишь в ночное время. Агрегат, работая на полную мощность, обогревает дом и накапливает тепловую энергию в баке с водой;
  • накопление теплоты необходимо и для котлов на твердом топливе, которые наоборот, останавливаются в ночное или другое время, если некому заложить в топку новую порцию дров или угля;

Агрегаты заводского изготовления представляют собой бак круглой формы, заполненный водой. В нее погружены несколько змеевиков, в них циркулирует теплоноситель котлового и других контуров отопления. Конструкция достаточно сложна в производстве и оттого недешева, в этом можно убедиться, посмотрев чертежи теплоаккумулятора.

Если попытаться взять за основу подобное устройство, чтобы самостоятельно изготовить теплоаккумулятор, то в конечном счёте он обойдется ненамного дешевле заводского. Медные или нержавеющие трубки и работа по навивке из них змеевиков, герметизация вводов и утепление отнимут у вас массу времени и денежных средств. Для домовладельцев, желающих произвести сборку и установку самодельного накопителя тепла, есть более простое решение, описанное ниже.

Расчет объема накопительного бака

Данное решение заключается в том, что теплоаккумулятор, сделанный своими руками, представляет собой обычную утепленную емкость с двумя патрубками для присоединения к системе отопления. Суть заключается в том, что котел в процессе работы частично направляет тепловой носитель в накопительный бак, когда радиаторы в этом не нуждаются. После отключения источника тепла происходит обратный процесс: работа системы отопления поддерживается водой, поступающей из аккумулятора. Для этого нужно будет правильно выполнить обвязку накопительной емкости с теплогенератором.

Первым делом надо определить объем бака для аккумуляции тепловой энергии и произвести оценку возможности его размещения в котельной. Кроме того, изготовление теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов необязательно начинать с нуля, есть различные варианты подбора готовых сосудов подходящей вместительности.

Мы предлагаем ориентировочно определить объем бака самым простым способом, основанным на законах физики. Для этого надо иметь такие исходные данные:

  • тепловая мощность, потребная на обогрев дома;
  • время, в течение которого источник тепла будет отключен и его место займет аккумулирующая емкость для отопления.

Способ расчета покажем на примере. Есть здание площадью 100 м2, где теплогенератор простаивает 5 часов в сутки. Укрупненно принимаем необходимую тепловую мощность в размере 10 кВт. Это значит, что каждый час аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт энергии, а на весь промежуток времени ее надо накопить 50 кВт. При этом вода в баке нагревается минимум до 90 ºС, а температура на подаче в системах отопления частных домов при стандартном режиме принимается равной 60 ºС. То есть, разность температур составляет 30 ºС, все эти данные мы подставляем в хорошо знакомую из курса физики формулу:

Q = cmΔt

Поскольку мы хотим узнать количество воды, что должен содержать тепловой аккумулятор, то формула принимает такой вид:

m = Q / c Δt, где:

  • Q – общий расход тепловой энергии, в примере равен 50 кВт;
  • с – удельная теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж / кг ºС или 0.0012 кВт / кг ºС;
  • Δt– разность температур воды в баке и подающем трубопроводе, для нашего примера это 30 ºС.

m= 50 / 0.0012 х 30 = 1388 кг, что занимает ориентировочный объем 1.4 м3. Итак, тепловая батарея для твердотопливного котла емкостью 1.4 м3, наполненная водой, нагретой до 90 ºС, будет обеспечивать дом площадью 100 м2 теплоносителем с температурой 60 ºС в течении 5 часов. Потом температура воды упадет ниже 60 ºС, но еще какое-то время (3—5 часов) понадобится на полную «разрядку» аккумулятора и остывание помещений.

Важно! Для того чтобы тепловой аккумулятор, изготовленный своими руками, успевал полностью «зарядиться» во время работы котла, последний должен иметь не менее чем полуторный запас по мощности. Ведь отопителю надо одновременно обогревать дом и загружать накопительный бак горячей водой.

Рекомендации по изготовлению

Если требуется сделать аккумулирующую емкость с нуля, то лучше всего для этой цели использовать обычный листовой металл толщиной 2 мм. Варить бак можно и из нержавейки, но вовсе не обязательно, так как подобный материал обойдется очень дорого. Для удобства последующего утепления и простоты изготовления емкость лучше делать прямоугольной формы. Зная объем бака, легко рассчитать его габариты в соответствии с условиями его монтажа в котельной.

Совет. Если вы хотите обеспечить совместное функционирование накопительного сосуда и самотечной системы отопления, то нужно смастерить теплоаккумулятор открытого типа, то есть, обеспечить его сообщение с атмосферой через трубку в верхней части бака. Ставить его надо выше уровня радиаторов, для чего придется дополнительно сварить подставку из стальных труб или уголков.

В некоторых случаях нет смысла варить емкость с нуля, можно сделать водяной теплоаккумулятор из бочки. Хорошо подойдет железная бочка большой вместительности, в нее потребуется врезать два патрубка для присоединения к системе. Пластмассовые бочки применять рискованно из-за высокой температуры воды, разве что на маркировке изделия будет указана максимальная температура содержимого до 100 ºС.

Такое же предостережение мы даем тем домашним умельцам, что мастерят теплоаккумуляторы из еврокуба. Конечно, это очень удобный способ, но данная пластмассовая емкость рассчитана на максимальную температуру не более 70 ºС. Поэтому еврокуб подойдет в качестве накопительного бака, работающего с теплыми полами, где температура теплоносителя редко превышает 50 ºС, для радиаторных систем он не годится.

Чем утеплить теплоаккумулятор

Даже когда бак находится в теплом помещении, то разность температур между воздушной средой и теплоносителем слишком велика – от 50 до 70 ºС. Чтобы не терять тепло и не обогревать им топочную, надо обязательно выполнять утепление теплоаккумулятора. Проще всего это сделать с помощью пенопласта толщиной 100 мм и плотностью 25 кг/м3. Его легко клеить к металлическим стенкам и вырезать отверстия под патрубки.

Сгодится для утепления и минеральная вата той же толщины, хотя крепить ее несколько сложнее. Плотность материала – 135—145 кг/м3. Для круглых баков из бочек придется использовать рулонные утеплители типа ISOVER, тут придется изрядно повозиться с крепежом, особенно в нижней части емкости.

Ниже на видео показана установка и схема теплоаккумулятора с подключением его к котлу и отопительной системе:

Статья в тему: Как сделать отопление в частном доме — подробное руководство

Заключение

Использование накопительного бака позволяет экономить топливо при работе дровяных котлов и пользоваться выгодным ночным тарифом в случае с теплогенератором электрическим. В изготовлении бак не столь уж сложен, надо только иметь некоторые навыки.

Теплоаккумулятор своими руками + Схемы и порядок установки

Для большинства любая отопительная система состоит из трех основных частей:

  1. Радиаторов отопления
  2. Трубных магистралей
  3. Отопительного прибора или котла

Однако современные системы могут оснащаться множеством других полезных устройств, одним из которых является тепловой аккумулятор. С его помощью удается накапливать тот избыток энергии, который вырабатывается в котле и расходуется совершенно напрасно.

теплоаккумулятор своими рукамитеплоаккумулятор своими руками

Содержание статьи:

Большинство моделей представляют собой не что иное, как стальной бак, оснащенный несколькими нижними и верхними патрубками. К первым подключаются источники тепла, ко вторым – потребители. Внутри него располагается жидкость, которую можно использовать в желаемых целях. Изготовить теплоаккумулятор своими руками не составит труда – достаточно времени, рабочих материалов с инструментом и желания.

Вводное видео по установке

Принцип работы

В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:

  • Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
  • Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
  • Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой

схема отопительной системы с тепловым аккумуляторомсхема отопительной системы с тепловым аккумулятором

Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.

расширительный бакрасширительный бак

Функции, которые выполняет теплоаккумулятор

Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:

  1. Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
  2. Стабилизируют температурный режим в помещениях
  3. Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
  4. Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
  5. Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом

Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:

  • Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
  • Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной

В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками

Простой тепловой аккумулятор

Самый простейший теплоаккумулятор своими руками можно изготовить, основываясь на принципе работы термоса – он за счет своих непроводящих тепло стенок не позволяет жидкости остывать на протяжении продолжительного временного периода.

Для работы необходимо подготовить:

  • Бак желаемой емкости (от 150 л)
  • Теплоизоляционный материал
  • Скотч
  • Тэны или медные трубки
  • Бетонную плиту

Вначале очередь следует подумать над тем, что будет представлять собой непосредственно бак. Как правило, используют любую имеющуюся под руками металлическую бочку. Объем ее каждый определяет индивидуально, но брать емкость менее 150 л не имеет практического смысла.

тепловой аккумулятор схема работытепловой аккумулятор схема работы

Выбранную бочку необходимо привести в порядок. Ее следует почистить, удалить изнутри пыль и прочий мусор, обработать участки, на которых начала образовываться коррозия.

Затем готовится утеплитель, которым будет оборачиваться бочка. Он будет отвечать за то, чтоб тепло как можно дольше сохранялось внутри. Для самодельной конструкции прекрасно подойдет вата минеральная. Окутав с внешней стороны емкость, необходимо ее хорошенько обмотать скотчем. Дополнительно поверхность накрывают листовым металлом или окутывают фольгированной пленкой.

Для того, чтобы вода внутри подогревалась, необходимо выбрать один из вариантов:

  1. Установка электрических тэнов
  2. Установка змеевика, по которому будет пускаться теплоноситель

схема подключения теплового аккумуляторасхема подключения теплового аккумулятора

Первый вариант достаточно сложен и не безопасен, поэтому от него отказываются. Змеевик же можно соорудить самостоятельно из медной трубки диаметром 2-3 см и длиной около 8-15 м. Из нее сгибается спираль и помещается в внутрь.

В изготавливаемой модели тепловым аккумулятором является верхняя часть бочки – из нее необходимо пустить отводной патрубок. Снизу устанавливается еще один патрубок – вводной, через который будет поступать холодная вода. Следует их оснастить кранами.

Простое устройство готово к использованию, но перед этим предстоит решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Располагать такую установку рекомендуется исключительно на бетонной плите, по возможности отгородив стенками.

Как подключить

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

подробная схема подключения теплового аккумулятораподробная схема подключения теплового аккумулятора

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

  1. Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
  2. Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
  3. Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
  4. Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

счетчиксчетчик

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

схема с подключения вместе с коллекторомсхема с подключения вместе с коллектором

  • Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
  • Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
  • Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
  • Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
  • Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.

Теплоаккумуляторы для котла отопления своими руками: изготовление, схема, расчет

Содержание статьи:

Современная система отопления должна не только поддерживать комфортный уровень температуры во время работы котла, но и после этого. Снижение температуры теплоносителя в трубах происходит относительно быстро, поэтому необходимо установить дополнительные устройства. Лучше всего себя в этом плане зарекомендовала система отопления с теплоаккумулятором своими руками: схема, расчет, подключение которой можно сделать практически для любого автономного комплекса.

Принцип работы теплоаккумулятора

Теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор представляет собой большую емкость, заполненную водой. Она нагревается от системы отопления прямым или косвенным образом. В результате этого температура воды повышается до максимального значения. Когда перестает работать котел происходит обратный процесс – энергия от нагретой воды передается теплоносителю.

Для выполнения этой задачи подключение к системе отопления теплоаккумулятора должно выполняться на максимально близком расстоянии от выходного патрубка котла. Кроме этого предъявляются следующие требования к конструкции:

  • Правильно рассчитать объем. Он напрямую зависит от площади отапливаемого помещения;
  • Теплоизоляция стенок. Это необходимо для уменьшения тепловых потерь, чтобы обеспечить максимальную теплоемкость;
  • Возможность дополнительной функции горячего водоснабжения (ГВС).

Подобная система отопления с теплоаккумулятором может обеспечить уменьшение расхода топлива до 30%.

Значительно повышается уровень комфорта, выражающийся в поддержании оптимальной температуры долгое время даже при неработающем котле.

Однако перед планированием изготовления и установки теплоаккумулятора следует учитывать такие негативные факторы:

  • Уменьшение КПД. Так как часть энергии от теплоносителя будет расходоваться на нагрев воды, то температура в радиаторах будет ниже, чем без теплоаккумулятора;
  • Эффективный самодельный теплоаккумулятор отопления актуально устанавливать только для систем с высоким температурным режимом работы – от 80/60. В противном случае потери тепла за счет нагрева воды значительно уменьшат степень нагрева воздуха в комнатах;
  • Большой объем емкости. Для аккумулирования достаточной энергии следует выбирать теплоаккумуляторы большой вместительности. Только так их работа будет по-настоящему эффективной.

Перед самостоятельным изготовлением необходимо сначала определиться с оптимальной конструкцией.

Обзор моделей

Заводской теплоаккумулятор

Заводской теплоаккумулятор

В качестве основы для самодельного теплоаккумулятора отопления можно рассмотреть стандартную заводскую модель. Она представляет собой емкость с несколькими патрубками для подключения. Внутри находится трубопровод в виде спирали, по которому протекает теплоноситель. Материал изготовления трубы – медь или оцинкованная сталь.

Для повышения эффективности работы в конструкции предусмотрен дополнительный нагревающий элемент – электрический ТЭН.

Он служит в качестве альтернативного источника тепловой энергии для поддержания температуры воды в емкости на нужном уровне. Особо следует обратить внимание на конструкцию, а в частности – на обеспечение максимальной теплоизоляции. Она состоит из двух стенок, между которыми располагается слой утеплителя. Чаще всего это базальтовая вата. В результате подобный теплоаккумулятор для котлов отопления имеет следующие положительные качества.

  • Равномерный нагрев воды по общему объему;
  • Возможность функционирования систем отопления с помощью ТЭНа даже при не работающем котле;
  • Минимальные тепловые потери от стенок корпуса.

Однако стоимость такой конструкции высока, а ее самостоятельное изготовление проблематично из-за сложности. Поэтому чаще всего применяется другая схема отопления с теплоаккумулятором.

В данном случае конструкция представляет собой емкость, в которой устанавливается спиральная труба отопления. Она имеет четыре патрубка для прямой и обратной трубы – входящие и выходящие. Ее изготовление намного проще, чем для вышеописанной модели. Для этого достаточно сварить емкость и сделать в ней соответствующие патрубки.

Если у системы отопления с теплоаккумулятором своими руками по схеме и расчету не предусмотрено подключение дополнительных источников забора энергии – по этому вопросу нужно проконсультироваться у специалистов.

Одним из преимуществ этой конструкции является небольшая трудоемкость работ. Но она менее эффективна, что сказывается на времени остывания воды. Ее можно модернизировать – установить электрический ТЭН. Подобная система отопления с небольшим теплоаккумулятором будет работать даже без котла. Но в этом случае значительно повысятся затраты электроэнергии. Пользоваться системой ГВС не рекомендуется, так как снижение КПД установки будет велико.

Расчет мощности теплоаккумулятора

Главным техническим параметром теплоаккумулятора является его полезный объем. От этого зависит количество тепловой энергии, способной аккумулироваться в воде.

Правильный расчет теплоаккумулятора для отопления начинается с анализа помещения.

Сначала определяется его площадь, исходя из чего рассчитывается минимальное значение мощности, необходимое для обогрева всех комнат в течение одного часа. Делается это с помощью следующей формулы:

Q=S/10

где Q – это тепловые потери здания или количество энергии для их компенсации, S – площадь дома.

Для помещения площадью 90 м² необходимо в час вырабатывать 9 кВт энергии. Далее следует рассчитать количество запасенной энергии в теплоаккумуляторе для отопления на 1 м³ воды. Этот показатель зависит от ее температуры. Чтобы избежать долгих вычислений в таблице показаны данные для различных значений отдачи энергии от теплоносителя воде в емкости.

Температура, °С Энергия кВт/час
90/70 23,26
80/50 34,89
70/55 17,45
80/30 58

Предположим, что применяется стандартный температурный режим отопления 80/30. В таком случае при расчете теплоаккумулятора для отопления, предназначенным для эффективной работы в течение 12 часов, общий полезный объем будет равен:

V=12*9/(58)=1,86 м³

Для заполнения такого объема необходимо будет изготовить конструкцию цилиндрической формы с радиусом 1 м и высотой 2,3 м.

Изготовление теплоаккумулятора своими руками

Самодельный теплоаккумулятор

Самодельный теплоаккумулятор

Можно ли сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками? Для этого потребуется изготовить конструкцию с рассчитанным объемом. Лучше всего применять толстостенную оцинкованную сталь. Так как габариты будущего типа аккумулятора достаточно велики – работу по сварке следует доверить профессионалам. Любой дефект шва может привести к печальным последствиям – разгерметизации всей конструкции.

Для улучшения прочностных характеристик рекомендуется изготавливать двухслойную емкость. Материал внутренней прослойки не должен коррозировать под воздействием воды и высоких температур. Наружная оболочка должна выполнять функции механической защиты. Также нужно правильно выбрать диаметр патрубков, чтобы подключение теплоаккумулятора к системе отопления выполнялось без дополнительных переходников.

Работы можно разделить на следующие этапы:

  • Изготовление внутреннего трубопровода. Лучше всего делать П-образным, при этом высота должна быть на 5-7 см меньше, чем у емкости;
  • Сварка внутреннего цилиндра. В нем должны быть предусмотрены отверстия для патрубков;
  • Изготовление наружного цилиндра.

После того как изготовление теплоаккумулятора для системы отопления своими руками было завершено – необходимо проверить его прочность. Для этого конструкцию заполняют водой и визуально наблюдают за отсутствием протечек или разгерметизацией.

Чтобы улучшить теплоизоляционные качества, наружная стенка утепляется базальтовой ватой. В таком случае эффективность работы системы отопления с теплоаккумулятором значительно повысится, так как тепловые потери будут минимальны. Толщина защитной прослойки должна быть минимум 50 мм.

Особенности установки и схема подключения аккумулирующей емкости

Схема подключения теплоаккумулятора

Схема подключения теплоаккумулятора

Для подключения к системе отопления теплоаккумулятора необходимо правильно выбрать его месторасположение. Лучше всего, если он будет стоять в непосредственной близости от котла. В таком случае температура теплоносителя будет высокой, что положительным образом скажется на скорости нагрева воды в емкости.

Также следует изготовить постамент для него, так как общая масса заполненного теплоаккумулятора будет довольно высока. В нашем случае она будет приблизительно равна 2,1 т. В частном доме для этого нужно подготовить отдельный фундамент. Если в системе отопления с теплоаккумулятором предусмотрено горячее водоснабжение – в помещении следует провести водопровод. Он подключается к баку через запорную арматуру. Увы, но не существует пока общих схем изготовления теплоаккумулятора для отопления. Чаще всего руководствуются личным опытом.

Практические советы

Опираясь на многочисленный опыт изготовления самодельных аккумуляторов для отопления, можно выделить несколько рекомендаций:

  • Вместо заводского змеевика можно использовать стальной гофрированный шланг. Тогда общая площадь теплообмена возрастет;
  • Чтобы не изготавливать стальную конструкцию можно применять пластиковые емкости соответствующего объема. Для сохранения своей формы они должны быть заключенным в решетчатый каркас;
  • Небольшие теплоаккумуляторы для отопления можно использовать для подпитки системы водяной теплый пол.

Но для большой площади помещения все равно рекомендуется приобретать заводские модели, так как их прочность и функциональность были рассчитаны специалистами.

При выборе уже готовых теплоаккумуляторов для любого котла отопления обратите внимание на количество входных и выходных патрубков. От этого зависит возможность подключения устройства к системе горячего водоснабжения, теплый пол или использование альтернативного источника нагрева воды – солнечного коллектора.

В видео наглядна представлена работа теплоаккумулятора в паре с котлом отопления:

Обвязка теплоаккумулятора: схемы, пояснения, принцип работы

Подключить теплоаккумулятор (буферную емкость) для отопления можно десятком разных способов. Есть самые простые — просто трубы подключить, есть сложнее, с большим количеством элементов, которые решают различные задачи. Разберем, как подключить теплоаккумулятор, по порядку, с возможностями схем, для разных потребителей. Рассмотрим плюсы и минусы каждой из схем.

Обвязка теплоаккумулятора: упрощенная схема

Буферную емкость ставят между водогрейной печью/котлом и системой отопления. В самом простом варианте подключают трубы напрямую, без каких-либо излишеств (см. рисунок ниже). Вот только лучше поставить отсечные краны  на каждом из отводов — перед и после емкости. Это даст возможность отключать емкость, проводить ремонтные работы с баком и не сливать при этом теплоноситель из системы. Еще очень желательны фильтры.

В чем недостаток такой схемы подключения теплоаккумулятора для системы отопления? При поступлении в теплообменник котла теплоносителя с низкой температурой, образуется конденсат. Он состоит из очень едких жидкостей, которые разрушают металл. Испаряясь, этот конденсат оставляет толстый слой налета на теплообменнике, что очень сильно снижает эффективность (теплообменник хуже нагревается). Ситуация с холодной обраткой появляется во время старта системы, пока не нагрет теплоноситель. Так как в данной схеме греться должен весь объем, конденсат выпадает продолжительное время, что приводит к быстрому снижению эффективности отопления, разрушению теплообменника.

Самая простая схема подключения теплового аккумулятора к системе отопления

Самая простая схема подключения теплового аккумулятора к системе отопления

Второй недостаток этой схемы: вода в емкости может быть очень горячей — до 90°C и больше. Если подавать ее в радиаторы напрямую, в помещениях может быть слишком жарко, к тому же о нагретые до такой температуры радиаторы можно серьезно обжечься. На теплый водяной пол, такой горячий теплоноситель вообще давать нельзя — все расплавиться.

И, самое важное, в данной схеме нет циркуляционного насоса. То есть, движется теплоноситель по естественным причинам: благодаря уклону труб (не забудьте, кстати, о правильном уклоне) и разнице температур между подачей и обраткой. Но такое движение медленное и малоэффективное, особенно при понижении температуры в баке. Такая схема малоэффективна. Для того чтобы теплоноситель двигался быстрее, ставят циркуляционный насос.

Куда поставить циркуляционный насос

В большинстве схем обвязки теплоаккумулятора с циркуляционным насосом, он стоит в обратном трубопроводе перед котлом. В обратке — потому что тут ниже температуры, но можно поставить и на подаче. Современные насосы рассчитаны на прокачку теплоносителя до 110°C, так что они там неплохо себя чувствуют. Второй момент: при установке на подаче, насос не будет создавать дополнительное давление на теплообменник, что продлит срок его службы.

В любом случае при установке циркуляционного насоса в подаче или на обратке, возможность естественной циркуляции отсутствует. То есть, при отключении электроэнергии, циркуляция остановится, котел неминуемо закипит. Чтобы избежать этого, ставят четырехходовой клапан, через который организуют сброс перегретой воды в канализацию и подпитку холодной водой из ХВС. Так организуется аварийное охлаждение теплообменника и предупреждается закипание теплоносителя.

Один из способов избежать перегрева теплоносителя в котле отопления

Один из способов избежать перегрева теплоносителя в котле отопления

Обратите внимание, что реализовывать эту схему можно только на стальных или медных теплообменниках. С чугунными — нельзя. При попадании холодной воды они могут лопнуть.

Есть и другой способ. Он более щадящий по отношению к теплообменнику (подходит и для чугунных) и требует меньше материалов. Можно сделать обвязку между котлом и теплоаккумулятором для отопления так, чтобы сохранить естественную циркуляцию. В таком случае при отключении электропитания котел не закипит — будет продолжать греть воду в емкости.

Для сохранения естественной циркуляции теплоносителя, насос ставят в отдельном, специально созданном контуре. Чтобы схема работала, в контуре ставят лепестковый обратный клапан большого сечения.

Так сохраняется естественная циркуляция даже при отсутствии электропитания

Так сохраняется естественная циркуляция даже при отсутствии электропитания

Когда не работает циркуляционный насос, он пропускает поток теплоносителя от ТА. При работе циркуляционного насоса, он своим напором подпирает клапан и теплоноситель идет через насос. На насос идет труба не менее дюйма в диаметре. Только в этом случае может сохраниться естественная циркуляция.

Решаем проблему конденсата

Логичное решение проблемы слишком холодной воды на обратке — добавить горячую с подачи. Реализуется это при помощи перемычки и установленного на отводе регулируемого трехходового смесительного клапана. Клапан должен быть смесительного типа: при достижении выставленной температуры, он плавно начинает сдвигать клапана в двух подключенных трубах. Таким образом получается постепенное и плавное изменение температуры.

Обвязка теплоаккумулятора: добавочный контур для подмеса теплой воды в обратку

Обвязка теплоаккумулятора: добавочный контур для подмеса теплой воды в обратку

Холодная вода в обратном трубопроводе появляется в нескольких случаях: при разгоне котла, когда вода в теплоаккумуляторе сильно остыла (после простоя), а котел в работе. Давайте рассмотрим, как работает эта схема подключения аккумулятора тепла в обоих случаях. Движение теплоносителя показано на иллюстрациях ниже.

Пока котел не разогрелся, теплоноситель совсем холодный. В этом случае трехходовой клапан перекрывает поток теплоносителя на ТА и он движется по малому кругу (рисунок внизу, верхняя левая картинка). Прогрев происходит быстро, так как воды мало, время, образования конденсата минимально. На рисунке принято, что трехходовой клапан настроен на 55°C. Пока вода в малом круге не достигнет этой температуры, она так и циркулирует в нем.

Когда теплоноситель в малом кольце разогревается до 55°C, клапан сдвигает заслонки, включается в работу теплоаккумулятор для отопления. В этом случае одновременно идут три потока (правый рисунок в верхнем ряду):

  • малый, как на первой картинке;
  • часть теплоносителя идет на ТА через клапан;
  • из ТА по обратке, через клапан, на насос и в теплообменник котла (третий круг).

В таком положении все находится до тех пор, пока теплоноситель в баке не прогреется до выставленной температуры (в данном случае до 55°C).

Как работает трехходовой смесительный клапан в схеме с ТА

Как работает трехходовой смесительный клапан в схеме с ТА

Когда температура в баке достигает 55°C, трехходовой клапан отсекает подмес. Жидкость движется по большому кругу (нижний рисунок):

  • подача — не заходя на клапан — в ТА;
  • обратный поток — через клапан, на насос, в котел.

В таком состоянии все работает до тех пор, пока горит топливо. Чтобы обвязка теплоаккумулятора была завершенной, добавим контролирующие элементы — в трубопровод подачи устанавливается группа безопасности: манометр, предохранительный (аварийный) клапан сброса давления, автоматический воздухоотводчик. Для установки аварийного клапана, в некоторых котлах есть специальные штуцера. В противном случае аварийный клапан ставят с остальными компонентами сразу на выходе котла — до первого ответвления.

Окончательный вид обвязки ТА со стороны котла

Окончательный вид обвязки ТА со стороны котла (группа безопасности не нарисована, стоит на подаче после котла)

Еще устанавливается расширительный бак мембранного типа. Он будет принимать в себя лишнюю воду по мере расширения (при нагреве жидкости увеличиваются в объеме). Теплоаккумулятор для отопления к котлу мы подключили. На этом обвязка теплоаккумулятора со стороны котла окончена.

Подключение ТА к потребителям

С другой стороны теплоаккумулирующую емкость надо подключить к системе отопления. Если подключаем только радиаторы, все просто — с одного из верхних выходов идет труба в трубопровод подачи, в нижний подключаем обратку. Но, в этом случае, возможен перегрев радиаторов. Когда вода в баке нагрета до температуры выше 60°C, это может быть опасным, а температура может быть 90°C и даже выше. При касании к таким горячим радиаторам, высока вероятность получения нешуточного ожога. К тому же в помещении явно будет жарко.

Подключение радиаторов

Чтобы избежать подачи слишком горячего теплоносителя, ставят еще один трехходовой смесительный клапан. Схема работает также как описано выше. Выставляем на регуляторе требуемую температуру, например, 50°C. Как только теплоноситель в подаче будет горячее, клапан откроет подмес воды из обратки.

Одна из выгод установки теплоаккумулятора — возможность приготовления ГВС в той же емкости (средняя картинка на рисунке ниже). Для этого в бак встраивают теплообменник или емкость. Его выход подключают к гребенке горячего водоснабжения.

Схемы обвязки буферной емкости со стороны системы отопления

Схемы обвязки буферной емкости со стороны системы отопления

Так как и в этом случае тоже возможен перегрев, тут также необходим узел подмеса. Вот только добавлять надо холодную водопроводную воду. Реализуется этот узел при помощи еще одного трехходового смесительного клапана. Выход от холодного водопровода подключаем к смесительному трехходовому клапану ГВС. Чтобы при отсутствии разбора горячей воды она не попадала в гребенку холодной воды, на линии подачи от ХВС ставим обратный клапан.

Эта схема обвязки теплоаккумулятора имеет существенный недостаток: когда горячая вода не используется, вода в трубах остывает. Чтобы «добыть» теплую, приходится сливать остывшую просто в канализацию. Это неудобно, так как приходится ждать, и неэкономно. Для решения проблемы, от последней точки разбора тянут обратную линию, в которой устанавливают свой циркуляционный насос. Этот контур называется рециркуляционным. Пока кран нигде не открыли, вода бегает по кругу. Таким образом, из всех кранов постоянно идет теплая вода. Обратите внимание на установку обратных клапанов — они обязательны для работоспособности схемы.

Обвязка теплоаккумулятора для индивидуального отопления со всеми функциональными элементами и арматурой

Обвязка теплоаккумулятора для индивидуального отопления со всеми функциональными элементами и арматурой

Для окончательной проработки схемы надо еще оговорить место установки арматуры. Это автоматические воздухоотводчики, которые ставят в самых высоких точках системы. Еще нужны запорные краны. Их устанавливают возле каждого крупного функционального узла так, чтобы при необходимости, можно было перекрыть краны и снять оборудование для ремонта или профилактики.

Как запитать теплый водяной пол

К теплоаккумулятору можно очень неплохо подключить и теплый пол. Обвязка в этом случае ничем не отличается от случая с радиаторами. Нужен тот же узел подмеса со смесительным трехходовым клапаном, но настроен он должен быть на более низкую температуру — не выше +40°C. В этом случае можно подключить теплый пол без смесительного узла — температура должна контролироваться при выходе из котла. Но можно и перестраховаться — поставить второй смесительный узел на распределительном коллекторе теплого пола.

Обвязка теплоаккумулятора с теплым водяным полом

Обвязка теплоаккумулятора с теплым водяным полом (в зеленом контуре)

Есть и второй вариант обвязки теплоаккумулятора с теплым полом — подавать той же температуры теплоноситель, что идет на радиаторы. Понижать ее будет смесительный узел. Хлопот и затрат меньше (нужны только тройники для отвода от основной магистрали), но и надежность такого решения ниже. Хотя, справляется же это оборудование с теплоносителем, который подает обычный котел.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками
Самодельный теплоаккумулятор

Твердотопливные котлы используются при отоплении дома, поскольку они хороши в качестве альтернативы газовым, когда нет газопровода. Но эффективность твердотопливной системы отопления невелика. Положение можно исправить, смонтировав теплоаккумулятор для котла.

Что такое теплоаккумулятор?

О том, как смонтировать теплоаккумулятор, мы и расскажем в следующих строках. Однако поначалу давайте разберёмся, что представляет собой описываемый агрегат, предназначенный для твердотопливного котла. Всё просто: это ёмкость, сберегающая тепловую энергию котла за счёт сбора определённого количества теплоносителя. Установка такого элемента системы решает сразу несколько задач:

  • повышает эффективность отопления — при полной остановке котельного оборудования эта ёмкость пополняет контур обогрева новыми дозами горячей воды,
  • помогает сэкономить твёрдое топливо — за счёт наличия в системе теплоаккумулятора котёл можно не топить ночью,
  • продлевает жизнь всей системы,
  • предотвращает перегрев отопительного контура, принимая излишки тепла на себя,
  • допускает возможность объединения внутри себя альтернативных источников энергии, таких, как тэны от солнечных батарей. схема теплоаккумулятор

    Схема с теплоаккумулятором

По сути, устройство описываемой ёмкости несложное, при желании легко изготовить теплоаккумулятор исключительно своими руками. Его конструкция, собственно, включает такие элементы:

  • сама ёмкость,
  • утеплитель всего корпуса,
  • входной патрубок-ввод,
  • выходной патрубок-вывод,
  • внутренние змеевики.

Последний элемент — змеевик — имеется, в основном, у покупных тепловых аккумуляторов, изготавливаемых на производстве. То есть, у такого оборудования теплоноситель курсирует по многочисленным трубчатым змеевикам внутри сухой ёмкости. А теплоаккумулятор, который легко сделать своими руками — это просто пустотелый бак без змеевиков. Именно внутри этой ёмкости и хранится собранный теплоноситель. Из данных строк ясно, что существует два вида описываемых агрегатов:

  • ёмкость со змеевиками внутри, предназначенными для сбережения теплового агента,
  • простейший теплоаккумулятор в виде бочки для сбережения теплоносителя.

Теперь должен быть понятен принцип работы аккумулирующего агрегата для твердотопливного котла. При работе оборудования на жёстком горючем теплоаккумулятор пополняется горячей водой. При отключении котла, эта вода подпитывает систему отопления. 

Также легко выявить преимущества и недостатки двух указанных нами видов сберегающих устройств. Если тепловой аккумулятор выполнен со змеевиками, то

  • увеличивается период сохранности тепла,
  • увеличивается общая эффективность системы,
  • однако, такой агрегат невозможно сделать в домашних условиях.

Если же тепловой аккумулятор выполнен без змеевиков, по принципу хранения теплоносителя в бочке, то

  • он очень легко изготавливается своими руками, достаточно иметь минимум средств и подходящую ёмкость,
  • но у него небольшой КПД.

Далее рассмотрим, как сделать такой теплоаккумулятор для твердотопливного котла из простого металлического цилиндра.

Как сделать теплоаккумулятор для твердотопливного котла из бочки

Предварительно необходимо рассчитать объем требуемой ёмкости и сделать чертёж. На чертеже нужно изобразить стандартную бочку, в которую входит два трубопровода. Один из них транспортирует теплоноситель от теплообменника котла, а второй переправляет горячую воду к радиаторам отопления. Остаётся лишь посчитать габариты бочки, точнее, её объём. Зная объём, легко определить диаметр и высоту по справочным данным.

Если вам необходимо вычислить объём ёмкости, зная высоту и один из следующих параметров: радиус, диаметр или площадь основания, то удобнее всего воспользоваться калькулятором, производящим расчёт в режиме онлайн. Найти его можно здесь: https://calcsoft.ru/obyom-cilindra

Начнём расчёт. Предположим, наш тепловой генератор на твёрдом топливе полностью бездействует ночью на протяжении 4 часов (после остывания), а площадь нашего небольшого дачного дома 30 кв. м. Следовательно, бочка должна отдавать в час примерно одну десятую площади — 3 кВт. Итого, 12 кВт за ночь. При этом разницу температур бочки и отопления примем максимум 40 градусов (скажем, если в ёмкости вода нагрета до 90, то в радиаторах — хотя бы до 50).

Согласно школьному курсу физики, m=Q/Ct, где

  • Q — вся тепловая энергия, у нас это 12 кВт,
  • С — удельная теплоёмкость агента, то есть воды, равная 0,0012 кВт/кг х гр. Цельсия,
  • t — разница температур.

Получаем по этой формуле: m = 12/0,0012х40 = 250 кг. Таким образом, можно принять объем воды равный 250 литров. Выходит, в качестве теплоаккумулятора для твердотопливного котла при заданных условиях нам подойдёт металлическая бочка на 250 литров. Примерные размеры такой бочки — 600х900 мм. То есть диаметр равен 0,6 м., а высота (длина) — 0,9 м.

Что нужно взять

Для процесса изготовления нашего теплоаккумулятора необходимо заготовить следующие материалы и инструменты.

  • Обычная металлическая бочка, её можно купить в магазине,
  • сварочный аппарат с маской и электродами,
  • электроинструмент типа «болгарки» и диски шлифовальные и отрезные, дрель и свёрла, коронка по металлу.
  • два стандартных стальных патрубка для отопления, каждый с резьбой на конце, обычно на 3/4 дюйма,
  • минвата.

Начать процедуру лучше при участии помощника. Кроме того, должен быть уже готов чертёж.

чертеж простейшего теплоаккумулятора

Чертёж теплоаккумулятора

Пошаговое изготовление своими руками

  1. Предварительно бочку тщательно зачищают изнутри. Это нужно для исключения постоянного загрязнения теплоносителя ржавчиной и окалиной. Зачистку можно сделать с помощью болгарки и шлифовальных кругов. теплоаккумулятор из бочки фото

    Зачищенные изнутри бочки

  2. Далее, необходимо просверлить два отверстия — входное и выходное, под диаметр патрубков подачи. Для этого сначала применяют дрель со сверлом по металлу, а затем лучше использовать коронку.
  3. Далее, внутрь полученных отверстий тщательно вваривают патрубки для входа и выхода теплоносителя, то есть, прогретой воды. На этих патрубках должна быть нарезана резьба на концах, которые не приваривают. Позже посредством этой резьбы будут прикручиваться шаровые краны для врезки в общую систему отопления.
  4. После этого очень добросовестно приваривают верхнюю крышку. Все сварные швы должны получиться герметичными во избежание протечек.
  5. Наконец, утепляют теплоаккумулятор снаружи минватой, для этого оборачивают бочку пластами минваты, после чего тщательно стягивают эти пласты, обернувшие бочку, кольцами из металлической крепёжной ленты.
  6. Нам остаётся вмонтировать узел в систему посредством шаровых кранов. Теплоаккумулятор должен располагаться сразу после котла, причём по уровню — выше радиаторов, чтобы тепловой агент хорошо их пополнял из нашей ёмкости.

Это важно знать! Нельзя использовать пластиковую бочку. Она не способна выдержать рабочую температуру теплового агента, достигающую 90 градусов Цельсия. Стенки такой бочки во время работы в системе просто начнут плавиться. Исключение могут составить пластиковые ёмкости, на которых указана производителем максимальная температура содержимого выше 90 градусов. Но в этом случае ещё нужно решить, как приделать патрубки.

Ещё несколько замечаний

Вот мы и сделали простой теплоаккумулятор для небольшой системы отопления. Как итог — ещё несколько важных замечаний. Для нашего примера необходимый объём бочки получился 250 литров. Однако когда дом большой, может понадобиться накопитель гораздо большего размера. В таком случае лучше будет сварить кубический короб. К тому же, его легче утеплить специальными материалами.

Некоторые умельцы используют для такого варианта стандартный, так называемый европейский, куб объёмом 1000 литров. Он продаётся во многих магазинах. Но здесь нужно помнить, что он пластиковый. Как правило, максимальная температура воды, которую выдерживает «еврокуб», равна 70 градусам по Цельсию, если в маркировке не указано иное. Так что использовать данную ёмкость в системе отопления просто опасно.

И ещё об утеплителе. Пенопласт — это идеальный вариант для кубического короба из металла. Дело в том, что данный утеплитель легко клеить к стенкам. Минвата больше подойдёт для обычной бочки, но нужно будет придумывать, как её закреплять, ведь описанный нами метод с металлическими кольцами не обязателен к применению.

Видео: полезная информация об агрегате

Итак, мы описали простой способ создания аккумулирующей ёмкости для отопления. В процессе самостоятельного изготовления такого агрегата возможны самостоятельные коррективы в описанной технологии.

Живу в Тюмени, работал инженером в строительной отрасли, но по велению души - писатель. Поэтому с удовольствием пишу на строительно-ремонтные темы. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!
Схема подключения твердотопливного котла с теплоаккумулятором при монтаже своими руками, накопительного водонагревателя на даче,размеры котельной,теплоаккумулятор, отопление с теплоаккумулятором в частном доме.

Теплое, уютное и красивое жилище — мечта каждого владельца частного дома. Отопление в нем играет не последнюю роль. Поэтому выбор надежного, удобного в использовании и с оптимальной ценой отопительного прибора — очень важная задача.

В настоящее время, когда цены на газ, его установку, подключение и обслуживание все время увеличиваются, многие обращают свое внимание на котлы на твердом топливе. Тем более что с приобретением топлива пока, по крайней мере, проблем нет. И наша промышленность радует большим выбором современных усовершенствованных твердотопливных котлов с теплоаккумулятором : пиролизных и пеллетных.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Что такое теплоаккумулятор

Содержание статьи

Но при эксплуатации агрегата на твердом топливе придется столкнуться с проблемой неоднородности получения тепловой энергии. Пока котел работает — дома тепло или даже жарко. Закончилось топливо – в доме становится холодно. Половина полученного тепла уходит в атмосферу, да и подкладывать дрова приходится часто. Поэтому задумались о том, чтобы сохранять избыточное тепло, а потом потихоньку отдавать его в систему отопления.

Эту проблему и решают, когда начинают эксплуатировать твердотопливный котел с теплоаккумулятором.

В странах Европы запрещено применение агрегатов тепловой энергии без буферной емкости, чтобы не было выбросов угарного газа в атмосферу.

Теплоаккумулятор — это емкость, чаще всего круглая цилиндрическая, наполненная водой, в зависимости от предназначения бывает разных модификаций.

В производственный вариант входят:

  • основной корпус, который изготавливается из различных сплавов стали или из нержавейки;
  • слой изоляции из базальтовой или минеральной ваты или пенополиуретана толщиной не менее 50 мм;
  • наружная обшивка изготавливается или из окрашенного тонкого листового металла, или из чехла из полимерного материала;
  • в основную емкость врезают патрубки для подвода и отвода теплоносителя;
  • в более дорогих моделях внутри устанавливают змеевик для подогрева воды;
  • термометр и манометр служат для контроля за температурой и давлением.

Иногда в тепловой аккумулятор встраивают блок электрических тенов с датчиками и подсоединяют солнечные батареи — это создает дополнительный комфорт при его использовании.

Цены на эти варианты высокие, поэтому народные умельцы чаще всего изготавливают буферные емкости своими руками.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Для чего нужен

Спектр применения аккумулятора тепловой энергии очень широк и определяется согласно модификации и применяемого вместе с ним оборудования.

Самое главное его предназначение:

  • накопить как можно больше тепла, а потом, когда закончится топливо в основном теплогенераторе, отдать его в систему отопления;
  • предотвращать резкие перепады температуры в системе, тем самым не допускать появления конденсата в котле.

Более современные и дорогие позволяют создать больший комфорт и больше возможностей:

  • горячее водоснабжение в доме;
  • использовать его вместо электрокотла, если установить в него электрические нагреватели.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Принцип работы

Перед первым использованием рекомендуется изучить схему работы котла и емкости.

Система работает так:

  1. Затопили котел.
  2. Нагретая вода попадает в теплогенератор, как бы заряжает его.
  3. Циркуляционный насос, установленный за емкостью, по трубопроводу, вмонтированному в верхнюю ее часть, доставляет теплоноситель к трубам отопления.
  4. Возвращаясь, остывшая вода поступает в нижнюю часть теплогенератора.
  5. Затем она поступает в котел.
  6. Закончилось топливо — потух котел.
  7. В работу вступает теплогенератор: при помощи циркуляционного насоса из верхней горячей зоны постепенно разносит сохраненное тепло по трубам и радиаторам.

Второй насос снабжают комнатным датчиком температуры, который при необходимости может отключить его, если температура превысит установленную для него температуру. Тогда котел будет нагревать только теплоаккумулятор. При понижении температуры воздуха в комнатах, включается насос, и вода снова будет нагревать батареи.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Преимущества использования

Применение аккумулятора тепловой энергии позволяет хозяину домовладения удовлетворить все его запросы.

Достоинства системы:

  • тепловой агрегат используется на полную мощность, происходит почти полное сгорание топлива;
  • следствие этого: высокий кпд (коэффициент полезного действия) — при наименьшем количестве сгораемого топлива получаем больше калорий тепла;
  • экономия на приобретении топлива;
  • не происходит резких скачков температуры, оборудование не подвергается коррозии, поэтому дольше служит;
  • удобное использование, так как разовой загрузки топлива хватает на большой промежуток времени — не нужно подниматься среди ночи и подбрасывать топливо в котел;
  • в доме комфортная обстановка, так как нет резких колебаний температур, а датчики температур могут контролировать климат в каждой комнате и отключать и выключать насос отопления по мере необходимости;
  • снабжение горячей водой;
  • при подключении ТЭНа — использовать вместо электрокотла;
  • возможность подключения нескольких независимых друг от друга контуров: для отопления, для горячей воды и для других нужд;
  • возможность подключения солнечных батарей.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Недостатки

У связки теплового нагревателя с тепловым накопителем недостатки, конечно, есть, но со временем покупатель поймет, что вложенные средства были потрачены не зря.

Минусы системы:

  1. Самым значительным недостатком является высокая цена теплоаккумулятора, поэтому народные умельцы очень часто изготавливают их своими руками. При достаточном мастерстве и определенной сноровке сделать это не очень трудно.
  2. Второй проблемой, с которой сталкивается владелец частного дома, является то, что необходимо проектировать котельную с учетом размера емкости, а она немаленькая. Минимальный размер теплового аккумулятора: 1 метр в высоту и диаметр 600 мм, а для двухэтажного дома он будет еще больше.
  3. При покупке котла следует принимать во внимание, что мощность его должна рассчитываться не только по площади отапливаемого помещения, но и по емкости теплового генератора: то есть почти в 2 раза мощнее нужно покупать агрегат для отопления.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Когда нужно ставить

Теплогенератор — это дорогое удовольствие.

Поэтому его устанавливают в случае:

  • когда имеется большая площадь дома;
  • большой расход горячей воды;
  • когда применяют несколько видов отопителей: газовая установка, или электрокотел, или солнечные батареи, которые входят в моду в последнее время.

Отопители комбинируют, выбирают, что и в какое время лучше использовать.

Например:

  • днем — солнечные батареи, вечером — котел;
  • днем — твердотопливный котел, ночью — газ.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Цены на твердотопливные котлы

твердотопливный котел

 

Расчет теплоаккумулятора

Чтобы правильно рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора лучше всего обратиться к опытному специалисту. Но в то же время есть методики для расчета, по которым можно приблизительно рассчитать емкость буферного устройства, чтобы как-то сориентироваться, какой по мощности приобретать котел, и определиться с расположением теплового накопителя и размерами котельной.

Есть два метода расчета:

  • простой, основанный на практике специалистов;
  • по формуле.

Исходя из многолетнего приобретенного опыта, специалисты пришли к мнению, что на 1 кВт мощности котла необходимо 25-50 литров объема теплогенератора. Истина находится где-то посередине. Поставить меньшего объема накопитель, котел будет работать с меньшим КПД, если возьмешь большего объема — дома будет холодно, так как теплонагреватель будет только аккумулировать тепло, а в системе будет его не хватать.

По формуле емкость рассчитывается так: Q = mc (T2-T1), где:

  • Q — количество накопленного тепла,
  • m — объем воды в емкости,
  • c — удельная теплоемкость, равная 4200 Дж/(кг·К) ,
  • Т2 и Т1 — показатели температур воды на входе и обратке.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Нюансы монтажа

Тепловые накопители бывают разной величины и различных конструкций.

Но при монтаже для всех категорий необходимо соблюдать они и те же требования:

  • категорически запрещаются сварные соединения при монтаже теплоаккумулятора;
  • монтаж осуществляется только муфтами с резьбой или фланцами;
  • необходимо снабдить запорной арматурой все подходящие трубопроводы;
  • на всех входящих и выходящих контурах установить термодатчики;
  • подключить в систему дренажный датчик;
  • «грязевики» — фильтры грубой очистки установить на всех входах в теплогенератор;
  • иногда в комплектацию теплового накопителя не входит автоматический воздухоотводчик, обязательно приобрести его и установить в верхнем выходном контуре;
  • группу безопасности рекомендуется устанавливать вблизи аккумулирующей емкости;
  • размещать аккумулятор тепла необходимо только в отапливаемом помещении во избежание замерзания теплоносителя;
  • устанавливать теплоагрегат рекомендуется на специальный фундамент;
  • для соблюдения техники безопасности размещать его так, чтобы был свободный доступ ко всем входящим и выходящим контурам.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Схемы подключения к твердотопливному котлу

Рассмотрим различные методы подключения аккумулирующей емкости.

Самая простая и дешевая в изготовлении и эксплуатации схема состоит из:

  • агрегата нагревания;
  • простого трубопровода;
  • обыкновенной буферной емкости;
  • циркуляционных насосов для перемещения теплоносителя от нагревателя к потребителям тепла.

Давление во всей системе одинаковое. Такая схема подойдет для небольших домовладений.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Более рациональное использование накопленной тепловой энергии достигается при добавлении в схему отопления смесительного блока, который состоит из перемычки, которая соединяет подающий и возвратный трубопроводы и трехходового смесительного клапана с термоголовкой.

В данной системе имеется возможность контролировать и регулировать температуру теплоносителя, при этом «зарядки теплогенератора» хватает на более длительный срок.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Для снабжения жилого дома горячей водой применяют тепловые агрегаты более сложной конструкции.

В такие устройства входят:

  • теплообменник, состоящий из спиралевидных трубочек из нержавеющей или гофрированной стали;
  • бак для нагрева воды;
  • магниевый анод, препятствующий образованию накипи на внутренних стенках бака, который периодически необходимо менять;
  • тепловые электронагревательные тены;
  • термометры — датчики воды.

В этом случае подающий трубопровод подсоединяют к накопителю тепла в нижнюю точку, а выход монтируют вверху.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Ранее были приведены схематические примеры отоплений.

Рассмотрим более подробно принцип работы системы отопления и ее состав:

  1. Отопитель — котел твердотопливный.
  2. Группа безопасности сразу над котлом, которая следит за температурой и давлением теплоносителя в системе.
  3. Малый круг отопления состоит из перемычки, соединяющей подающий трубопровод и обратку, трехходового клапана, циркуляционного насоса и расширительного бака. Роль малого круга: защита теплогенератора от холодного теплоносителя и предотвращения появления конденсата в котле. В начале работы теплогенератора вода по трубам идет частично в теплогенератор и по малому кругу. Теплоноситель нагревается до 60 градусов, начинает работать клапан: он потихоньку открывается и холодная вода из обратки начинается смешиваться с горячей водой из малого контура. Как только температура достигает 60 градусов, клапан полностью перекрывает малый круг и теплоноситель идет полностью через теплогенератор.
  4. Расширительный бачок забирает излишки давления из системы, а при необходимости — сбрасывает его в нее обратно.
  5. За малым контуром подающий трубопровод подсоединяют в верхней точке теплогенератора, а обратка подсоединяется в нижнюю точку.
  6. После бака на подающем трубопроводе снова ставят трехходовой датчик с комнатным измерителем температуры и циркуляционный насос.
  7. Далее размещаются радиаторы отоплений остальных помещений.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Схема подключения к электрокотлу

Если в домовладении установлен электрический счетчик с двухфазным тарифом «день-ночь», то можно применять в качестве основного источника отопления электрокотел в тандеме с теплоаккумулятором. Только работать он будет ночью, нагревая всю систему и «заряжая» тепловую емкость до температуры 90 градусов. А днем тепловой источник начинает отдавать тепло в систему отопления. При помощи циркуляционного насоса и датчиков температур можно добиться равномерного распределения тепла по разным помещениям.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

Еще один вариант применения электричества встречается при эксплуатации теплового аккумулятора: в него встраивают специальные тепловые электрические нагреватели.

Они применяются для дополнительного подогрева аккумулятора в ночное время или когда нет большой необходимости растапливать основной источник тепла. Если в конструкции ТЭНа нет термодатчика, необходимо его обязательно приобрести и установить.

твердотопливный котел с теплоаккумулятором (главный ключ)

В данной статье приведены основные аспекты устройства систем отопления, но при расчете и установке, если не доверяете своему умению и мастерству, обратитесь к опытным специалистам, чтобы впоследствии не попасть впросак. Все-таки отопление своего жилища — это очень ответственное дело. Отопительные котлы комбинированные дрова электричество читайте у нас на сайте.

Видео

В этом видеоролике опытный мастер на примере расскажет и покажет, как правильно сделать обвязку твердотопливного котла и бака-аккумулятора.

Теплоаккумулятор: устройство, как подключить и как сделать своими руками

В этой статье рассмотрим:
Теплоаккумулятор: назначение и принцип работы
Бак теплоаккумулятор: функции и внутреннее устройство
Теплоаккумулятор для отопления: схема подключения
Как изготовить и подключить теплоаккумулятор своими руками

Работу многих современных котлов отопления трудно себе представить без такого устройства, как теплоаккумулятор. В его задачи входит обеспечение бесперебойного отопления вне зависимости от подачи топлива в котел. Это устройство станет незаменимым помощником в работе твердотопливных котлов, солнечных коллекторов и даже электрических котлов, потребляющих энергию в двухтарифном режиме. В этой статье от сайта stroisovety.org мы подробно разберемся с назначением теплового аккумулятора, его устройством, схемой подключения и решим вопрос, как изготовить его самостоятельно?

бак теплоаккумулятор фото

Бак теплоаккумулятор фото

Теплоаккумулятор: назначение и принцип работы

С назначением теплоаккумулятора все более или менее понятно – он служит для подпитки системы отопления горячей водой в те моменты, когда котел не в состоянии по каким-либо причинам подогревать воду. Кроме того, одним из побочных эффектов в работе этого устройства является возможность экономии энергетических ресурсов – если своевременно давать теплоаккумулятору разряжаться, то можно добиться снижения энергопотребления процентов на двадцать. А это в наш век, поверьте, не так уж и мало. Кстати, при желании, установить такое устройство можно в систему отопления с любым котлом – есть, правда, один недостаток, с которым придется смириться – это его габариты (если нет специального помещения (топочной), то он займет достаточно много полезной площади).

теплоаккумулятор для твердотопливного котла фото

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла фото

Работает теплоаккумулятор для твердотопливного котла элементарно просто – по сути, это большой, хорошо утепленный накопительный резервуар, в который во время работы котла поступает максимально нагретый теплоноситель. Благодаря тому, что он врезается в систему отопления первым от кола, вода в нем постоянно обновляется с большой скоростью и имеет самую высокую температуру. Когда котел из-за отсутствия топлива прекращает свою работу, остывшая в магистральных трубопроводах вода постепенно начинает выдавливать горячий теплоноситель из бака в систему, тем самым обеспечивая ее бесперебойную работу на ваше благо. Следует понимать, что ресурс этого устройства является ограниченным, и надолго его не хватит. Хотя при надлежащей настройке системы и качественном утеплении здания теплая ночь вам обеспечена будет!

теплоаккумуляторы для отопления фото

Теплоаккумуляторы для отопления фото

Бак теплоаккумулятор: функции и внутреннее устройство

Современный бак для накопления тепловой энергии представляет собой достаточно сложный агрегат, который в состоянии выполнять сразу несколько функций. Одновременно он может служить для таких целей.

  1. Накопление нагретой котлом воды и последующая ее отдача по требованию системы отопления.
  2. Защита котельного оборудования от перегрева.
  3. Объединение в один контур нескольких источников тепла (к нему одновременно можно подсоединить от двух и более котлов – все зависит от модели бака).
  4. Увеличение КПД системы до максимума. При повышенных температурных режимах работы системы экономятся энергоресурсы – снижается количество загружаемого в котел топлива.
  5. Стабилизация температурного режима во всем доме.
  6. Обеспечение дома горячей водой.
устройство теплоаккумулятора фото

Устройство теплоаккумулятора фото

Для решения вот таких задач и придумали инженеры устройство под названием «теплоаккумулятор для котла». Как он устроен? Начнем с того, что это устройство представляет собой огромную бочку объемом от 350 до 3500л, и использовать его можно с одинаковым успехом как в открытых, так и в закрытых отопительных системах. Внутрь этого огромного и капитально утепленного бака помещено несколько змеевиков, которые подключаются к различным нагревательным приборам – как вы уже поняли, именно эти змеевики нагревают воду в баке. Впоследствии, когда котел отключается, через эти же змеевики осуществляется и отбор тепла для нагрева воды в системе отопления. Мало того, нагретая вода также отдает тепло змеевику, который отвечает за снабжение дома горячей водой. Существует и другая схема устройства теплоаккумулятора – в более простых моделях теплоноситель, нагретый котлом, попадает непосредственно в бак, в котором процесс подпитки системы осуществляется благодаря естественной конвекции воды. А с помощью змеевиков или, как их еще называют, теплообменников, с теплоаккумулятора забирают тепло для горячего водоснабжения и с их же помощью подключаются дополнительные источники тепла.

теплоаккумулятор для котла фото

Теплоаккумулятор для котла фото

Теплоаккумулятор для отопления: схема подключения

Для человека, который занимается монтажом отопительных систем, подключение теплоаккумулятора не является проблемой, да и для обычного человека, задавшегося целью самостоятельно обвязать это устройство, имеются все шансы сделать это правильно. Если вы знакомы с принципами соединения труб, то все получится самым лучшим образом. В целом же, схема подключения теплоаккумулятора выглядит следующим образом. 1. Обратный трубопровод – в теплоаккумуляторе он проходит транзитом через весь бак (имеется вход и выход обратки диаметром полтора дюйма). Для начала нужно соединить бак с обраткой котла – на этом промежутке трубопроводов устанавливается циркуляционный насос, который гонит теплоноситель из емкости в котел, расширительный бак и отсекающий кран. С другой стороны теплоаккумулятора также монтируется отсекающий кран и еще один циркуляционный насос – дальше следует обратный трубопровод системы отопления. 2. Подающий трубопровод. Здесь все точно так же, как и с обратным трубопроводом, только отсутствуют насосы и расширительный бак, а есть лишь отсекающие краны. Диаметр подключения подачи точно такой же, как и обратки, и составляет полтора дюйма.

схема подключения теплоаккумулятора

Схема подключения теплоаккумулятора

Как видите, обвязка теплоаккумулятора имеет несложную схему, но это если дело касается небольших систем отопления, нагрев которых производится одним котлом. Если оборудование будет добавляться, то, естественно, и схема начнет усложняться. И не стоит забывать о перегреве этой емкости, чтобы предотвратить его последствия, в обязательном порядке нужно установить взрывной клапан и датчики давления и температуры теплоносителя – для этого в емкости предусматриваются специальные патрубки.

Как изготовить и подключить теплоаккумулятор своими руками

Решить вопрос, как изготовить теплоаккумулятор для отопления своими руками, не очень сложно, особенно если вы умеете пользоваться сварочным аппаратом. Простейший конденсатор тепла, в задачи которого входит увеличение КПД системы отопления, представляет собой обыкновенную, хорошо утепленную емкость, в которую врезаны патрубки для подключения трубопроводов и некоторого оборудования в виде датчиков температуры, давления и взрывного клапана. Изготовить такое устройство можно либо из трубы большого диаметра, либо из листового железа – из этих материалов собирается полностью герметичная емкость, в которую впоследствии врезается два патрубка для подключения подающих трубопроводов (их вваривают в самой верхней точке бака) и два патрубка для обратного трубопровода (ввариваются в самой нижней точке емкости). Каждая пара резьбовых патрубков устанавливается четко друг напротив друга. Теперь вверху бака дополнительно ввариваем полудюймовые муфты (минимум 2шт.) и в них устанавливаем термометр и взрывной клапан. Последний при обвязке лучше подключить к дренажному каналу стационарным трубопроводом.

как сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками фото

Как сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками фото

Завершающим этапом изготовления теплоаккумулятора своими руками является его теплоизоляция – в заводских условиях для этого используется двухкомпонентный полиуретановый герметик (монтажная пена), но ничего страшного не произойдет, если утепление бака осуществить обычной монтажной пеной. Дело здесь только в стоимости утепления – лучше обзавестись пистолетом и производить утепление бака профессиональными баллонами монтажной пены. В принципе, бак готов к подключению и эксплуатации, но если вам не нравится его внешний вид, то можете поместить его в еще один корпус, самостоятельно изготовленный из тонколистовой стали.

В завершение темы несколько слов о рациональности использования теплового аккумулятора в системах отопления. Как и говорилось выше, его применяют в системах отопления с твердотопливными котлами или солнечными коллекторами. Но и в других ситуациях его применение будет полностью оправдано. Взять, к примеру, электрокотел и оплату за потребленную им энергию по двухтарифному счетчику – ночью энергия дешевле, и его можно включать на полную катушку. Днем же его функцию частично будет выполнять теплоаккумулятор. Экономия налицо. Точно так же обстоят дела и с газовым котельным оборудованием – здесь экономичная работа отопительной системы достигается за счет циклов поочередного использования теплоаккумулятора и самого котла. Кроме того, бак, установленный первым от котла, будет дольше поддерживать в нем высокую температуру и, как результат, перерывы между включением и выключением газовой горелки будут значительно больше. Автор статьи Александр Куликов

Хранение теплового тепла в материалах

Тепловая энергия может храниться как материальное тепло в материале путем повышения его температуры.

Накопленное тепло или энергию можно рассчитать как

q = Vρc p dt

= mc p dt (1)

, где

q = накопленное разумное тепло в материале (J, Btu)

V = объем вещества (м 3 , футы 3 )

ρ = плотность вещества (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

м = масса вещества (кг, фунт)

c p = удельная теплоемкость вещества (Дж / кг o C, Btu / фунт o F)

dt = изменение температуры ( o C, o F )

  • 1 кДж / (кг К) = 0.2389 БТЕ / (фунт м o F)

Пример - тепловая энергия, хранящаяся в граните

Тепло накапливается в граните 2 м 3 , нагревая его от 20 o C до 40 или С . Плотность гранита составляет 2400 кг / м 3 , а удельная теплоемкость гранита составляет 790 Дж / кг o C . Тепловая тепловая энергия, запасенная в граните, может быть рассчитана как

q = (2 м 3 ) (2400 кг / м 3 ) (790 Дж / кг o C) ((40 o ) C) - (20 или C))

= 75840 кДж

q кВтч = (75840 кДж) / (3600 с / ч)

= 21 кВтч

Пример - Тепло, необходимое для нагрева воды

Тепло, необходимое для нагрева 1 фунт воды на 1 градус Фаренгейта , когда удельная теплоемкость воды составляет 1.0 БТЕ / фунт o F можно рассчитать как

q = (1 фунт) (1,0 БТЕ / фунт o F) (1 o F )

= 1 Btu

Калькулятор накопления тепловой тепловой энергии

Этот калькулятор можно использовать для расчета количества тепловой энергии, хранящейся в веществе. Калькулятор можно использовать как для единиц СИ, так и для имперских единиц, если использование единиц является единообразным.

V - объем вещества (м 3 , футы 3 )

ρ - плотность вещества (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

c p - удельная теплоемкость вещества (Дж / кг o C, БТЕ / фунт o F)

dt - изменение температуры ( o C, o F )

.
Как эффективно использовать свои накопительные нагреватели с помощью Economy 7
How to run your storage heaters efficiently using Economy 7

[Обновление: поскольку атомные и угольные станции в Великобритании свернуты, это может означать смерть тарифа «Экономика 7». Это будет означать, что накопительные нагреватели станут более дорогими в эксплуатации, и поэтому мы больше не рекомендуем людям устанавливать новые накопительные нагреватели. Прочитайте наш последний совет здесь под заголовком «Будущее накопительных нагревателей».]

Do storage heaters still have a place in the home?

Эконом 7 и накопительные нагреватели

Чтобы максимально использовать накопительный обогреватель, вам необходимо использовать тариф Economy 7.К сожалению, многие люди не знают, как лучше всего это использовать, и в итоге они заряжают свои нагреватели не в то время.

Самый простой способ понять накопительные нагреватели - это представить их как большую аккумуляторную батарею; они требуют зарядки перед разрядкой содержащейся в них энергии. С тарифами «Экономика 7» электричество поставляется в ваш дом по двум тарифам: дорогое «в пиковое время» и дешевое «непиковое» электричество. Самый дешевый способ «перезарядить» накопительный нагреватель - это использовать дешевое «непиковое» электричество, но так получилось, что он доступен только в середине ночи - обычно с 12 до 7 часов утра. ,

Если вы заряжаете нагреватель для хранения в середине дня, то с вас взимается максимальная ставка, и это быстро становится очень дорогим способом обогрева дома.

Будет ли нагревать накопительные нагреватели?

В отличие от батареи, которая будет сохранять большую часть заряда до тех пор, пока она не понадобится, обогреватель начнет терять тепло практически сразу. Очевидно, что чем дольше накопительный нагреватель может сохранять тепло, тем он полезнее, и поэтому компании заставят вас платить больше за эти продукты.

Как правило, накопительный нагреватель теряет большую часть накопленного тепла в течение 12 часов. Это означает, что, если вы приходите с работы в 7 часов вечера, большая часть полезного тепла уже рассеется в доме - поэтому накопительный обогреватель не обеспечит повышение температуры, которого вы ожидаете от традиционной системы отопления.

Очевидно, что это можно в определенной степени смягчить, имея действительно хорошо изолированный дом, поскольку тепло не может выйти из дома.Однако любой твердый кирпич или неизолированная стена дома будет бороться.

Как настроить элементы управления нагревателем накопителя

Большинство накопительных нагревателей имеют 2 ключевых элемента управления:

  1. Выключатели питания - это определяет, используете ли вы непиковое пиковое электричество для зарядки накопительного нагревателя (помните, что непиковое энергопотребление значительно дешевле!)
  2. Элементы управления входом и выходом - элемент управления вводом определяет, сколько электроэнергии будет использовать нагреватель накопителя для зарядки (и, следовательно, количество доступного тепла после зарядки нагревателя накопителя).Регулятор мощности контролирует скорость, с которой нагреватель аккумулирует тепло в помещение.

С точки зрения эксплуатации нагревателей для хранения наиболее эффективным (и самым дешевым) способом, первое, что нужно убедиться, это то, что вы не используете пиковый выключатель электропитания без крайней необходимости - очевидно, вы не хотите простудиться, но старайтесь избегать использования этого, если только в середине зимы, когда вам нужно повышение температуры. Идея состоит в том, чтобы аккумуляторная батарея заряжалась только в непиковые часы.

Зимой вы захотите установить максимальное управление входом - это позволит максимально заряжать накопительный нагреватель. Летом вам может быть неудобно выключить входной регулятор (или даже выключить его), так как вам не нужно много тепла для дома.

Очевидно, что включение регулятора мощности на выходе будет означать, что нагреватель накопителя нагревается очень рано утром, поэтому он не идеален, если вы хотите согреться по вечерам. Если у вас есть новый обогреватель для хранения, он должен быть , а - сохранять тепло до середины / позднего вечера - тогда вы должны увеличить мощность, чтобы в доме было тепло, когда вы вернетесь домой.

Убедитесь, что вы обнуляете выходной сигнал, когда вы не дома или когда ложитесь спать - нет смысла выделять тепло, когда нагреватель аккумулятора заряжается, поскольку это означает, что он не будет «заряжаться», когда он вам нужен - вместо этого он будет функционировать больше как электрический радиатор.

Солнечные фотоэлектрические и накопительные нагреватели

Некоторые люди спрашивают, стоит ли использовать их накопительные нагреватели от электричества, генерируемого солнечной фотоэлектрической энергией. Ответ на этот вопрос не так прост, как вы думаете.

Во-первых, вы обычно используете больше тепла зимой, когда ваши панели не вырабатывают столько электроэнергии, сколько летом. Аккумуляторы требуют много электричества, и если бы вы использовали их весь день в течение зимы, а не ночью, дополнительная электроэнергия в виде пиковой мощности, которая вам понадобилась бы в дополнение к солнечным батареям, была бы непомерной, если у вас не было действительно большой мощности 10 кВт + система (40 панелей).

Солнечные фотоэлектрические оптимизаторы и накопительные нагреватели

Сказав это, есть способы заставить солнечные и накопительные нагреватели работать на вас.Такие технологии, как Apollo Gem или Optimmersion, работают, используя всю оставшуюся неиспользованную энергию, генерируемую вашей солнечной системой, которая в противном случае вернулась бы в сеть.

Обычно это используется для нагрева воды, но нет никаких причин, по которым вы не можете подключить ее к накопительным нагревателям. Этого будет недостаточно для удовлетворения всех ваших потребностей в отоплении, и вам все равно понадобится цикл зарядки ночью, но вы можете использовать его, чтобы пополнить отопление в течение дня и убедиться, что у вас осталось некоторое полезное тепло, когда вы возвращайся домой вечером.

Установка накопительных нагревателей

Нужны новые накопительные нагреватели? Мы обыскали страну для лучших торговцев, так что мы можем быть уверены, что рекомендуем только тех, кому действительно доверяем.

Если вы хотите, чтобы мы нашли для вас местного установщика нагревательных приборов, просто заполните форму ниже, и мы вскоре свяжемся с вами!

,
Новый материал выделяет накопленное тепло при слабом давлении - ScienceDaily

Исследователи из Токийского университета обнаружили новый тип материала, который накапливает тепловую энергию в течение длительного периода, который они назвали «керамика для аккумулирования тепла». Этот новый материал может быть использован в качестве материала для аккумулирования тепла для систем выработки солнечной тепловой энергии или для эффективного использования промышленных тепловых отходов, что позволяет рециркулировать тепловую энергию, поскольку материал высвобождает накопленную тепловую энергию по требованию путем приложения слабого давления.

Материалы, способные хранить тепло, включают такие, как кирпичи или бетон, которые медленно выделяют накопленное тепло, и другие, такие как вода или этиленгликоль, которые поглощают тепло при превращении из твердого вещества в жидкость. Однако ни один из этих материалов не может накапливать тепловую энергию в течение длительного периода времени, поскольку они естественным образом выделяют ее медленно с течением времени. Материал, который может накапливать тепловую энергию в течение длительного времени и выделять ее в нужный момент времени, станет благом для области возобновляемой энергии.

Керамика, аккумулирующая тепло, обнаруженная исследовательской группой профессора Окоши в Высшей школе наук Токийского университета, сохраняет тепловую энергию в течение длительного периода. Этот материал, называемый лямбда-тринитан-пентоксид типа полоски, состоит только из атомов титана и кислорода и может поглощать и выделять большое количество тепловой энергии (230 кДж / л). Эта запасенная тепловая энергия составляет приблизительно 70% от скрытой тепловой энергии воды в точке ее плавления. Кроме того, приложение слабого давления в 60 МПа (мегапаскаль) к лямбда-трититан-пентокиду полосового типа вызывает фазовый переход к бета-трититан-пентоксиду, высвобождая накопленную тепловую энергию.Помимо непосредственного применения тепла, тепловая энергия может быть сохранена путем пропускания электрического тока через материал или облучения его светом, что позволяет многократно поглощать и выделять тепловую энергию различными способами.

Лямбда-тринитан-пентоксид полосового типа представляет собой простой оксид титана, состоящий из множества элементов, и является экологически чистым. Ожидается, что нынешняя теплоаккумулирующая керамика станет новым кандидатом для использования в системах производства солнечной тепловой энергии, которые в настоящее время активно продвигаются европейскими странами, а также для эффективного использования промышленных тепловых отходов.Этот материал также имеет возможности для использования в современных электронных устройствах, таких как чувствительные к давлению листы, многоразовые электрогрелки, чувствительные к давлению датчики проводимости, запоминающее устройство с произвольным доступом с сопротивлением, управляемым электрическим током (ReRAM), и оптическая память.

История Источник:

Материалы предоставлены Токийским университетом . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

,
Хранение солнечной тепловой энергии с использованием парафинов в качестве материалов с фазовым переходом для систем кондиционирования воздуха в искусственной среде

1. Введение

Будучи одним из основных потребителей энергии, на здания приходится около 45% мирового потребления энергии с аналогичной долей теплиц. выбросы газов [1]. В связи с ростом населения, урбанизацией, экономическим ростом и улучшением качества жизни потребление энергии в строительном секторе продолжает расти. Исследование Международного энергетического агентства [2] показало, что без действий спрос на энергию в зданиях может увеличиться на 30% к 2060 году.Значительная часть спроса на энергию в зданиях приходится на строительные услуги, включая отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха (HVAC) и горячую воду для бытового потребления (ГВС) [3], в которых, согласно прогнозам, спрос на энергию для HVAC увеличится более чем на 70 % с 2010 по 2050 год [4]. С последних десятилетий интеграция возобновляемых источников энергии получила широкое признание в качестве одного из эффективных решений для снижения потребления энергии HVAC в зданиях, особенно использования солнечной тепловой энергии.В качестве одной из наиболее привлекательных возобновляемых источников энергии солнечная тепловая энергия является не только идеальным источником тепла для прямого обогрева помещений, но также может использоваться для обеспечения возобновляемого охлаждения (например, абсорбционное / адсорбционное охлаждение). Тем не менее, из-за того, что солнечная энергия является прерывистой, интеграция солнечных тепловых систем с накопителем тепловой энергии (TES), следовательно, имеет важное значение для рационализации управления энергией [5]. Среди различных технологий TES все большее внимание уделяется TES с использованием материалов с фазовым переходом (PCM).PCMs - это вещества, которые могут поглощать, хранить и выделять большое количество тепловой энергии в узком температурном диапазоне посредством фазовых переходов [6], в которых твердо-жидкие PCM с существенными альтернативами и небольшим изменением объема в процессе фазового перехода хорошо подходит для приложений TES в искусственной среде [7]. По сравнению с разумным накоплением тепла, TES с использованием ПКМ не только показывает значительное сокращение объема хранения [8], но также позволяет использовать тепловую энергию при относительно постоянных температурах [9].

PCMs в основном классифицируются как органические, неорганические и эвтектические материалы, в которых органические PCMs могут быть далее классифицированы как парафины и непарафины [10], как показано на рисунке 1. Как PCMs, парафины имеют широкий диапазон температур фазового перехода [11], охватывающий диапазон температур от минус до более 100 ° C [12]. Помимо желаемых температурных диапазонов изменения фазы, парафины обладают преимуществами конгруэнтного фазового перехода, самопроизвольного зародышеобразования во избежание переохлаждения, некоррозионной активности, длительной химической стабильности без сегрегации и коммерческой доступности при разумных затратах [13, 14].Однако парафины имеют воспламеняемость, низкую теплопроводность и относительно низкую объемную плотность скрытого тепла [15, 16].

Рисунок 1.

PCM классификации.

Благоприятные температуры фазового перехода парафинов с температурами фазового перехода около 60 ° C и выше, наряду с другими вышеупомянутыми преимуществами, делают его одним из желаемых кандидатов на солнечную TES в искусственной среде для облегчения HVAC с солнечной помощью и поколение ГВС.В этой главе основное внимание уделяется солнечной TES с использованием PCM на основе парафина (с температурой изменения фазы и выше 60 ° C) для облегчения кондиционирования воздуха в помещениях в искусственной среде. Эта глава построена следующим образом: Раздел 2 содержит обзор солнечной ТЭС с использованием ПКМ на основе парафина, который можно использовать для облегчения кондиционирования воздуха в помещениях. В разделах 3 и 4 представлены два тематических исследования систем лучистого обогрева и осушителя с помощью солнечных батарей с РСМ на основе парафина, соответственно.Раздел 5 содержит краткое изложение этой главы.

2. Обзор накопления тепловой энергии с использованием ПКМ на основе парафина в зданиях

Существует два основных популярных подхода к использованию парафинов в качестве ПКМ в искусственной среде. PCM на основе парафина могут быть интегрированы с солнечными тепловыми коллекторами для повышения теплового кпд системы, одновременно выступая в качестве TES на месте. В качестве альтернативы, они могут использоваться в качестве независимых блоков TES, соединяющихся с солнечными тепловыми коллекторами, чтобы обеспечить непрерывную подачу тепла для стороны спроса.В обоих подходах сначала необходимо выполнить заправку парафинов генерируемым теплом, а затем извлекать тепло с использованием теплоносителей (HTF) для конкретных применений (например, нагрев или охлаждение помещения). Соответственно, следующий обзор в основном разделен на два подраздела на основе двух этапов. Использование PCES TES на основе парафина в различных солнечных системах горячего водоснабжения также обсуждалось и было включено в первый подраздел, поскольку существует потенциальная возможность использования горячей воды, генерируемой для привода систем кондиционирования воздуха.PCM на основе парафина, используемые для TES в искусственной среде в этом обзоре, приведены в таблице 1.

Индекс PCM Температура фазового перехода Место применения Приложение ссылка
1 RT65 55–66 ° C Солнечный коллектор - плоская пластина Водонагреватель [19]
2 Парафин 58.7–60,5 ° C Солнечный коллектор - плоская пластина Водяной нагрев [20]
3 Парафин 64 ° C Солнечный коллектор - эвакуированные трубы Нагрев воды [22]
4 Тритриконтан 72 ° C Солнечный коллектор - откачанные трубы Водонагреватель [23]
5 Парафин 58–62 ° C Солнечный коллектор - эвакуированный трубы Водяное отопление [24, 25]
6 Парафин 60 ° C Установка TES - уплотненный слой и резервуар HTF Водонагревание [28]
7 Парафин 62 ° C Единица TES - уплотненный слой и резервуар HTF Нагрев воды [29]
8 Парафин 60 ± 2 ° C Единица TES - H Резервуар TF Нагрев воды [30]
9 Парафин 55–62 ° C Установка TES - резервуар HTF Нагрев воды [31]
10 Парафин 60–62 ° C Установка TES - уплотненный слой и теплообменник Нагрев воды [32]
11 Парафин 56.06–64,99 ° C Блок TES - теплообменник Водяной нагрев [33]
12 Парафин 60 ° C Блок TES - теплообменник Воздушный нагрев [34]
13 RT65 55–66 ° C Агрегат TES - уплотненная кровать Нагрев воды [21]
14 RT60 55–61 ° C Агрегат TES - теплообменник Охлаждение твердого осушителя [35]
15 RT65 57–68 ° C Установка TES - теплообменник Охлаждение твердого осушителя [35]
16 RT70HC 69–71 ° C Установка TES - теплообменник Охлаждение твердым осушителем [35]
17 Парафин 67.2 ° C (оптимальное значение) Установка TES - теплообменник Охлаждение твердого осушителя [36]
18 RT82 77–85 ° C Установка TES - теплообменник Влагопоглотитель жидкий охлаждение [37, 39]
19 RT100 99 ° C Установка TES - теплообменник Охлаждение жидким влагопоглотителем [40]
20 Парафин 6– 62 ° C Ограждающие конструкции Теплый пол с подогревом [41]

Таблица 1.

Сводка парафинов, используемых в качестве ИКМ для ТЭС в искусственной среде.

2.1 Хранение солнечной тепловой энергии с использованием PCM на основе парафина

2.1.1 Интеграция PCM на основе парафина с солнечными тепловыми коллекторами

Интеграция PCM с солнечными коллекторами может не только снизить самую высокую температуру солнечных коллекторов, тем самым увеличивая срок службы [17] и повышения теплового КПД системы [18], но и выполнять на месте тепловой накопления [19]. Например, парафин с температурой фазового перехода около 60 ° C был усилен с использованием присадок nano-Cu и ламинирован в плоском солнечном коллекторе Al-Kayiem и Lin [20] для нагрева воды.Экспериментальное исследование показало, что значительное улучшение термического КПД было достигнуто при интеграции парафина в солнечный коллектор; однако увеличение теплопроводности с использованием частиц наночастиц Cu показало ограниченные преимущества. Haillot et al. Подготовили несколько композитов PCM / сжатый вспененный природный графит (CENG) и интегрировали их под плоский солнечный водонагреватель. [19, 21] для повышения тепловых характеристик. Характеристика ряда кандидатов в ПКМ показала, что состав ПКМ на основе парафина, т.е.е. RT65 / CENG был наиболее подходящим материалом для использования из-за его высокой термостойкости, проводимости и плотности хранения. Было обнаружено, что солнечная доля системы, использующей композит RT65 / CENG, может быть эффективно увеличена летом; однако, низкая солнечная доля была обнаружена зимой из-за высокой потери тепла плоских солнечных коллекторов.

Что касается низких тепловых потерь, интеграция РСМ на основе парафина с откачанными трубными коллекторами представляется более перспективной. Например, парафиновый воск с температурой плавления 67 ° C был заполнен в коллекторе солнечных коллекторов с тепловыми трубками с откачанной трубкой в ​​качестве блока TES PCM от Naghavi et al.[22] для улучшения производительности горячего водоснабжения. Численное исследование показало, что предлагаемая система с PCM может поддерживать высокую тепловую эффективность 55–60%, которая менее чувствительна к изменению расхода воды на выходе, по сравнению с обычной системой ГВС без TES PCM. Tritriacontane (то есть C33H68) и эритритол были интегрированы в вакуумированные пробирки одновременно Papadimitratos et al. [23], чтобы получить функциональность хранения тепла при одновременном повышении тепловой эффективности системы.Была проведена серия экспериментов на основе солнечных водонагревателей с усилением PCM. Результаты показали, что вакуумированные пробирки со встроенным парафином (то есть тритриаконтаном) превзошли пробирки с эритритом в нормальном режиме работы с непрерывной циркуляцией воды благодаря надлежащей температуре фазового перехода около 72 ° C. Также было обнаружено, что термический кпд улучшился на 26% при нормальной работе с использованием обоих PCM одновременно, по сравнению с традиционным солнечным водонагревателем (SWH) без использования PCM.Парафиновый воск с температурой плавления 58–62 ° C был использован в качестве PCM и помещен в вакуумированные пробирки для хранения тепловой энергии Abokersh et al. [24]. Теплопередача между водой и ПКМ была достигнута с помощью различных U-образных теплообменников с ребрами внутри и без них, соответственно. Экспериментальные испытания показали, что общая энергоэффективность может быть улучшена на 35,8 и 47,7% для эвакуированных труб с PCM с ребрами и без них, соответственно, по сравнению с традиционной системой SWH с принудительной рециркуляцией.Дальнейшее исследование [25] показало, что даже использование ребер препятствовало конвективному теплообмену в расплавленном ПКМ во время процесса зарядки, а его существенный вклад в усиление теплообмена во время процесса разряда ПКМ способствовал повышению общей энергоэффективности системы.

2.1.2 Использование PCM на основе парафина в качестве блоков TES

Когда PCM использовался независимо от солнечных тепловых коллекторов, одним из сценариев является установка компонента TES PCM в резервуарах теплоносителя для обеспечения гибридного накопления чувствительного и скрытого тепла ,В этом сценарии, помимо увеличения емкости TES, PCM на основе парафина также играют роль в усилении термического расслоения воды в резервуарах [26], что уменьшает потери, вызванные прямым смешиванием холодной воды с горячей водой. Сообщалось, что выбор ПКМ с правильной температурой изменения фазы и геометрией удержания был значительным [27]. Например, инкапсулированный PCM был упакован в резервуар для воды в виде комбинированной установки TES для чувствительной и скрытой теплоты [28] для применения в ГВС.Используемый PCM представляет собой парафин (с температурой плавления 60 ° C), заключенный в сферические капсулы. Были проведены два типа экспериментов по разгрузке с непрерывным и периодическим процессами извлечения горячей воды, из которых было обнаружено, что периодический разряд лучше всего подходит для применений с периодическими потребностями в горячей воде. Аналогичный слой из PCM TES с парафином (с температурой плавления около 62 ° C), заключенным в сферические капсулы, был протестирован Ledesma et al. [29] для системы SWH.Численный анализ тепловых характеристик показал важность согласования системы в сочетании с блоком TES PCM и системой SWH, температура воды на выходе которой должна быть достаточно высокой для зарядки PCM. Парамафин, заключенный в алюминиевые баллоны, был использован в качестве теплоносителя Padmaraju et al. [30] для системы ГВС. Результаты сравнительных испытаний показали, что тепловая энергия, запасенная в системе TES PCM на основе парафина, намного превышает энергию, запасаемую в системе аккумулирования разумного тепла того же размера, что и резервуар для хранения.Аналогичный вывод был сделан Каниможи и Бапу [31] в ходе экспериментального испытания на основе системы TES с парафином, заполненным рядом медных трубок.

В отличие от первого сценария, второй сценарий использовал блоки TES PCM в качестве теплообменников только для скрытого хранения тепла. В этом сценарии более высокая эффективность теплопередачи является одним из ключевых моментов. Например, Aldoss и Rahman [32] численно исследовали установку TES на водной основе с несколькими слоями PCM для хранения солнечного тепла, в которой три типа парафинов с разными температурами фазового перехода были заключены в сферические капсулы и размещены на разных участках. блока TES, служащего различными этапами накопления тепловой энергии.Было обнаружено, что конструкция с несколькими PCM может улучшить динамические характеристики системы за счет увеличения скорости зарядки и разрядки. Однако при дальнейшем увеличении числа ступеней можно достичь только ограниченного теплового эффекта. Mahfuz и соавт. Парафиновый воск (с температурой плавления около 56–65 ° C) был вытянут в клеточную сторону кожухотрубного теплообменника. [33] для накопления тепловой энергии в системе SWH. Энергия, эксергия и стоимость жизненного цикла системы были проанализированы экспериментально при различных скоростях потока.Было обнаружено, что более высокая скорость потока была полезна для достижения более высокой энергоэффективности и более низкой стоимости жизненного цикла, в то время как это приводило к более низкой эффективности эксергии. Karthikeyan and Velraj [34] протестировали воздушную насадку PCM с уплотнением, чтобы подтвердить ряд скрытых моделей TES с набивкой. Экспериментальное измерение было использовано для определения подходящих моделей для блоков с уплотненным слоем PCM TES при использовании различных рабочих жидкостей в качестве HTF.

2.2 Системы отопления, вентиляции и кондиционирования на основе парафина. PCM

После зарядки тепловой энергией ПКМ на основе парафина могут использоваться для облегчения непосредственного обогрева внутреннего пространства или для охлаждения внутреннего пространства с помощью охлаждающих устройств с осушителем.В качестве HTF в системах может использоваться воздух или вода, в зависимости от требований регенерации. Например, воздушная установка PCM TES была соединена с солнечной энергией системы охлаждения с вращающимся осушителем Ren et al. [35], чтобы преодолеть несоответствие между потребностью в энергии для регенерации осушающего колеса и выработкой тепловой энергии от гибридного фотоэлектрического теплового коллектора-солнечного воздухонагревателя (PVT-SAH). Возможность использования четырех PCM на основе парафина (то есть RT55, RT60, RT65 и RT70HC) в качестве среды TES была исследована численно в предлагаемой системе.Результаты определили почти оптимальную конструкцию системы для отдельных сценариев, в которой RT65 оказался оптимальным PCM на основе парафина. При увеличении температуры регенерации с 60 до 70 ° C коэффициент неудовлетворительного отношения влажности приточного воздуха может быть снижен с 24,2 до 6,0%, несмотря на то, что он уменьшил вклад солнечной энергии со 100,0 до 82,6%. Затем PVT-SAH и PCM-системы с вращающимся осушителем были дополнительно оптимизированы для максимизации энергетических характеристик теми же авторами [36] с использованием многослойной нейронной сети персептрона и генетического алгоритма.Было обнаружено, что температура фазового перехода PCM является одним из наиболее важных факторов, оптимальное значение которого составляет 67,2 ° C. Оптимизация дизайна определила оптимальный дизайн; с помощью которого удельная чистая выработка электроэнергии и солнечный тепловой вклад предлагаемой системы могут достигать 10,32 кВт · ч / м, , 2, и 99,4%, соответственно, по сравнению с 3,77 кВт · ч / м, , 2, и 91,5% для базовой линии. дело без оптимизации. Эти исследования показали важность использования парафина с надлежащими тепловыми свойствами и оптимальным соединением TES PCM в системе охлаждения с осушителем при солнечной энергии для повышения производительности.

Кроме охлаждения твердого осушителя, сообщалось также о PCES TES на основе парафина, предназначенном для регенерации жидких осушающих материалов. Например, Al-Abidi et al. Разработали трехтрубный трубчатый теплообменник со встроенным PCM в качестве блока TES. [37, 38] и Mat et al. [39] для систем кондиционирования воздуха с влагопоглотителем. Был проведен ряд численного моделирования и экспериментальных исследований для изучения тепловых характеристик блока TES PCM. Результаты показали, что требуемое время фазового перехода может быть уменьшено более чем на 50%, если триплексная трубка интенсивно оребрена как изнутри, так и снаружи, и процесс плавления РСМ может быть ускорен путем нагрева с обеих сторон триплексной трубки.Агрегаты PCM TES с различными технологиями улучшения теплообмена, включая круглые ребра, продольные ребра и многотрубные системы, были разработаны и экспериментально исследованы Агьенимом [40] для облегчения систем охлаждения с поглощением солнечной энергии и систем отопления / горячего водоснабжения. Было обнаружено, что многотрубные и продольные оребренные блоки TES PCM продемонстрировали наиболее благоприятные характеристики зарядки и разрядки, чья общая эффективность использования тепловой энергии достигла 83,2% и 82,0% соответственно.Поэтому было рекомендовано объединить два метода улучшения теплопередачи для оптимизации тепловых характеристик блока TES PCM.

Стоит отметить, что еще одним потенциальным применением парафинов является интеграция PCM на основе парафинов в строительные оболочки для управления спросом. Например, несколько стабилизированных по форме РСМ были получены Zhang et al. [41], в котором те, с температурой плавления 60–62 ° C, были разработаны для электрической системы обогрева пола, тем самым облегчая смещение пиковой нагрузки и используя тариф на электроэнергию.Авторы подчеркнули, что энергоэффективность здания может быть значительно улучшена путем сочетания лучистого отопления пола и хранения тепла. Несмотря на то, что слой PCM, о котором сообщалось в этом исследовании, использовал электрическое тепло в качестве источника тепла, его можно легко модифицировать, интегрируя с гидравлическим трубопроводом / воздуховодом горячей воды / воздуха для хранения и распределения солнечного тепла.

3. Пример из практики I: система отопления на солнечной энергии с интегрированными РСМ на основе парафина

Рационализация использования солнечной тепловой энергии является альтернативным решением для облегчения отопления помещений.Рисунок 2 иллюстрирует схему системы лучистого отопления с солнечной батареей со встроенным PCM TES на основе парафина. Он состоит в основном из вакуумных трубчатых солнечных коллекторов, блока PCM TES на основе парафина, двух насосов, вспомогательного электрического нагревателя, оконечных теплораспределительных устройств, которые являются излучающими панелями пола в данном исследовании, и соответствующей системы трубопроводов. В этой системе солнечные коллекторы с вакуумированными трубами использовались для выработки горячей воды, которую затем можно было подавать для обогрева помещений непосредственно через излучающие панели для обогрева пола, или использовать для зарядки блока TES PCM, или и того и другого, в дневное время.В ночное время нагрев внутреннего помещения осуществлялся путем циркуляции воды между блоком TES PCM и нагревательными панелями для обогреваемого пола для извлечения накопленного тепла для отопления внутреннего пространства. Стоит отметить, что поток нагнетаемой воды, направляемый через TES PCM, является обратным по сравнению с потоком нагнетаемой воды, чтобы максимизировать тепловые характеристики блока TES PCM. Температура приточной воды для излучающих панелей пола поддерживалась постоянной, смешивая фракцию возвратной воды с горячей водой, подаваемой из вакуумированной трубки или блока TES PCM.Вспомогательный электрический нагреватель можно использовать для поддержания желаемой температуры приточной воды, когда генерируемая или накапливаемая тепловая энергия недостаточна. Потребность в отоплении помещений была удовлетворена путем изменения расхода горячей воды через излучающие панели пола путем изменения рабочей скорости насоса подачи воды.

Рис. 2.

Схема системы лучистого отопления на солнечной батарее со встроенным PCM TES на основе парафина.

Производительность системы оценивалась численно с использованием студии моделирования TRNSYS [42].При системном моделировании моделировалась тепловая нагрузка на здание типичного австралийского дома с площадью кондиционированного пола 150 м 2 [43, 44] в зимних погодных условиях Сиднея, которая использовалась в качестве потребности в отоплении, покрываемой Предлагаемая система. Эта нагрузка на отопление здания была смоделирована с использованием Типа 56 в TRNSYS на основе настройки температуры воздуха в помещении 20 ° C и внутренних нагрузок, графика занятости и внутренних регулируемых настроек затенения, требуемых Австралийской общенациональной системой энергетического рейтинга домов (NatHERS) [45].Солнечный коллектор с откачанной трубкой, вспомогательный электрический нагреватель и используемые насосы были смоделированы с использованием Типа 71, Типа 6 и Типа 3 в TRNSYS, соответственно. Нагревательные панели излучающего пола были смоделированы с использованием модернизированного Типа 1231, который был слегка пересмотрен путем замены средней разности температур на логарифмическую среднюю разницу температур для повышения ее точности. Блок PCM TES представлял собой теплообменник типа «труба в резервуаре» на водной основе, в котором парафин был капсулирован на стороне трубы, а вода протекала через сторону цилиндра.Модель PCM TES была разработана с использованием усовершенствованного метода энтальпии для точного моделирования процесса изменения фазы и метода конечных разностей для дискретизации уравнений баланса энергии. Аналогичная модель PCM TES может быть найдена в Bourne и Novoselac [46]. Используемая PCM на основе парафина представляет собой коммерческий продукт PCM RT69HC от Rubitherm [47], с номинальной температурой фазового перехода около 69 ° C. Основные параметры, используемые при оценке производительности числовой системы, приведены в таблице 2.

Параметр Тепловое излучение Охлаждение влагопоглотителем
Площадь солнечного коллектора с вакуумной трубкой (м 2 ) 26.24 59.04
Тип парафина PCM Rt69HC [47] RT69HC [47]
Общее количество PCM на парафиновой основе (кг) 632,7 1476,3
Мощность насоса в контуре солнечного теплоотвода ( Вт) 15 38
Максимальная мощность насоса в цепи питания (Вт) 35 80
Настройка температуры приточной воды (° C) 60 64
Максимальная мощность приточного вентилятора (Вт) - 533.3
Максимальная мощность вентилятора регенерации (Вт) - 533.3
Настройка влажности воздуха на выходе осушителя (г / кг) - 8.1

Таблица 2.

Основные параметры, используемые при оценке эффективности систем лучистого отопления и осушителя с помощью солнечных батарей с интегрированным PCM TES на основе парафина.

На рисунке 3 представлены характеристики системы лучистого отопления с солнечной батареей с PCM на основе парафина в течение 3 зимних дней (обратите внимание, что результаты моделирования за дополнительный день до 3-х дней испытаний не сообщались, чтобы избежать влияния исходных значений ).Из рисунка 3а видно, что солнечная тепловая энергия, которая собирается и хранится, может полностью покрыть потребность в отоплении. Насосы были единственными потребителями энергии, в которых насос в контуре сбора солнечного тепла был включен в дневное время, когда солнечной энергии было достаточно для нагрева воды, в то время как энергопотребление насоса в контуре питания, казалось, представляло собой пропорциональная тенденция к отопительной нагрузке. Общая потребляемая мощность составила всего 0,52 кВт · ч, что намного ниже потребности в отоплении, равной 115.33 кВт-ч за 3 дня испытаний. Рисунок 3b иллюстрирует изменение температуры воды на входе и выходе блока TES PCM на основе парафина. Когда горячая вода из солнечного коллектора с вакуумированной трубкой использовалась для зарядки PCM (выделена красным фоном), можно наблюдать явный процесс термической зарядки, который представлял собой относительно постоянную температуру воды на выходе из блока TES PCM. В течение периода выгрузки PCM из-за обратного потока воды через блок TES PCM была достигнута высокая температура воды на выходе из блока TES PCM.Это позволило обеспечить подачу высокотемпературной воды для отопления помещений, хотя возвратная вода из обогревающих панелей пола была низкой. Соответственно, процент накопления тепловой энергии в PCM на основе парафина быстро увеличивался в течение периодов зарядки PCM, а затем постепенно уменьшался в течение периодов разрядки PCM, который варьировался от 48,96 до 91,54% в течение 3 тестовых зимних дней.

Рисунок 3.

Результаты моделирования для системы лучистого отопления с солнечной батареей со встроенным PCM TES на основе парафина.(а) Потребляемая мощность и потребность в тепловой энергии. (b) Температура воды на входе и выходе из блока PCM TES на основе парафина.

4. Ситуационное исследование II: система охлаждения на солнечной батарее с интегрированными РСМ на основе парафина

Системы охлаждения с вращающимся осушителем, которые сочетают технологии осушения с вращающимся осушителем и испарительного охлаждения, были признаны альтернативой традиционным системам кондиционирования воздуха с компрессией пара [ 48, 49]. Он предлагает такие преимущества, как отсутствие ХФУ, использование низкокачественной тепловой энергии и независимый контроль влажности и температуры, что, следовательно, является более энергоэффективным и экологически чистым, чем обычные системы кондиционирования воздуха с компрессией пара [49].В системе охлаждения с вращающимся осушителем охлаждение создается путем удаления влаги из технологического воздуха с использованием осушающих материалов, в то время как осушающие материалы затем необходимо регенерировать с использованием низкосортного тепла, для которого солнечная тепловая энергия является одним из наиболее перспективных источников. ,

На рисунке 4 показана схема системы охлаждения с осушителем при солнечной энергии со встроенным PCM TES на основе парафина. Он состоит из той же подсистемы сбора и хранения солнечного тепла, что и система отопления, представленная в разделе 3, и подсистемы охлаждения влагопоглотителя, включающей в себя колесо с твердым осушителем, вентилятор рекуперации тепла, теплообменник вода-воздух, косвенный испарительный охладитель, вспомогательный электрический обогреватель, два вентилятора и соответствующая система воздуховодов.В этой системе солнечное тепло, собираемое солнечными коллекторами с вакуумной трубкой и / или сохраняемое в блоке TES PCM на основе парафина, использовалось для нагрева окружающего воздуха для регенерации колеса с осушителем через теплообменник вода-воздух. PCM TES также может разъединять контур сбора солнечного тепла и цепь питания, так что извлечение накопленной тепловой энергии может происходить также в противотоке через блоки PCM TES в дневное время, если потребность в горячей воде была выше, чем вырабатываемая горячая вода. от солнечных коллекторов.Если тепла, переносимого водой, недостаточно для нагрева воздуха, будет использоваться вспомогательный электрический нагреватель. Колесо влагопоглотителя вместе с косвенным испарительным охладителем и блоком регенерации тепла использовались для охлаждения технологического воздуха. В непрямом испарительном охладителе часть технологического воздуха использовалась в качестве вторичного воздушного потока и, наконец, выпускалась в окружающую среду. Поток окружающего воздуха вводился и смешивался с возвратным воздухом после восстановления охлаждения из отработанного технологического воздуха, чтобы компенсировать несоответствие воздушного потока.Потребность в охлаждении в помещении была удовлетворена путем изменения скорости воздушного потока путем изменения рабочей скорости вентиляторов в подсистеме охлаждения влагопоглотителя. Стоит отметить, что для работы системы была назначена минимальная скорость потока приточного воздуха, чтобы избежать насыщения регенерационного воздуха после прохождения колеса с осушителем, и относительная влажность воздуха может быть дополнительно отрегулирована с помощью прямого испарительного охладителя перед подачей в систему. внутренняя среда для охлаждения пространства.

Рисунок 4.

Схема системы лучистого отопления на солнечной батарее со встроенным PCM TES на основе парафина.

Система моделирования для этой системы была создана с использованием TRNSYS, в которой используемые компоненты подсистемы сбора и хранения солнечного тепла были такими же, как и в системе отопления в разделе 3. Теплообменник, вентилятор рекуперации тепла, колесо осушителя косвенный испарительный охладитель, вспомогательный электрический нагреватель и вентиляторы были смоделированы с использованием Типа 5, Типа 760, Типа 716, Типа 757, Типа 6 и Типа 111, соответственно.Тот же типичный австралийский дом использовался для создания нагрузки охлаждения здания в летних погодных условиях Сиднея. В таблице 2 также обобщены основные параметры, используемые при оценке производительности числовой системы этой системы.

На Рисунке 5 представлены рабочие характеристики этой системы охлаждения с осушителем при солнечной энергии с интегрированной системой TES PCM на основе парафина за 3 летних дня. Из рисунка 5а видно, что потребляемая мощность предлагаемой системы была связана с работой насосов и вентиляторов, и дополнительное отопление от вспомогательного нагревателя не требовалось.Приточный и технологический вентиляторы в подсистеме охлаждения с осушителем потребляли гораздо больше энергии (30,55 кВтч), чем насосы (2,43 кВтч) в подсистеме сбора и хранения солнечного тепла. Даже вентиляторы были основными потребителями энергии, потребляемая мощность была намного ниже, чем потребность в тепле для регенерации колеса с осушителем, в результате чего высокое отношение тепла к мощности достигло среднего значения 16,55; и соответствующая средняя система COP достигла 14,37. На рисунке 5b эффективный процесс зарядки можно найти в течение периода зарядки PCM (выделено красным фоном), в то время как в течение периода разрядки PCM температура воды на выходе выше 68.88 ° C может быть достигнуто за счет эффективного извлечения тепловой энергии. Соответствующая доля накопления тепловой энергии в ПКМ на основе парафина в течение 3 летних испытательных дней колебалась от 0,52 до 103,85%, что свидетельствует о полном использовании емкости накопления тепловой энергии ИКМ.

Рисунок 5.

Результаты моделирования для системы охлаждения влагопоглотителя на солнечной батарее со встроенным PCM TES на основе парафина. (а) Потребляемая мощность и отношение тепла к мощности. (b) Температура воды на входе и выходе из ПКМ TES.

5. Выводы

Парафины, как одна из основных категорий материалов с фазовым переходом, предлагают благоприятные температуры фазового перехода для хранения солнечной тепловой энергии. Применение ПКС TES на основе парафина в зданиях может эффективно рационализировать использование солнечной энергии для преодоления ее прерывистости. В этой главе были представлены два тематических исследования: система лучистого отопления на солнечной батарее и система охлаждения влагопоглотителя на солнечной батарее с интегрированной системой PCM TES на основе парафина.Результаты показали, что как обогрев, так и охлаждение помещений могут получить пользу от солнечной ТЭС с использованием ПКМ на основе парафина. С помощью накопителя солнечной тепловой энергии с использованием ПКМ на основе парафина можно значительно повысить энергоэффективность и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о