Корзина
16 отзывов
Украинская Энергопромышленная Группа
+380986049109
Контакты
  • Телефон:
    +380986049109, Киевстар
    +380443920108, Стационарный
    +380665248111, Vodafone, Viber
  • Контактное лицо:
    Коммерческий отдел
  • Адрес:
    Киевская обл., c. Белогородка, ул. Счастливая, 2, офис 6, Киев, Украина
  • Email:
    energopromgrup@gmail.com

Назначение теплоаккумуляторов, буферных емкостей для твердотопливных котлов и методика их расчета

Назначение теплоаккумуляторов, буферных емкостей для твердотопливных котлов и методика их расчета

27.01.15

При планировании отопления с помощью твердотопливного котла необходимо понимать то, что данный тип оборудования достаточно специфический. При всем том, что стандартный котел на твердом топливе по сути является, образно говоря, "куском" металла или чугуна с водяной рубашкой и автоматикой определенного типа, его использование имеет ряд особенностей, отличных от газового или электрического котла:

  1. Относительно малый диапазон регулировки мощности. Все стандартные стальные и чугунные котлы с обьемным горением топлива обеспечивают свой паспортный КПД в режиме максимального горения. Так как мощность котла выбирается согласно пиковых теплопотерь, а они припадают лишь на незначительный период отопительного сезона, то имеем ситуацию, когда котел большую часть отопительного сезона работает в режиме неполной мощности. В результате имеем перерасход топлива, засорение топки, теплообменных поверхностей и дымоходных каналов (особенно при отоплении древесиной). 
  2. Необходимость периодической дозагрузки топлива в котел. Большинство стандартных котлов имеют небольшие по обьему камеры сгорания, потому закладка топлива (опять же, касается дров) перегорает за 2-3 часа. При использовании каменного угля ситуация попроще, однако основным доступным топливом все равно является древесина, применяющаяся большинством пользователей.
  3. Повышенная опасность эксплуатации. На сегодня большинство систем отопления проектируются закрытыми, с принудительной циркуляцией теплоносителя. Если с газовыми котлами тут проблемы не возникают, то в случае с твердотопливными котлами велика вероятность закипания теплоносителя при перебоях с электричеством и остановке циркуляционных насосов. С соответствующими последствиями...

Таким образом имеем три основных вопроса, возникающих при планировании отопления твердым топливом, и требующих оптимального решения:

  1. Вопрос экономичности.
  2. Вопрос комфота эксплуатации.
  3. Вопрос безопасности функционирования.

Именно для решения вышеприведенных вопросов предназначены тепловые аккумуляторы и буферные емкости. Снова обращаем Ваше внимание на то, что понятия "буфер" и "теплоаккумулятор" относятся к одному и тому же типу оборудования - стальной неэмалированной емкости с присоединительными патрубками контуров котла и отопительной системы, и теплоизоляцией. Данные понятия определяют функции баков, их назначение в решении трех указанных вопросов.

Тепловой аккумулятор накапливает тепло при работе котла в режиме номинальной мощности, и потом отдает его в отопительную дозированно, по мере потребности отапливаемого здания в тепловой энергии. Таким образом решаются вопросы №1 и 2. Котел сжигает топливо максимально эффективно, а накопленное тепло расходуется точно в соответствии с потребностями. Теперь возникает вопрос расчета необходимого обьема такого теплового аккумулятора.

Сегодня можно увидеть множество методик расчета баков-аккумуляторов. Например, 25 или 50 литров обьема бака на 1 квт мощности котла. Однако такие расчеты не учитывают ни температурный режим отопительной системы, ни используемое топливо в котлах, а, самое главное, нет определения функции бака - аккумулирование тепла или иные цели. Сейчас попробуем привести пример расчета теплового аккумулятора для стандартного жилого дома.

Итак, имеем небольшой жилой дом с отапливаемой площадью 150 кв.м. Расчетные теплопотери 10 квт ( утепление согласно современным нормам ). Отопление радиаторное, температурный режим 70/50. Имеем стандартный твердотопливный котел - чугунный Demrad Solidmaster 5S с тепловой мощностью на дровах 23 квт. Обьем топки 70 литров, количество загружаемых дров с учетом плотности дубовых дров 600 кг на 1 куб.м.  и коэффициента закладки топлива 0,5 составляет: 70 х 0,6 х 0,5 = 21 кг. Теплотворная способность древесины (сухой дуб) с учетом КПД котла составляет 3 квт на 1 кг. Таким образом разовая закладка топлива выдаст 21х3 = 63 квт. Закладка топлива сгорит за 63/23 = 2,7 часа, округлим до 3-х часов.

При потребности в тепле 10 квт (пиковые теплопотери) из 23 квт номинальной мощности 10 квт передается в систему, а 13 квт необходимо запасти. За 3 часа работы закладки система потребит 10х3 = 30 квт, а запасет 13х3 = 39 квт, которые система будет потреблять после прогорания закладки еще в течении 39/10 = 3,9, то есть почти 4 часа. При использовании теплоаккумулятора закладки топлива хватит на 3+4 = 7 часов непрерывной работы. 

Чтоб запасти 39 квт тепла необходимо расчитать обьем бака с учетом температурного режима системы. Температура в теплоаккумуляторе не может превышать +95С, а температура подачи на систему +70С. Имеем запас по температуре 95-70 = 25С.

Обьем теплоаккумулятора = 39000 Вт/ (1,163х25) = 1334 литра. Данное значение является минимально необходимым. Его можно округлить до 1500 литров.

При повышении наружной температуры и соответственно уменьшении потребности в тепле время работы от зарядки теплоаккумулятора увеличивается. Так как при температурах наружного воздуха -22С и 0С значение теплопотерь отличаются в 2 раза, то, соответственно, при околонулевой температуре запаса тепла хватит на 7х2 = 14 часов.

При нулевых температурах потребность в тепле составит около 5 квт. Тогда бак будет запасать (23-5) х 3 = 54 квт тепла, которого достаточно для обеспечения теплом в течении 54/5 = 10-11 часов. Увеличивается запасаемая мощность и увеличивается запас температур.

Таким образом для расчета теплоаккумулятора отопительной системы необходимо учитывать следующее:

  • Определить теплопотери отапливаемого помещения.
  • Определить температурный график системы отопления.
  • На основании требований к длительности работы от разовой закладки расчитать необходимое количество тепла для запаса мощности.
  • Расчитать обьем теплоаккумулятора на основании данных в пунктах, указанных выше.
  • Мощность котла необходимо подбирать не под теплопотери, а под обьем теплоаккумулятора с таким расчетом, чтоб зарядить его за одну, максимум 2 протопки. Как видно из примера возможно допускать даже 2-кратный запас мощности ( и это еще не предел ).

В нашем случае котел мощностью 23 квт обеспечит первоначальный нагрев аккумулятора (при комнатной температуре теплоносителя) за (1500х(95-20)х1,163)/23000 = 5,5 часов, то есть почти за 2 протопки. В дальнейшем, во время эксплуатации нижняя температура теплоносителя врядли будет опускатся ниже 40С, и потому нагрев бака будет происходить за одну-полторы протопки, что полностью удовлетворяет указанные требования.

Таким образом наш котел работает с максимальным КПД на протяжении всего отопительного сезона и обеспечивает вполне комфортные условия эксплуатации со временем работы разовой загрузки котла от 7 до 14 часов. На лицо выполнение тепловым аккумулятором своих функций в полном обьеме.

Накопительный бак с функцией "буферная емкость" подразумевает, как правило, защиту твердотопливного котла от аварий, связанных с закипанием теплоносителя. Буферная емкость имеет различные варианты монтажа в отопительные системы. Она может устанавливаться так же, как теплоаккумулятор, то есть последовательно (котел-бак-система отопления), или котел греет систему напрямую, а излишек тепла сбрасывается в буфер посредством переключающих клапанов. Так же буферные емкости устанавливают в системы с малым количеством теплоносителя для уменьшения тактования (частого включения/выключения) горелочных устройств отопительных котлов.

Что касается расчета обьема буферных баков, то можно встретить 2 варианта:

  • Так же как и с аккумуляторами тепла, определенное количество теплоносителя на 1 квт мощности котла.
  • Формула расчета, которая приводится в документации на многие иностранные котлы:

Обьем буфера = 15 х Н х Qк х (1-0,3 х (Qп/Qмин), где:

Н - время горения котла при номинальной мощности, ч.

Qк - номинальная тепловая мощность котла, квт.

Qп - теплопотери отапливаемого помещения. квт

Qмин - минимальная тепловая мощность котла. квт  

Пример. Тот же твердотопливный котел Demrad Solidmaster 5S с мощностью на дровах 23 квт. Время горения закладки 3 часа. Минимальную мощность котла с учетом незначительного диапазона регулировки примем за 20 квт. Теплопотери помещения 20 квт, т есть котел подобран аккурат в номинал. Имеем следующий расчет:

Обьем буфера = 15 х 3 х 23 х (1-0,3 х (20/20)) = 724 литра. Округлим до 750 литров.

Как видно, для расчета защиты от закипания данная формула вполне пригодна, так как учитывает параметры мощности котла и  длительности работы закладки при номинальном режиме.

Таким образом на приведенных примерах вполне понятно показан принцип расчета тепловых аккумуляторов и буферных емкостей, определены ключевые параметры, влияющие на конечный выбор обьемов баков. В любом случае всегда требуется предварительная оценка обоснования необходимости их установки.