Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора — с необходимыми пояснениями

Чтобы работа системы отопления была максимально экономичной, но, естественно, без потери своей эффективности, имеет смысл аккумулировать выработанное ею тепло, не востребованное в текущий момент, с тем расчётом, чтобы использовать его в то время, когда котел «отдыхает». Эта проблема решается установкой теплоаккумулятора с соответствующей обвязкой.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

А как определить, какой объём воды потребуется, чтобы гарантированно сберечь весь выработанный котлом тепловой потенциал? Для этого имеется специальный алгоритм, и он воплощен в размещенный ниже калькулятор расчета объема теплоаккумулятора.

Необходимые пояснения будут приведены ниже.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Перейти к расчётам

На чем строится и как проводится расчет?

Безусловно, монтаж, запуск и отладка сложной системы отопления должны проводиться специалистами, иак как существует множество нюансов, который может знать только опытный мастер. Тем не менее, минимально необходимый объем теплоаккумулятора можно рассчитать самостоятельно хотя бы с тех позиций, чтобы предусмотреть место, достаточное для его установки.

Особую важность теплоаккумулятор приобретает в системах отопления, в которых основными источниками тепла выступают твердотопливный или электрический котлы.

• Функционирование котла, работающего на твёрдом топливе, имеет особенность – своеобразную цикличность. Заправка его топливом проводится с определенной периодичность. В процессе активного горения выработанное тепло может быть избыточным, невостребованным в текущий момент, так как хорошо настроенные контура со своими термостатическими регуляторами возьмут ровно столько, сколько им требуется. А вот после прогорания топлива, до очередной загрузки, следует период простоя, и в этот промежуток времени как раз и пригодится тот тепловой потенциал, который был накоплен в аккумуляторе.
• С электрическим котлом – несколько другой «расклад». Имеет смысл основную его работу спланировать на время действия ночного льготного тарифа, а затем днем использовать накопленное за этот срок тепло.

Кроме того, теплоаккумулятор позволяет подключать к системе отопления и альтернативные источники тепловой энергии, например, солнечные коллекторы – в погожий день они способны дать весомую прибавку в общий энергетический потенциал.

Итак, что необходимо для расчета.

• Указать паспортную номинальную тепловую мощность котла отопления.
• Указать «период активности котла». Под этим условным термином понимается:

— для твердотопливного котла – известное хозяевам время прогорания топливной загрузки.

— для электрического котла – продолжительность действия ночного льготного тарифа на электроэнергию.

• Рассчитанная для конкретного дома необходимая тепловая мощность для качественного отопления. В период «активности» котла значительная часть энергии будет уходить по прямому предназначению – на обогрев помещений.

Как самостоятельно произвести расчет необходимой тепловой мощности? Можно перейти по ссылке к соответствующему калькулятору.

Необходимо сразу сделать важную ремарку – принято считать, что установка теплоаккумулятора тогда станет оправданной, когда мощность источника тепловой энергии хотя бы вдвое превышает потребное ее количество для качественного обогрева помещений.

• Желательно учесть и КПД котла – как ни крути, а потери тепловой энергии в этом плане неизбежны.
• Наконец, алгоритм расчета требует учета разницы температур в трубе подачи на входе из котла, и в «обратке». Необходимо указать соответствующие значения, которые, в принципе, несложно определить опытным путем.

Полученное значение (в литрах или в кубометрах) является минимальным.

Для чего нужен и как работает теплоаккумулятор?

Подробнее о достоинствах и недостатках, устройстве, схемах подключения и других нюансах, касающихся теплоаккумуляторов для котлов отопления – читайте в специальной публикации нашего портала.

Как правильно подобрать объем теплоаккумулятора для частного дома?

Чтобы правильно подобрать объём теплового аккумулятора (ТА) в системе с твердотопливным котлом, нужно учесть сразу несколько факторов. В первую очередь ориентируйтесь на площадь отапливаемых помещений. Чем она больше, тем более вместительную буферную ёмкость потребуется установить. Второй важный момент — это качество утепления в конкретном частном доме. Если теплоизоляция здания выполнена плохо, то его тепловые потери могут значительно превышать стандартные показатели. В результате, общие рекомендации по расчёту объёма теплоаккумулятора для отопления могут не подойти.

Расчет объема теплоаккумулятора для дома по площади

Существуют усреднённые показатели объёма буферной ёмкости для дома с хорошим утеплением. Величина указывается в зависимости от площади помещений и лежит в пределах от 35 до 50 литров на 10 м². Так, например, для дома 100 м² потребуется тепловой аккумулятор вместительностью от 350 до 500 литров, а для дома 150 м² нужно будет установить более просторный резервуар объёмом 500-750 литров.

Тут важно сказать про качество утепления. Суммарные теплопотери дома измеряются в зависимости от его площади. По актуальным СНиПам они не должны превышать 50 Вт на 1 м² в среднем за самые холодные 7 дней в году. То есть потери тепла для дома 100 м² составят 5 кВт·час. Достичь этого можно только если в процессе строительства использовались современные теплоизоляционные материалы с правильным расчётом термозащитного слоя.

Для каждого типа ограждающих конструкций, от фундамента до крыши, существуют свои нормы и предписания по использованию тех или иных материалов с определёнными характеристиками теплопроводности. На теплопотери дома влияет также качество установленных стеклопакетов и дверей. Вместе с тем важно понимать, что даже если эти элементы ограждающих конструкций дома обладают высокой теплозащитой, то ошибки, допущенные в процессе установки хороших окон и дверей могут свести на нет все их положительные качества.

Кроме того, в зависимости от погоды за окном, скорость остывания постройки сильно отличается и расход тепловой энергии для поддержания комфортного уровня температуры будет разным. В межсезонье, когда за окном +3° — +5°, небольшая буферная ёмкость вполне способна выполнять свои прямые задачи и резервуар большего объёма просто не требуется. Но зимой, при -25 °С, чтобы не приходилось ночью вставать и идти подбрасывать дрова в топку, лучше иметь теплоаккумулятор из расчёта не менее 50 л на 10 квадратных метров.

 

Видео с нашим специалистом по подбору теплоаккумулятора?

Как лучше выбирать тепловой аккумулятор

Описанная выше технология подбора основана на практическом опыте установки теплоаккумуляторов в теплосистемы десятков частных домов. Разброс в конечном показателе вместительности ёмкости объясняется не одинаковыми потребностями различных систем отопления. Определяющим фактором здесь является то, насколько часто владелец частного дома готов подбрасывать топливо в свой твердотопливный котёл. Если есть необходимость максимально продлить период между закладками дров, то и объём теплового аккумулятора надо брать по верхней рекомендованной границе.

В то же время, не следует размещать слишком просторный резервуар для теплоносителя. Превышение указанного диапазона делает систему отопления слишком инерционной и снижает её эффективность. Всегда учитывайте, что по законам физики любой дополнительный элемент в системе понижает её КПД. Именно по этой причине более выгодно не выходить за пределы 50 л на 10 м² отапливаемой площади.

С другой стороны, установка буферной ёмкости с большим запасом может быть вполне уместной, если вопрос экономии топлива не стоит остро. Чем больше объём теплоносителя в резервуаре, тем больше тепла он способен запасти и тем дольше он будет поддерживать нужную температуру воды в батареях без необходимости запуска котла. Единственное неудобство, которое здесь появится — это скорость прогрева теплоаккумулятора. Если он значительно больше, чем рекомендовано, то для полноценного нагрева теплоносителя до 85-88 °С может понадобится от 2 до 4 закладок топлива.

С другой стороны, избыточную вместительность буферной ёмкости можно скомпенсировать увеличенной мощностью котла. Но тут уже нужно ориентироваться по размеру бюджета, отведённого на организацию системы отопления. Совокупная стоимость производительного теплогенератора на твёрдом топливе и теплового аккумулятора соответствующего объёма может обойтись недешево. Ходить в котельную только один раз в сутки, конечно, удобно, но и два раза в сутки вполне приемлемый интервал, чтобы не переплачивать в полтора — два раза на создании системы отопления.

Оптимальный объем теплоаккумулятора по мощности котла

Если ориентироваться на мощность установленного теплогенератора, то наиболее выгодным решением будет приобретение резервуара, объёмом по 50 литров на каждый кВт мощности котла. Опять же, цифра усреднённая и берётся исходя из наличия хорошего утепления конструкции дома. Например, если стоит вопрос, как рассчитать объем теплоаккумулятора для твердотопливного котла 12 кВт, то оптимальная вместительность ёмкости составит 600 литров.

Такое соотношение позволит закладывать топливо в котёл в среднем два раза в сутки. Важно также, чтобы теплоаккумулятор был правильно подключён. Только соблюдение всех правил монтажа и грамотный расчёт каждого элемента системы отопления даст возможность тепловому аккумулятору эффективно накапливать энергию, произведённую котлом. Ошибки в обвязке твердотопливного теплогенератора способны не только заметно снизить КПД работы теплового аккумулятора, но и вообще свести на нет пользу от него.

Главный вопрос при выборе теплоаккумулятора

Система без теплового аккумулятора — это очень нестабильная и капризная теплосистема. При естественных температурных колебаниях на улице, режим работы котла всё время будет нуждаться в регулировке. Без буферной ёмкости, единственный вариант настройки количества теплоотдачи устройства лежит в ограничении интенсивности горения топлива. Процесс может быть реализован только увеличением или уменьшением тяги, то есть регулировкой подачи и оттока свежего воздуха в камере сжигания.

Такой способ контроля производительности теплогенератора неизбежно приводит к неполноценному сгоранию топлива. Вследствие этого в дымовых газах присутствует повышенное количество смолы и сажи, которые постоянно налипают на стенках котла и дымохода. В итоге эксплуатация такой системы отопления требует постоянного техобслуживания в виде трудоёмкой очистки внутренних поверхностей теплогенератора и дымовых каналов от прочного слоя дёгтя.

Можно ещё долго перечислять недостатки теплосистемы без буферной ёмкости, но лучше сразу сказать, что сейчас включение теплоаккумулятора в систему — это необходимость. И лучший вариант, безусловно, размещать резервуар, подбор объёма которого выполнен по указанным выше нормам. Однако, если бюджет ограничен, то установка ёмкости даже меньшей вместительности всё равно заметно облегчит процесс использования твердотопливного котла.

Чем ближе будет объём теплового аккумулятора к рекомендуемым в статье цифрам, тем реже придётся заниматься докладкой топлива в камеру сгорания. И здесь уже надо смотреть на размеры доступного бюджета. Если есть средства на размещение полноразмерного резервуара — хорошо. Если бюджет ограничен, то вполне уместно будет поставить даже небольшой ТА, так как он всё равно продлит время работы теплосистемы от одной загрузки дров. Кроме того, любой теплоаккумулятор защищает систему отопления от перегрева и от возникновения так называемого теплового удара.

Также обязательно принимайте во внимание вместительность вашей котельной. Специалисты рекомендуют устанавливать котёл и буферную ёмкость в отдельно стоящем помещении вне стен частного дома. Однако, это не всегда возможно и нередко котельная находится непосредственно внутри жилого здания. В этом случае её объём может быть ограничен, и установить туда можно только небольшой резервуар.

Если на момент возникновения вопроса «Как подобрать объём теплоаккумулятора?», в наличии есть достаточное количество средств, то оптимальным решением станет обращение к специалистам. Самостоятельное выполнение требуемых расчётов возможно, но только профессиональный инженер по проектированию теплосистем сможет точно сказать, какая ёмкость более предпочтительна для конкретного частного дома.

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Теплоаккумулятор и Laddomat рекомендуется устанавливать в систему отопления с твердотопливным котлом потому что он дает возможность:

• котлу — работать в оптимальном тепловом режиме, что существенно продлевает срок службы котла;
• экономить до 50% топлива;
• реже растапливать котел;
• оптимизировать график растопки котла: например, запасать тепло днем и расходоваьб его ночью.

 

Расчет теплоаккумулятора

Рассчитать мощность теплоаккумулятора можно по формуле:

Q = (C x M x ΔT),

где
Q — мощность теплоаккумулятора, кВт·час
С — удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·К
ΔT — разница температур в верхней и нижней частях теплоаккумулятора.

Например, возьмем теплоаккумулятор объемом 2000 л, теплоноситель — вода (С = 4200 Дж/кг·К), ΔT возьмем равным 35^оС, тогда:

Q = 4200 х 2000 х 35 = 252 МДж = 81,7 кВт·ч.

 

Для дома площадью 200 кв.м примем теплопотери 10 Вт на 1 кв.м площади, т.е. 20 кВт·ч.

Разделив мощность теплоаккумулятора на теплопотери дома, получим время нагрева теплоаккумулятора котлом: 81,7 / 20 = 4 часа 5 мин.

Для подбора теплоаккумклятора можно ориентироваться на данные в таблицах ниже.

Таблица 1. Время работы теплоаккумулятора в зависимости от его объема и площади дома.
Теплоноситель — вода, ΔT=35^оС.

	Площадь дома, м2
Объем ТА	50	100	150	200	250	300	350	400
500 л	4 ч 05 мин	2 ч 02 мин	1 ч 21 мин	1 ч 01 мин	0 ч 49 мин	0 ч 40 мин	0 ч 35 мин	0 ч 30 мин
750 л	6 ч 07 мин	3 ч 03 мин	2 ч 02 мин	1 ч 31 мин	1 ч 13 мин	1 ч 01 мин	0 ч 52 мин	0 ч 45 мин
1000 л	8 ч 10 мин	4 ч 05 мин	2 ч 43 мин	2 ч 02 мин	1 ч 38 мин	1 ч 21 мин	1 ч 10 мин	1 ч 01 мин
1500 л	12 ч 15 мин	6 ч 07 мин	4 ч 05 мин	3 ч 03 мин	2 ч 27 мин	2 ч 02 мин	1 ч 45 мин	1 ч 31 мин
2000 л	16 ч 20 мин	8 ч 10 мин	5 ч 26 мин	4 ч 05 мин	3 ч 16 мин	2 ч 43 мин	2 ч 20 мин	2 ч 02 мин

Таблица 2. Время работы теплоаккумулятора в зависимости от его объема и площади дома.
Теплоноситель — антифриз, ΔT=35^оС.

	Площадь дома, м2
Объем ТА	50	100	150	200	250	300	350	400
500 л	3 ч 41 мин	1 ч 50 мин	1 ч 13 мин	0 ч 55 мин	0 ч 44 мин	0 ч 36 мин	0 ч 31 мин	0 ч 27 мин
750 л	5 ч 32 мин	2 ч 46 мин	1 ч 50 мин	1 ч 23 мин	1 ч 06 мин	0 ч 55 мин	0 ч 47 мин	0 ч 41 мин
1000 л	7 ч 23 мин	3 ч 41 мин	2 ч 27 мин	1 ч 50 мин	1 ч 28 мин	1 ч 13 мин	1 ч 03 мин	0 ч 55 мин
1500 л	11 ч 05 мин	5 ч 32 мин	3 ч 41 мин	2 ч 46 мин	2 ч 13 мин	1 ч 50 мин	1 ч 35 мин	1 ч 23 мин
2000 л	14 ч 47 мин	7 ч 23 мин	4 ч 55 мин	3 ч 41 мин	2 ч 57 мин	2 ч 27 мин	2 ч 06 мин	1 ч 50 мин

 

Таблица 3. Время зарядки теплоаккумулятора в зависимости от его объема и мощности котла.
Теплоноситель — вода.

	Мощность котла, кВт
Объем ТА	10	20	30	40	50	60	70	80	100
500 л	2 ч 02 мин	1 ч 01 мин	0 ч 40 мин	0 ч 30 мин	0 ч 24 мин	0 ч 20 мин	0 ч 17 мин	0 ч 15 мин	0 ч 12 мин
750 л	3 ч 03 мин	1 ч 31 мин	1 ч 01 мин	0 ч 45 мин	0 ч 36 мин	0 ч 30 мин	0 ч 26 мин	0 ч 22 мин	0 ч 18 мин
1000 л	4 ч 05 мин	2 ч 02 мин	1 ч 21 мин	1 ч 01 мин	0 ч 49 мин	0 ч 40 мин	0 ч 35 мин	0 ч 30 мин	0 ч 24 мин
1500 л	6 ч 07 мин	3 ч 03 мин	2 ч 02 мин	1 ч 31 мин	1 ч 13 мин	1 ч 01 мин	0 ч 52 мин	0 ч 45 мин	0 ч 36 мин
2000 л	8 ч 10 мин	4 ч 05 мин	2 ч 43 мин	2 ч 02 мин	1 ч 38 мин	1 ч 21 мин	1 ч 10 мин	1 ч 01 мин	0 ч 49 мин

Таблица 4. Время зарядки теплоаккумулятора в зависимости от его объема и мощности котла.
Теплоноситель — антифриз.

	Мощность котла, кВт
Объем ТА	10	20	30	40	50	60	70	80	100
500 л	1 ч 50 мин	0 ч 55 мин	0 ч 36 мин	0 ч 27 мин	0 ч 22 мин	0 ч 18 мин	0 ч 15 мин	0 ч 13 мин	0 ч 11 мин
750 л	2 ч 46 мин	1 ч 23 мин	0 ч 55 мин	0 ч 41 мин	0 ч 33 мин	0 ч 27 мин	0 ч 23 мин	0 ч 20 мин	0 ч 16 мин
1000 л	3 ч 41 мин	1 ч 50 мин	1 ч 13 мин	0 ч 55 мин	0 ч 44 мин	0 ч 36 мин	0 ч 31 мин	0 ч 27 мин	0 ч 22 мин
1500 л	5 ч 32 мин	2 ч 46 мин	1 ч 50 мин	1 ч 23 мин	1 ч 06 мин	0 ч 55 мин	0 ч 47 мин	0 ч 41 мин	0 ч 33 мин
2000 л	7 ч 23 мин	3 ч 41 мин	2 ч 27 мин	1 ч 50 мин	1 ч 28 мин	1 ч 13 мин	1 ч 03 мин	0 ч 55 мин	0 ч 44 мин

 

Расчет потерь теплоаккумулятора. На сколько хватит теплоаккумулятора?

Как долго теплоаккумулятор сможет обеспечивать теплом систему отопления зависит от трёх основных факторов. Зная каждый из них, можно достаточно точно рассчитать время эффективной теплоотдачи ёмкости. В первую очередь следует учитывать мощность котла, затем во внимание принимаются теплопотери дома и объём буферной ёмкости. Также некоторое влияние будут оказывать объём жидкости в системе, особенности её устройства и другие факторы.

Подробный тепловой расчёт сможет предоставить только специалист, после выезда к вам на участок и детального изучения конкретной отопительной системы. В то же время, установить период эффективной работы теплоаккумулятора можно с хорошей точностью, основываясь на знании только трёх показателях, указанных ранее.

Теплопотери дома

Основой высокой эффективности отопления является качественно выполненная теплоизоляция отапливаемых помещений. Очень важно изначально закладывать в проект дома усиленные меры по теплозащите. Так, например, комнаты многоквартирных домов в большинстве своём состоят из стен, смежных с соседними квартирами. Таким образом, теплопотери жилья в городской многоэтажке ниже, и отсутствие хорошей теплоизоляции в меньшей степени сказывается на комфорте проживания в холодное время года.

Для частного дома хорошее утепление имеет критическое значение. Даже очень мощный котёл не сможет прогреть здание, если ему придётся большую часть своей энергии тратить на нагрев улицы. Если для теплоизоляции вашего дома применялись только базовые технологии, а толщина утепления на крыше и стенах оставляет желать лучшего, рекомендуем попробовать усилить теплоизоляцию. Полученная в результате экономия энергоресурсов вас приятно удивит.

Итак, для расчёта теплопотерь конкретного здания нужно будет выполнить измерения количества затраченной энергии на поддержание в нём тепла. Для определения того, как долго держит тепло буферная ёмкость, нам потребуется узнать потери тепла через конструкции, а также через вентиляцию. Для систем с горячим водоснабжением существует также отдельный показатель потерь через слив нагретой воды в канализацию. Так как в любом случае нам нужны общие данные, которые включают все перечисленные факторы, отдельно их рассчитывать нет смысла.

Расчёт общих теплопотерь

Самый простым методом для определения тепловых потерь конкретной постройки основывается на экспериментальном наблюдении. Нужно измерить какое количество тепла подаётся в систему отопления для поддержания в доме стабильно комфортной температуры. Очевидно, что это значение будет зависеть от температуры на улице, то есть в расчётах будет использоваться разница между внешней и внутренней температурой.

Для начала изучите паспортные данные вашего котла и устройство системы отопления. Допустим, что теплогенератор 24 кВт работает на полную мощность и нагревает воду до 80 °С. Если вода в системе в течение дня была на уровне 65 °С, то котёл работал не в полную мощность. Чтобы получить его актуальную производительность, можно составить простую пропорцию. Выйдет (24кВт*65°С)/80°С = 19,5 кВт. Учитывайте также, что паспортные данные указываются для воды, если в вашем контуре пропиленгликоль, то котёл выдаёт на 20% меньше мощности. Для нашего примера — это 19,5 кВт*0.8 = 15,6 кВт.

Знать только мощность теплогенератора, которая потребовалась для поддержания комфортной температуры, недостаточно. Нужно ещё учитывать разницу температур между показателями внутри дома и на улице. Выполняя наблюдения за температурой воды в системе отопления, фиксируйте также показатели термометра внутри и снаружи дома. Таким образом, вы получите мощность котла для конкретной дельты температур. На основе этих двух показателей уже можно точно установить теплопотери определённого здания.

Допустим, ваши измерения проводились при температуре -37°С на улице, а внутри дома было +20°С. Тогда дельта температур будет 57°С. Если в вашем регионе средняя температура воздуха в отопительный период составляет -20°С, то требуемая мощность котла будет ниже, чем экспериментально установленная вами изначально. Допустим, вам нужно получить в помещениях +23°С при -20°С снаружи, тогда дельта температур = 43°С. Узнаем мощность котла на основе экспериментального значения 15,6 кВт для дельты 43°С. Для этого 15,6 кВт * (43°С/57°С) и получим 11,76 кВт.

Нормы тепловых потерь дома

В нормативной документации указываются тепловые потери для 1 м² жилой площади. В выбранном нами примере площадь дома была 120 м². Для получения точного значения для 1 кв. метра нужно 11760 Вт / 120 м². Получится примерно 98 Вт/м². Эта цифра является достаточно высокой и превосходит нормы, которые рекомендуют актуальные СНиПы, примерно вдвое. Нормативные документы устанавливают стандарт теплопотерь в размере 50 Вт/м².

Тем не менее, не стоит рассчитывать, что, если ваш дом обладает хорошей теплозащитой, значение теплопотерь в нём составит 50 Вт/м². Для примера приведём дом площадью 180 м² из газобетонных блоков Д500 с утеплением стен пенопластом толщиной 10 см, пола — 20 см, а также 40 см плит минеральной ваты на крыше. Так вот, у него теплопотери находятся в пределах 52-53 Вт/м².

Мощность котла

Производительность котла, как правило, выбирается ещё на стадии проектировки системы отопления. Теплогенератор устанавливают из расчёта примерно 1 кВт мощности на 10 м² площади дома. Если котёл больше указанного значения, установка теплоаккумулятора является практически необходимым решением. Буферная ёмкость соберёт все излишки тепла, выработанные котлом и постепенно будет их отдавать в систему ещё долго после остывания топки.

В то же время, даже если ваш теплогенератор оптимально подходит под площадь дома, установка теплового аккумулятора также рекомендуется. Дополнительный резервуар позволит значительно повысить комфортность использования теплосистемы. Температура в доме будет поддерживаться теплом из ТА, когда топливо в котле уже полностью сгорит. Это позволит реже подходить к котлу для обновления закладки топлива.

Среднее значение объёма теплоаккумулятора для каждого «лишнего» киловатта мощности котла составляет 50 литров. Если в вашем доме 100 м² установлен котёл 15 кВт, достаточно будет разместить небольшой ТА на 250-300 литров.

Время «разрядки» теплоаккумулятора

Рассмотрим, как надолго будет хватать теплоаккумулятора, в зависимости от тепловых потерь дома и размеров ёмкости. Расчёт теплопотерь был подробно рассмотрен ранее, поэтому остановимся на стандартной величине 50 Вт/м². Напомним, что это значение следует принимать только для дома с очень хорошими мерами по теплоизоляции. На практике, самостоятельно выстроенный дом с обычной теплоизоляцией может иметь потери до 100 Вт/м².

Если ваш дом строили специалисты, которые выполняли теплоизоляцию по СНиПу, то его теплопотери составят 50 Вт/м² для самой холодной недели в вашем регионе. Для Москвы средняя температура в самую холодную неделю составляет -28 °С. Дому площадью 100 м² потребуется 5 кВт тепла каждый час для поддержания стабильной температуры внутри. За сутки это значение составит 120 кВт.

Минимальная дельта температур, на которую рекомендуется нагревать теплоноситель в буферной ёмкости составляет 40 °С. Выполним расчёт, который покажет, сколько накопит энергии теплоаккумулятор с 1000 л воды. 1 тонна воды требует 1,16 кВт⋅ч энергии для нагрева на 1 °С. Чтобы нагреть 1000 л воды на 40 °С нужно 46,4 кВт⋅ч. Примерно такое же количество тепла в результате отдаст тепловой аккумулятор в систему отопления.

Исходя из этого, зная точные теплопотери дома и размер ТА, можно установить время охлаждения ёмкости на дельту, равную 40 °С. Для примера возьмём дом 100 м² с теплопотерями 5 кВт в час.

Учитывайте, что указанные в таблице цифры могут не совпадать с актуальным временем для вашей системы отопления. Чтобы вычислить самостоятельно, на сколько хватает теплоаккумулятора определённого объёма, вам нужно объём ТА умножить на количество тепла, требуемое для нагрева/охлаждения 1 л на 40 °С и разделить это значение на теплопотери дома. В приведённой таблице для ёмкости 250 л пример расчёта будет выглядеть так: (250 л * 0,0464 кВт⋅ч)/5 кВт⋅ч = 2.32 часа, что составляет примерно 2 часа 20 минут.

Расчет объема теплоаккумулятора для отопления частного дома, онлайн калькулятор

Теплоаккумулятор – емкость, в которой можно накопить теплоноситель с излишками тепла, вырабатываемыми при использовании твердотопливного котла, солнечных коллекторов или любого другого источника. Далее эту энергию можно использовать для отопления или нагрева горячей воды, когда источники неактивны. Более подробно о этих емкостях, схемах подключения и особенностях вы можете прочитать здесь.

Что бы теплоаккумулятор правильно и эффективно работал необходимо рассчитать его объем. В противном случаи, при недостаточном объеме, часть тепла будет теряться и КПД вашей системы отопления будет ниже. При значительно большем объеме, чем нужно, вы потратите лишние деньги на само оборудование, а температура в емкости будет немного ниже. Что бы избежать этих проблем можно воспользоваться формулой расчета емкости или нашим онлайн калькулятором.

Онлайн калькулятор

*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.

Это приблизительная цифра, максимально приближенная к реальности без учета таких переменных как: вид топлива, КПД котла, энергоэффективность здания. 

Пояснения

Мощность котла по паспорту – каждый производитель указывает ее с документации к оборудованию. Если котел был изготовлен самостоятельно и его мощность неизвестна, примерно определить ее можно опытным путем. На дом площадью 100 м2 достаточно котла 10 кВт. Если ваш агрегат справляется с задачей обогрева вашего дома, при средней загрузке топки, возьмете за основную величину площадь этого помещения и определите мощность. Нужно понимать что это будут очень средние данные, без учета теплопотерь, энергоэффективности здания и тд.

Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Это та энергия, которая нужна для поддержания необходимой температуры. Ее расчет проводит специалист на основе сложных формул и многих переменных. Например, для дома в 100м2 необходимо 8,5 кВт энергии в час. Опят же это очень усредненная цифра.

Температура теплоносителя, подача и обратка. Разница между этими цифрами и будет излишком, который нужно сохранить.

Теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч. Она принимает участие в расчетах и является статистической величиной.

Как рассчитать объем без калькулятора

Расчеты производятся на основе остаточной энергии. За основу берется мощность котла в час и расход энергии на отопление. Так же вычисляется разница между температурой теплоносителя которая подается в систему и возвращается.

Формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,

Где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
• m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
• Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
• 1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.

Часто задаваемые вопросы

Как влияет размер дома на объем необходимой емкости?
Объем дома не влияет никак, влияет эффективность системы отопления и мощность котла. Ведь такие переменные как необходимое тепло для отопления в час и разница между подачей и обраткой как раз являются показателями качества вашей системы.

Чем лучше утеплен теплоаккумулятор, тем эффективнее он будет работать?
По требованиям к установке такая емкость должна находится только в помещении с плюсовой температурой. В этом случаи стандартного утеплителя 10 см толщиной вполне будет достаточно.

Есть случаи когда такие емкости закапывают в землю для сохранения большего количества энергии, однако дальнейшее обслуживание системы становится очень затруднительным.

Эта емкость подходит только для отопления?
Ее можно использовать несколькими способами. Для обеспечения системы отопления или горячей воды. В качестве источника может использоваться твердотопливный котел, электрический котел (пример работающий ночью при установленном двух зонном счетчике и льготном тарифе). При использовании солнечного коллектора, солнечных панелей или ветрогенератора.

Посмотреть все строительные мифы

 

 

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Использование твердого топлива позволяет эффективно отапливать дом при небольших расходах. Установив теплоаккумулятор для твердотопливного котла, можно сделать его работу более рациональной. При этом уменьшается расход топлива и увеличивается срок эксплуатации отопительного оборудования.

Возможность накапливать тепло позволяет реже производить загрузку топлива и использовать котел в летнее время для горячего водоснабжения. Чтобы правильно выбрать теплоаккумулятор, необходимо произвести расчет его объема, исходя из мощности котла и условий его работы.

Преимущества использования теплоаккумулятора

Особенность работы твердотопливных котлов заключается в том, что наибольшую эффективность сжигания топлива получают в режиме номинальной мощности. При этом часто теплоноситель разогревается сильнее, чем это требуется.

Избыток тепла можно сохранить, используя аккумуляторный бак, чтобы использовать его после остановки котла. Принцип действия таков:

• во время работы котла, после того как теплоноситель достиг нужной температуры, происходит нагрев жидкости в дополнительной емкости;
• аккумуляторный бак, имеющий надежную теплоизоляцию, сохраняет поступившее тепло;

• после остановки котла и остывания теплоносителя в системе горячая жидкость из теплоаккумулятора направляется с помощью насоса в систему отопления.

При необходимости запуск котла производится несколько раз на высокой мощности до нужной степени нагрева воды в баке. После этого система отопления может функционировать без включения котла, пока сохраняется достаточная температура теплоносителя.

В зависимости от объема теплоаккумулятора и площади отапливаемого дома этот процесс может длиться до двух суток. Кроме возможности уменьшить частоту регулярных загрузок топлива, накопительный бак дает и другие преимущества:

• сохранение избыточного тепла для дальнейшего использования;
• предохранение котла от перегрева;
• возможность параллельного использования отопительных котлов разного типа;
• увеличение КПД котла;
• продление срока службы отопительного оборудования;

• уменьшение расхода топлива;
• подогрев воды для бытовых нужд.

Совет! Использование резервного аккумулирующего бака снижает ограничение на использование горячей воды в часы пикового потребления.

Расчет емкости теплоаккумулятора

Методика, по которой производится расчет, может быть разной в зависимости от схемы применения. Вот примерная схема подсчетов:

1. Определение максимальной загрузки топлива. Например, в топку вмещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт·ч энергии. Таким образом, при сжигании одной закладки дров котел отдаст 20·3,5=70 кВт·ч тепла. Время, за которое сгорает полная закладка, можно определить опытным путем или рассчитать. Если мощность котла, например, 25 кВт 70:25=2,8 ч.
2. Температура теплоносителя в отопительной системе. Если система уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери.
3. Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.

Расчет теплоаккумулятора

Если за час теплопотери помещения, например, составляют 6,7 кВт, то за сутки это составит 160, кВт. В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определено выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт·ч тепловой энергии.

Потребность на обогрев дома 6.7·3=20,1 кВт·ч, запас аккумулирующего бака составит 70-20,1=49,9, то есть примерно 50 кВт·ч. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 ч. Значит на сутки требуется две полных заклаки и одна неполная.

Исходя из этих расчетов, рассмотрев несколько вариантов, останавливаемся на таком: в 23 часа делается неполная загрузка, в 6.00 и 18.00 – полная. Если начертить график уровня заряда теплоаккумулятора, видно, что максимальный заряд приходится на 60 кВт·ч в 9 утра.

Так как 1 кВт·ч=3600 кДж, запас должен составить 60·3600=216000 кДж тепловой энергии. Запас по температуре (разность максимального показателя воды и необходимого показателя подачи) 95-57=38°С. Теплоемкость воды 4,187 кДж. Таким образом, 216000/(4,187·38)=1350 кг. В этом случае необходимый объем теплоаккумулятора составит 1,35 м3.

Рассмотренный пример дает общее представление о том, как производится расчет емкости аккумулирующего бака. В каждом отдельном случае необходимо учитывать особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.

Особенности установки теплоаккумулятора

Перед установкой оборудования должен быть составлен детальный проект. Необходимо учесть все требования производителей отопительного оборудования. При установке накопительного резервуара должны соблюдаться следующие правила:

• Поверхность емкости должна иметь надежную теплоизоляцию.
• На входе и выходе должны быть установлены термометры для контроля температуры воды.
• Объемные баки чаше всего не вписываются в дверной проем. Если нет возможности внести резервуар до окончания строительства, придется использовать разборный вариант или несколько баков поменьше.
• На входной трубе желательно наличие фильтра грубой очистки.
• Рядом с резервуаром должны быть вмонтированы предохранительный клапан и манометр. В самом баке также должен быть воздухоотводящий клапан.
• Должна быть предусмотрена возможность слива воды из бака.

Совет! Довольно часто наличие теплоаккумулятора является необходимым условием предоставления гарантии производителем твердотопливного котла.

Использование теплоаккумулятора в системе с твердотопливным котлом увеличивает эффективность работы теплогенератора и срок его службы, а также позволяет более экономно расходовать топливо. Возможность более редкой закладки топлива делает пользование отопительным котлом удобнее для потребителя. Расчет необходимой емкости аккумулирующего резервуара должен учитывать тип котла, особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.

Теплоаккумулятор

Несмотря на простоту устройства, и очевидность пользы от использования теплоаккумуляторов, данный вид оборудования пока не очень распространен. В этой статье мы постараемся рассказать о том, что такое аккумулятор тепла и преимущества, которые приносит его использование в системах отопления.

 

Что такое теплоаккумулятор (буферная емкость) и его назначение.

Назначение теплоаккумулятора (ТА) будет легче описать на нескольких примерах-задачах. 

Задача первая. Система отопления построена на основе твердотопливного котла. Постоянно отслеживать температуру теплоносителя на подаче и вовремя подбрасывать дрова нет возможности, в результате чего температура подачи то превышает нужную нам, то снижается ниже нормы. Как обеспечить поддержание требуемой температуры теплоносителя?

Задача вторая. Дом отапливается электрокотлом. Электроснабжение – двухтарифное. Как снизить затраты на электроэнергию, уменьшив энергопотребление днем и увеличив ночью?

Задача третья. Имеется система отопления, в которой тепло вырабатывается теплогенераторами, работающими на различных видах топлива и энергии – напр. газе, электричестве, солнечной энергии (гелиоколлекторы), энергии земли (тепловой насос). Как обеспечить их эффективную работу без потерь выработанного тепла, когда в нем нет потребности, при этом обеспечить дом теплом в период пикового энергопотребления?

Не особо вдаваясь в теорию теплотехники, для всех задач напрашивается решение в виде установки в систему буферной емкости, которая служила бы резервуаром для теплоносителя и в которой его температура поддерживалась бы на заданном уровне. Именно такой буферной емкостью и является теплоаккумулятор. Для решения этих задач, теплоаккумулятор обычно включается «в разрыв» системы с образованием котлового и отопительного контуров. Условная схема включения теплоакумулятора в систему отопления изображена ниже на рисунке.

 

Рис. Принципиальная схема включения буферной емкости (теплоакумулятора)

С различными способами включения буферной емкости в систему отопления можно ознакомиться в статье «Схемы подключения теплоаккумулятора». 

В настоящее время тепловые аккумуляторы чаще всего используются в системых отопления с твердотопливными котлами. В этих системах использование теплоаккумулятора позволяет реже загружать топливо, обеспечить комфортное обеспечение теплом независимо от колебаний температуры теплоносителя на выходе из котла. Часто буферные емкости устанавливаются с электрокотлами для экономии средств за счет пониженного ночного тарифа и в комбинированных системах с одновременным использованием твердотопливных и электрических котлов.
Теплоаккумулятор (ТА) бывает полезным в системах и с газовыми котлами, особенно, когда минимальная тепловая мощность котла превышает тепловую нагрузку объекта. За счет более продолжительных периодов «загрузки» ТА (нагрева теплоносителя) удаётся избежать «тактования» котла.

Кроме использования в качестве буферной емкости, ТА выполняет функцию гидравлического разделителя. Особенно это свойство теплоаккумулятора востребовано в системах с генераторами тепла, работающих на различающихся видах энергии (в т.ч. альтернативной). Как правило, эти источники тепла работают на специальных теплоносителях, которые не допускают смешения с другими типами, требуют уникального температурного и гидравлического режима, часто несовместимого с режимами контура отопления (радиаторного, теплого пола). Так, например, диапазон температур теплового насоса составляет обычно ~5°C, а в контуре распределения тепла диапазон температур может быть значительно больше (10-20°С). Для разделения контуров, теплоаккумулятор может быть оборудован дополнительными встроенными теплообменниками.

Основные функции буферной емкости (теплоаккумулятора):
— накопление и поддержание запаса тепловой энергии в виде определенного объема теплоносителя заданной температуры с возможностью ее использования в нужный период времени или при прекращении генерации тепла основными его источниками;
— организация системы отопления на нескольких генераторах тепла разного типа, которые работают с различными температурными и гидравлическими режимами и с использованием разных теплоносителей, а также в различные временные периоды;
— гидравлическое разделение контуров генераторов тепла и отопительного контура, согласование температурных режимов в различных контурах и создание благоприятных условий для работы оборудования, в частности котлов отопления, с максимальной эффективностью. 

Устройство и объем теплоаккумулятора

Типовая конструкция буферной ёмкости.

В базовом исполнении, теплоаккумулятор представляет собой теплоизолированный бак с патрубками подачи и обратки для котлового контура и патрубками для отопительного контура. В самом простом варианте, буферная емкость может иметь всего по одному патрубку – для подачи и обратки.
Если система отопления имеет теплогенераторы на альтернативных источниках энергии, то используются тепловые аккумуляторы более сложной конструкции. Как правило в них имеется один или несколько змеевиков-теплообменников для организации автономных контуров. Емкости для таких систем могут быть укомплектованы насосно-смесительными узлами для различных контуров в заводском исполнении. Дополнительный теплообменник может быть установлен, если теплоаккумулятор используется также для приготовления горячей воды для бытовых нужд. 

Рис. Буферная емкость базовой конструкции

Рис. ТА с дополнительным теплообменником

В некоторых случаях в ТА требуется обеспечить качественное разделение слоёв с различной температурой. Для этой цели внутри бака может предусмотрена специальная мембрана. В ряде случаев, в конструкции предусматривается возможность установки электронагревательного элемента.
На видео, которое приведено ниже можно ознакомиться с конструкцией многофункциональной буферной емкости компании Buderus.

Видео. Многофункциональная буферная емкость — теплоаккумулятор Buderus Logalux.

 

Расчёт ёмкости теплового аккумулятора 

Имеется несколько методик расчета объема буферной емкости. Например в одних источниках рекомендуется подбирать ТА из расчета не менее 40 литров на каждый киловатт мощности теплогенераторыа. По другим источникам минимум снижен до 20-ти литров/кВт. Поэтому имеющиеся рекомендации могут не в полной мере отвечать требованиям конкретной системы отопления. Оптимальный объем бака ТА зависит от множества факторов — мощности источника тепла, периодичности выработки тепла, температурного режима отопительного контура, требуемого периода автомномности работы и т.п. На первый взгляд, было бы логично руководствоваться принципом — чем больще ТА, тем лучше, но это правило работает далеко не всегда, так как объем теплоаккумулятора должен быть согласован с возможностью теплогенератора по его наполнению, с учетом экономических факторов (стоимости топлива, электроэнергии и т.п.). 
В расчетах, для упрощения, плотность теплоносителя будем принимать равной единице.

Расчет объема ТА по EN 303-5

В качестве примера, приведем формулу подбора теплоаккумулятора для работы совместно с твердотопливным котлом в соответствии с европейскими нормами.

Расчет объема буферной ёмкости по EN 303-5

V_та=15*Т_г*Q_н*(1-0,3*Q_п/Q_min), где:

 

V_та — Объем теплоаккумулятора, л.;
Т_г — Продолжительность горения загрузки топлива при номинальной мощности, час;
Q_н — Номинальная тепловая мощность, кВт;
Q_п — Потребность объекта в тепле, кВт;
Q_min — Минимальная тепловая мощность котла, кВт.
1,163 — удельная теплоемкость воды (Вт*ч/(кг*К))

Как правило, в расчетах при подборе ТА к твердотопливному котлу, номинальная и минимальная мощность равны.

Пример расчета объема теплоаккумулятора для работы с твердотопливным котлом.

Исходные данные:

Т_г — 3 час;
Q_н — 25 кВт;
Q_п — 20 кВт;
Q_min — 25 кВт

Итого, рекомендуемый объем буферной ёмкости составит V_та=15*3*25*(1-0,3*20/25)=855 л.

Расчет ТА по мощности имеющегося котла

Данный способ расчета напоминает предыдущий и основан на том, что теплоаккумулятор должен вместить все тепло, которое вырабатывает котел за время горения топлива при полной загрузке, при одновременном расходовании его на нужды отопления.  Как уже упоминалась в статье «Схема твердотопливного котла», рекомендуется, чтобы мощность котла превышала максимальную нагрузку системы отопления на ~30%. Формула для такого расчета приобретет следующий вид:

V = (Q_н-Q_п) *Т_г/1,163*(t_max-t_н)

Где:
Q_н — Номинальная тепловая мощность котла, кВт;
Q_п — Потребность объекта в тепле, кВт;
Т_г — Продолжительность горения загрузки топлива при номинальной мощности, час;
t_max — максимальная температура теплоносителя в буферной емкости;
t_н — расчетная температура подачи в системе отопления.

Пример расчета

Исходные данные:
Т_г — 3 час;
Q_н — 39 кВт;
Q_п — 30 кВт;
t_max — 90°;
t_н — 55°С.

Итого, рекомендуемый объем буферной ёмкости составит:  V = (39-30) *3/1,163(90-55)= 663 л.

Оценочный расчет емкости теплового аккумулятора

Иногда используется, так называемый, «оценочный» метод расчета объема ТА. Он применяется тогда, когда нужно определить, на какое время хватит накопленного в буферной емкости тепла, например, для отопления дома без использования котла отопления. Принцип расчета такой же, как и при определении объема бойлера, который мы рассматривали в статье о подборе водонагревателя. В расчете мы сначала вычисляем количество тепла, которое накоплено в баке, затем расчитываем на какое время нам этого тепла хватит. Поясним на примере.

Исходные данные:
Потребность объекта в тепле, Q_п — 10 кВт;
Ёмкость теплоаккумулятора, V_та — 800 л;
Температура теплоносителя в ТА, Т_тн — 80°С;
Расчетная температура подачи в отопительном контуре, Т_п — 50°С
Расчетная температура температура обратки, Т_о — 40 °С

1. Сначала определим полезное количество тепла, накопленного в теплоаккумуляторе. К сожалению, мы не можем использовать всю имеющуюся тепловую энергию. Реально (при небольшом приближении) будет использоваться энергия, высвобождаемая при остывании теплоносителя с максимальной температуры (в нашем случае — 80°С) до рабочей температуры в системе отопления (у нас — 50°С). После этого будет запущен котел отопления. Количество тепла (в квт*час) считаем по следующей формуле (для упрощения расчетов плотность теплоносителя примем за единицу):

Q=1.163*(Т_тн-Т)*m 

где: Q- количество тепла, Вт*час, m — масса теплоносителя. 

До снижения температуры в баке до температуры подачи(Тп), ТА работает в автономном режиме без запуска котла. Посчитаем, какое время это займёт:

Q= 1,163 * (80 — 50) * 800 = 18608 Вт*час

18608 Вт*час/10000 Вт = 1,86 часа. Таким образом, в автономном режиме теплоаккумулятор будет обеспечивать дом теплом в течение почти 2-х часов. 

Если котел отопления (например электрокотел) в этом режиме настроен на температуру, равной температуре подачи; то вместе с работой котла будет продолжаться полезно использоваться и тепловая энергия теплоаккумулятора, пока не сравняется с температурой обратки, а это еще дополнительно съэкономленных 9,3 кВт*часа.