Collegamento e principio di funzionamento dell'accumulatore di calore per la caldaia

Nelle case dove non c'è il gas o il riscaldamento centralizzato, vengono utilizzati sistemi di riscaldamento individuali, compresi caldaie a combustibile solido e elettriche o sistemi solari alimentati da energia solare. Questi sistemi presentano un importante inconveniente: il riscaldamento irregolare del liquido di raffreddamento dovuto alle caratteristiche fondamentali del funzionamento o all'influenza di fattori esterni. Possono essere ottimizzati utilizzando un accumulatore di calore per il riscaldamento, che fungerà da cuscinetto tra la fonte di calore e le utenze.

Scopo dell'accumulatore di calore

L'accumulatore di calore per vari tipi di caldaie per riscaldamento è un serbatoio di dimensioni impressionanti riempito d'acqua, che consente di risolvere i problemi che si presentano durante il funzionamento di una caldaia per riscaldamento:

• consumo eccessivo di energia;
• potere di riscaldamento in eccesso;
• surriscaldamento dell'acqua in caldaia;
• fluttuazioni periodiche della temperatura di riscaldamento dovute all'irregolarità del processo di combustione stesso e alla posa prematura di legna da ardere, carbone;
• mismatch tra i picchi di produzione e il consumo di energia termica.

Alcuni problemi possono essere risolti installando una caldaia a pirolisi a combustione lunga, ma in quest'ultimo caso non sarà di aiuto. La particolarità del funzionamento della caldaia è che dopo il caricamento del combustibile, la resa energetica termica aumenta gradualmente, raggiungendo valori di picco, per poi diminuire anche gradualmente. Se non si aggiunge carburante alla caldaia in tempo, si ferma, il liquido di raffreddamento inizia a raffreddarsi e con questo la temperatura in casa scende. Durante i picchi di produzione di calore, il sistema non è in grado di distribuire in modo efficiente tutta l'energia, poiché è dotato di termostati, quindi parte del calore viene sprecato. Se la caldaia è elettrica, è molto più redditizio accumulare calore di notte, quando l'elettricità viene calcolata a tariffa notturna preferenziale per consumare meno elettricità possibile durante il giorno.

L'accumulatore di calore per l'impianto di riscaldamento è realizzato in acciaio inossidabile o normale, l'interno può essere rivestito con vernice protettiva. Le pareti sono dipinte dall'alto con vernice resistente al calore, quindi ricoperte con materiale termoisolante e similpelle. Infatti, quando è collegato un accumulatore di calore, aumenta il volume del vettore di calore nell'impianto di riscaldamento, il che consente di compensare la potenza di picco della caldaia e allo stesso tempo di accumulare calore per trasferirlo al vettore di calore quando la potenza di generazione del calore da parte della caldaia diminuisce. Grazie all'isolamento di alta qualità, l'acqua nell'accumulatore di calore si raffredda a lungo. Rimane caldo per diverse ore e anche giorni e viene pompato nel sistema per mezzo di una pompa. Il principio di funzionamento dell'accumulatore di calore si basa sulla diversa capacità termica dei vari fluidi, in particolare acqua e aria. Una diminuzione della temperatura di 1 litro d'acqua di un grado porta ad un aumento della temperatura di un volume d'aria di 1 m3 di 4 gradi.

Se, quando si utilizzano caldaie a combustibile solido e elettriche, è desiderabile, ma non necessaria, l'installazione di un accumulatore di calore, la presenza di un accumulatore di calore nel sistema solare è una condizione necessaria per il funzionamento, poiché è impossibile ottenere energia solare in la sera e la notte, e l'utilizzo del sistema è molto limitato in autunno e inverno nelle giornate nuvolose.

Pro e contro

Pro dell'utilizzo di un accumulatore di calore:

• Immagazzina energia termica per ore e giorni.
• È escluso il surriscaldamento della caldaia.
• L'energia termica non viene sprecata, ma si accumula per essere utilizzata in futuro, a causa di ciò aumenta l'efficienza della caldaia e dell'impianto di riscaldamento nel suo insieme.
• Ti permette di risparmiare denaro.
• La temperatura dell'aria nei locali viene facilmente mantenuta a un livello ottimale, sono escluse improvvise fluttuazioni di temperatura.
• Non c'è bisogno di frequenti rifornimenti.
• Oltre alla caldaia a combustibile solido è possibile installare un impianto solare, fonte gratuita di energia termica.
• Alcuni modelli di accumulatori termici per riscaldamento possono combinare le funzioni di una caldaia.

Svantaggi del sistema:

• Riscaldamento lungo: installazione ottimale in case destinate a residenza permanente. Nei cottage di campagna, che vengono visitati in inverno nei fine settimana, un tale dispositivo non sarà utile.
• Costo elevato: costano più o meno come una caldaia e talvolta di più.
• Dimensioni e peso significativi: a causa di ciò, sorgono alcune difficoltà durante il trasporto e l'installazione. Inoltre, nelle immediate vicinanze della caldaia è installato un accumulatore di calore destinato al riscaldamento, lì devono essere posizionate apparecchiature aggiuntive, pertanto è spesso necessario assegnare un locale speciale per l'installazione dei dispositivi e prepararlo in modo speciale: dotare una piattaforma di supporto in grado di sopportare il peso dell'unità. Una volta riempito, il serbatoio può pesare 3-4.
• È necessaria una caldaia ad alta potenza: l'acquisto di un dispositivo di accumulo è giustificato se la potenza della caldaia non è completamente utilizzata, c'è almeno una doppia riserva di potenza, altrimenti il ​​​​dispositivo sarà inattivo.

Quando realizzi un accumulatore di calore con le tue mani, sarai in grado di risparmiare una quantità significativa. Il design più semplice è costituito da una canna in acciaio inossidabile o anche da un foglio di acciaio inossidabile con uno spessore di almeno 3 mm. Avrai anche bisogno di un tubo di rame con un diametro di 3 cm e una lunghezza di 14 m, piegato a spirale e posizionato all'interno del serbatoio. Dal basso fanno una fornitura di acqua fredda, da sopra un rubinetto per acqua calda, installano rubinetti sui rubinetti. È imperativo isolare un accumulatore di calore autocostruito per una caldaia a combustibile solido, altrimenti sarà inefficace. È inoltre necessario installare sensori di pressione e temperatura.

Se non riesci a saldare un contenitore cilindrico, puoi realizzare un accumulatore di calore per il riscaldamento a forma di parallelepipedo: è più facile realizzare un serbatoio di questa forma con le tue mani. Gli angoli sono ulteriormente rinforzati, dall'esterno completano la struttura con rinforzi: sono saldati a una distanza di 30-35 cm l'uno dall'altro. Il rapporto tra il diametro e l'altezza del dispositivo è 1: 3 (4).

Criteri di selezione

È necessario selezionare un accumulatore di calore in base a calcoli accurati, tenendo conto dei parametri del sistema di riscaldamento domestico. Tuttavia, oltre ai valori calcolati, vengono prese in considerazione le caratteristiche generali degli accumulatori di calore.

• Pressione impianto di riscaldamento. Secondo questo parametro, l'accumulatore di calore deve corrispondere all'impianto di riscaldamento. In ogni caso, il valore può essere superiore, ma non inferiore. La pressione che il dispositivo di stoccaggio può sopportare dipende dallo spessore della parete, dalla forma del serbatoio e dal materiale di fabbricazione. Gli accumulatori di calore per caldaie con una capacità superiore a 4 bar hanno un coperchio superiore e inferiore convesso.
• Il volume del serbatoio tampone. Questo parametro è considerato il più importante e cercano di scegliere una capacità di tale volume in modo che l'unità possa accumulare tutto il calore in eccesso. Ma allo stesso tempo, non è necessario un dispositivo inutilmente voluminoso.
• Dimensioni esterne e peso.Dovranno essere risolti i problemi di trasporto e posizionamento delle apparecchiature, quindi tutto deve essere calcolato attentamente: se il serbatoio passerà attraverso la porta, se le sovrapposizioni resisteranno quando il serbatoio è completamente pieno d'acqua.
• Dotare di scambiatori di calore aggiuntivi. Consentono di ottimizzare ulteriormente il funzionamento del sistema. I modelli sono selezionati in base alla complessità dell'intero sistema.
• Possibilità di installare dispositivi aggiuntivi. Insieme agli appunti della batteria, sono installati elementi riscaldanti aggiuntivi, sensori e regolatori di temperatura. Se tutti gli elementi del sistema sono selezionati correttamente, il consumo di carburante può essere dimezzato.

I serbatoi sono realizzati in acciaio al carbonio o acciaio inossidabile. Questi ultimi sono più costosi e durano più a lungo, e i primi devono avere un rivestimento anticorrosivo. Devi assicurarti della sua qualità.

Calcolo del volume del serbatoio di accumulo della caldaia

Il volume del serbatoio di accumulo viene solitamente calcolato in modo tale che durante la combustione di un carico di combustibile, l'accumulatore di calore trattiene tutto il calore generato dalla caldaia. È possibile effettuare autonomamente solo calcoli approssimativi che non tengono conto della perdita di calore dai radiatori di riscaldamento e dell'effetto della temperatura dell'aria nella stanza. La formula di base per calcolare il volume di un accumulatore di calore:

W = k × m × s × Δtdove

• W - eccessiva quantità di calore;
• m - la massa del liquido;
• a partire dal - capacità termica del liquido di raffreddamento;
• t - il numero di gradi di cui è necessario riscaldare il liquido di raffreddamento;
• K - efficienza della caldaia.

Da qui è necessario calcolare la massa del liquido di raffreddamento:m = W / (k × s × Δt).

Come W è definita come la differenza tra i valori dell'energia generata dalla caldaia e spesa per il riscaldamento della casa; è inoltre necessario chiarirli e il tempo di combustione del combustibile. Se la potenza della caldaia è indicata nel passaporto del dispositivo, è necessario calcolare il consumo di energia termica per il riscaldamento. Il tempo di esaurimento del carburante è determinato empiricamente. Diciamo che sono 3 ore, ma per riscaldare la casa servono 10 kW/h. Ciò significa che in 3 ore verranno spese:10 × 3 = 30 kW.

La produzione di calore di una caldaia da 22 kW/h è:22 × 3 = 66kW.

In base ai risultati del calcolo, il calore in eccesso sarà:L = 66 - 30 = 36 chilowatt. Traduciamo in watt, otteniamo 36.000 watt.

Usando la formula m = W / (k × s × Δt), determiniamo il valore desiderato della massa d'acqua. L'efficienza è indicata nel passaporto in percentuale. Questo valore deve essere convertito in decimale dividendo per 100. Ad esempio, 80/100 = 0,8... La capacità termica dell'acqua è 4,19 kJ/kg × ° С o 1.164 L × h / kg × ° С o 1,16 kW/m × ° С.

t si determina misurando la temperatura delle tubazioni di mandata e di ritorno, sottraendo il valore minore dal valore maggiore. Per esempio:Δt = 88 - 58 = 30°C.In questo modo,m = 36000 / (0,8 × 1,164 × 30) = 1 288,7 kg.

Per immagazzinare tutta l'energia in eccesso generata dalla caldaia sarà necessario un contenitore con un volume di almeno 1.288,7 m3. L'accumulatore di calore Jaspi GTV Teknik 1500 HP è adatto. Con valori di calcolo più modesti, puoi limitarti a un serbatoio, ad esempio 750 litri.

Metodi e schemi di connessione fai da te

La complessità e le caratteristiche della connessione dipendono dal tipo di accumulo di calore. Pertanto, dovresti capire cosa sono.

• Il design più semplice è un serbatoio vuoto all'interno. La caldaia e le utenze sono collegate direttamente. L'uso è ottimale se viene utilizzato lo stesso liquido di raffreddamento in tutti i circuiti, la pressione nell'impianto non supera i valori consentiti del serbatoio di accumulo e la temperatura del liquido di raffreddamento fornito dalla caldaia non supera i valori consentiti per il circuito di riscaldamento. Se i primi due requisiti non sono soddisfatti, durante la connessione al sistema, è necessario utilizzare scambiatori di calore esterni aggiuntivi. In quest'ultimo caso devono essere installati gruppi di miscelazione con valvole a tre vie.
• Serbatoio di accumulo con uno scambiatore di calore interno - uno o più.Lo scambiatore di calore è un tubo a spirale in rame o acciaio inossidabile. In un tale supporto di memorizzazione, il liquido di raffreddamento viene miscelato. La serpentina, situata nella parte inferiore, riscalda il liquido di raffreddamento, l'acqua calda si precipita verso l'alto man mano che meno densa. In alto c'è un'altra serpentina che prende energia e la immette nei circuiti di riscaldamento. Un dispositivo di questo tipo è ottimale quando si utilizzano diversi tipi di vettori di calore, ad alta pressione e temperatura del vettore di calore, collegando più generatori di calore.
• Un serbatoio con un circuito di flusso per la fornitura di acqua calda. Lo scambiatore di calore si trova principalmente nella parte superiore del serbatoio. Deve essere realizzato in metallo che soddisfi i requisiti di acqua alimentare. I circuiti sono collegati direttamente. Tale sistema è preferibile con un flusso uniforme di acqua calda.
• Accumulatore di calore con caldaia interna. L'accumulo accumula acqua riscaldata per il consumo domestico. Questo tipo di accumulatore di calore può essere facilmente integrato in impianti di riscaldamento aperti e chiusi dotati di combustibile solido, caldaie elettriche e collettori solari. I serbatoi di accumulo di questo tipo sono particolarmente rilevanti quando si utilizzano caldaie elettriche, quando il liquido di raffreddamento viene riscaldato di notte e l'acqua viene consumata durante il giorno. Una caldaia da 150 litri è sufficiente per il consumo giornaliero di acqua di una famiglia media.

Ci sono diversi tubi di uscita per l'accumulatore di calore destinato all'impianto di riscaldamento e sono posizionati lungo il serbatoio verticalmente, poiché esiste un gradiente di temperatura lungo l'altezza. Questo viene fatto per poter collegare circuiti con requisiti diversi per la temperatura del liquido di raffreddamento, per ridurre il carico sui termoregolatori. Di conseguenza, l'energia termica viene utilizzata nel modo più efficiente possibile.

Altri tipi di sistemi:

1. Lo schema di reggiatura più semplice, limitando le possibilità di regolazione. L'acqua calda sale e viene prelevata dal punto superiore, dopo essersi raffreddata, scende ed entra nuovamente in caldaia. Viene utilizzato quando la pressione e la temperatura nel generatore di calore e nei circuiti di riscaldamento sono uguali. La temperatura viene controllata solo aumentando/diminuendo il flusso del portatore di calore.
2. Il sistema contiene unità di miscelazione, bypass, quindi è possibile una regolazione più accurata della temperatura del liquido di raffreddamento. L'efficienza dell'apparecchiatura si ottiene installando, ad esempio, valvole a tre vie.
3. Nel sistema è incluso un serbatoio aggiuntivo, in modo che una piccola quantità di acqua calda sia disponibile immediatamente dopo l'avvio della caldaia. Il consumatore non deve attendere che il sistema si riscaldi completamente, ma la fornitura d'acqua non è grande e il sistema si riscalda più lentamente di quello classico.
4. All'interno del serbatoio di accumulo è presente una serpentina, attraverso la quale passa l'energia termica dalla sorgente, e già dalla serpentina viene riscaldato il liquido di raffreddamento nell'accumulo di calore. In un impianto di questo tipo vengono utilizzati diversi fluidi termovettori. Puoi scegliere quelli che non possono essere miscelati per incompatibilità di caratteristiche chimiche. Attraverso la bobina, è possibile fornire riscaldamento o acqua calda, oppure il liquido di raffreddamento dalla sorgente circolerà attraverso questo cerchio.
5. Nel sistema è installato uno scambiatore di calore esterno aggiuntivo. Consente di mantenere la temperatura desiderata nella batteria.
6. Sistema con un circuito di acqua calda che scorre. È ottimale se l'acqua calda viene utilizzata in modo uniforme. In caso contrario, si consiglia di acquistare un'unità di accumulo di energia con caldaia incorporata.
7. Sistema single coil con collegamento a una fonte di energia alternativa come un collettore solare. Si chiama bivalente. Il collegamento viene effettuato in modo tale che il collettore svolga un ruolo di primo piano nel riscaldamento dell'impianto e la caldaia sia collegata quando non c'è abbastanza energia termica.
8. Sistema polivalente, dove il riscaldamento principale è assicurato da fonti a bassa temperatura, come un collettore solare e una pompa di calore geotermica. Sono collegati nella parte inferiore dell'accumulatore di calore. Una caldaia ad alta temperatura viene utilizzata come fonte ausiliaria di energia termica.

In presenza di vari circuiti di riscaldamento e fonti di energia termica, si forma un complesso sistema ramificato con molte apparecchiature di regolazione aggiuntive, sensori, gruppi di sicurezza. Si consiglia di affidare il suo design a professionisti, poiché saranno richiesti calcoli di alta precisione.

Reggia dell'accumulatore per il calore

Il contenitore deve essere ben isolato. Se si tratta di un accumulatore di calore disponibile in commercio, è necessario valutare lo spessore e la qualità dell'isolamento esterno. Migliore e più spesso è l'isolante termico, più a lungo rimarrà il calore. Grazie alla speciale struttura dell'isolante termico, l'accumulatore di calore funziona come un thermos. Lo spessore dell'isolamento termico nei modelli di alta qualità è di circa 10 cm e copre il corpo verniciato con vernice resistente al calore. Sopra l'isolamento termico c'è uno strato di similpelle. L'isolamento viene eseguito da solo allo stesso modo. Innanzitutto, il serbatoio è verniciato con vernice resistente alle alte temperature, quindi è isolato con lana di basalto con uno spessore di almeno 150 mm e la parte superiore è ricoperta di lamina.