Càlcul i connexió d’un acumulador de calor per a una caldera de combustible sòlid

Les plantes de calderes de combustible sòlid no poden funcionar durant molt de temps sense la intervenció d’una persona que ha de carregar llenya periòdicament al forn. Si no es fa això, el sistema començarà a refredar-se i la temperatura de la casa baixarà. En cas d’aturada de corrent quan el forn estigui completament cremat, hi ha el perill d’ebullició del refrigerant a la jaqueta de la unitat i la seva posterior destrucció. Tots aquests problemes es poden resoldre instal·lant un acumulador de calor per a calderes de calefacció. També serà capaç de realitzar la funció de protegir les instal·lacions de ferro colat de les esquerdes a causa d’una forta caiguda de la temperatura de l’aigua de subministrament.

Connectar una caldera de combustible sòlid amb un acumulador de calor

Càlcul de la capacitat tampó de la caldera

El paper de l’acumulador de calor en l’esquema general de calefacció és el següent: durant el funcionament de la caldera en mode normal, acumuleu energia tèrmica i, després que la caixa de foc decau, doneu-la als radiadors durant un període de temps determinat. Estructuralment, l’acumulador de calor d’una caldera de combustible sòlid és un dipòsit d’aigua aïllat amb una capacitat estimada. Es pot instal·lar tant a la sala de combustió com en una habitació independent de la casa. No té cap sentit posar aquest dipòsit al carrer, ja que l’aigua que hi ha es refredarà molt més ràpidament que a l’interior de l’edifici.

Connectar un acumulador de calor a una caldera de combustible sòlid

Donada la disponibilitat d'espai lliure a la casa, el càlcul de l'acumulador de calor per a una caldera de combustible sòlid a la pràctica es fa de la següent manera: la capacitat del dipòsit es pren de la proporció de 25-50 litres d’aigua per 1 kW de potència necessària per escalfar la casa... Per a un càlcul més precís de la capacitat de la memòria intermèdia de la caldera, se suposa que l’aigua del dipòsit s’escalfa durant el funcionament de la planta de la caldera a 90 ⁰С i, després d’apagar aquesta última, desprèn calor i es refredarà fins a 50 ⁰С. Per a una diferència de temperatura de 40 ° C, es presenten a la taula els valors de la calor emesa per a diferents volums del tanc.

Taula de valors de la calor donada per a diferents volums de tancs

Volum acumulador de calor, m3	0.35	0.5	0.8	1	1.5	2	3	3.5
La quantitat de calor que es desprèn a una diferència de temperatura de 40 ⁰С, kW / h	20	30	45	58	85	115	170	210

Fins i tot si hi ha espai per a una gran capacitat en un edifici, això no sempre té sentit. Cal recordar que caldrà escalfar una gran quantitat d’aigua i, aleshores, la potència de la caldera hauria de ser inicialment 2 vegades superior a la necessària per escalfar l’habitatge. Un tanc massa petit no farà la seva funció, ja que no podrà emmagatzemar prou calor.

Càlcul de la capacitat de l’acumulador de calor

La metodologia de càlcul pot ser diferent segons l’esquema d’aplicació. Aquí teniu un gràfic aproximat de càlcul:

1. Determinació de la càrrega màxima de combustible. Per exemple, la llar de foc té 20 kg de llenya. 1 kg de llenya és capaç d’alliberar 3,5 kWh d’energia. Així, quan es crema un marcador de llenya, la caldera donarà 20 3,5 = 70 kWh de calor. El temps que triga a cremar un marcador complet es pot determinar empíricament o calcular-se. Si la potència de la caldera és, per exemple, de 25 kW 70: 25 = 2,8 h.
2. Temperatura del portador de calor al sistema de calefacció. Si el sistema ja està instal·lat, n’hi ha prou amb mesurar la temperatura a l’entrada i sortida i determinar la pèrdua de calor.
3. Determinació de la freqüència de descàrrega desitjada. Per exemple, la càrrega és possible al matí i al vespre, però no és possible donar servei a la caldera durant el dia i la nit.

Càlcul de l’acumulador de calor

Si, durant una hora, la pèrdua de calor d’una habitació, per exemple, és de 6,7 kW, al dia serà de 160 kW al dia. En aquest exemple, això suposa una mica més de dos ompliments de combustible.Com es va definir anteriorment, una llengüeta de llenya es crema durant aproximadament 3 hores, alliberant 70 kWh d’energia tèrmica.

La necessitat d’escalfar l’habitatge és de 6,7 3 = 20,1 kWh, la reserva del dipòsit d’emmagatzematge serà de 70-20,1 = 49,9, és a dir, aproximadament 50 kWh. Aquesta energia serà suficient durant un període de 50: 6,7, és a dir, aproximadament 7 hores, cosa que significa que es necessiten dos aperitius complets i un incomplet al dia.

Basant-nos en aquests càlculs, tenint en compte diverses opcions, ens aturarem en això: a les 23 hores es fa una càrrega incompleta, a les 6.00 i a les 18.00 - plena. Si dibuixeu un gràfic del nivell de càrrega de l’acumulador de calor, podreu veure que la càrrega màxima cau en 60 kWh a les 9 del matí.

Com que 1 kWh = 3600 kJ, la reserva hauria de ser de 60 3600 = 216000 kJ d’energia tèrmica. La reserva de temperatura (la diferència entre l’indicador d’aigua màxima i el cabal requerit) és de 95-57 = 38 ° С. Capacitat calorífica de l'aigua 4.187 kJ. Així, 216000 / (4.18738) = 1350 kg. En aquest cas, el volum requerit de l’acumulador de calor serà d’1,35 m3.

L'exemple considerat dóna una idea general de com es calcula la capacitat del dipòsit d'emmagatzematge. En cada cas, cal tenir en compte les peculiaritats del sistema de calefacció i les condicions del seu funcionament.

Característiques de la instal·lació d’un acumulador de calor

Cal elaborar un disseny detallat abans d’instal·lar l’equip. Cal tenir en compte tots els requisits dels fabricants d’equips de calefacció. En instal·lar el dipòsit d’emmagatzematge, s’han de respectar les regles següents:

• La superfície del contenidor ha de tenir un aïllament tèrmic fiable.
• Els termòmetres s’han d’instal·lar a l’entrada i a la sortida per controlar la temperatura de l’aigua.
• La majoria dels tancs volumètrics no caben a la porta. Si no és possible introduir el tanc abans de finalitzar la construcció, haurà d'utilitzar una versió plegable o diversos tancs més petits.
• Es recomana un filtre gruixut a la canonada d’entrada.
• A prop del tanc s’ha d’instal·lar una vàlvula de seguretat i un manòmetre. També hauria d’haver-hi una vàlvula de sortida d’aire al propi tanc.
• Ha de ser possible drenar l'aigua del dipòsit.

Consells! Molt sovint, la presència d'un acumulador de calor és un requisit previ per a una garantia del fabricant d'una caldera de combustible sòlid.

L’ús d’un acumulador de calor en un sistema amb caldera de combustible sòlid augmenta l’eficiència del generador de calor i la seva vida útil, i també permet un consum de combustible més econòmic. La possibilitat de carregar menys freqüentment el combustible fa que l’ús de la caldera de calefacció sigui més convenient per al consumidor. El càlcul de la capacitat requerida del dipòsit d’emmagatzematge ha de tenir en compte el tipus de caldera, les característiques del sistema de calefacció i les condicions del seu funcionament.

Recomanacions de selecció

La selecció d’un acumulador de calor per a una caldera de combustible sòlid està influïda per la presència d’espai lliure a l’habitació. En comprar un gran dipòsit d’emmagatzematge, caldrà preveure un dispositiu de fonamentació, ja que els equips amb una massa important no es poden col·locar en pisos ordinaris. Si, segons el càlcul, es requereix un dipòsit amb un volum d’1 m3 i no hi ha prou espai per a la seva instal·lació, podeu adquirir 2 productes de 0,5 m3 cadascun, situant-los en llocs diferents.

Acumulador de calor per a caldera de combustible sòlid

Un altre punt és la presència d’un sistema d’ACS a la casa. En el cas que la caldera no tingui el seu propi circuit d’escalfament d’aigua, és possible adquirir un acumulador de calor amb aquest circuit. El valor de la pressió de treball del sistema de calefacció, que tradicionalment no hauria de superar els 3 bar en edificis residencials, no té cap importància. En alguns casos, la pressió arriba als 4 bar, si s’utilitza una potent unitat casolana com a font de calor. Aleshores, l’acumulador de calor del sistema de calefacció haurà de triar una versió especial, amb una coberta torisfèrica.

Alguns acumuladors d’aigua calenta de fàbrica estan equipats amb un element de calefacció elèctric instal·lat a la part superior del tanc. Aquesta solució tècnica no permetrà que el refrigerant es refredi completament després d’aturar la caldera; la zona superior del tanc s’escalfarà. El subministrament d’aigua calenta sanitària funcionarà.

Circuit de commutació senzill amb additiu

El dispositiu d'emmagatzematge es pot incloure al sistema de diferents maneres. La canonada més senzilla d’una caldera de combustible sòlid amb un acumulador de calor és adequada per treballar amb sistemes de subministrament de refrigerant gravitatori i funcionarà en cas d’aturada de corrent. Per a això, el dipòsit s’ha d’instal·lar per sobre dels radiadors de calefacció. El circuit inclou una bomba de circulació, una vàlvula termostàtica de tres vies i una vàlvula antiretorn. Al començament del cicle de calefacció, l'aigua impulsada per la bomba flueix a través de la línia de subministrament des de la font de calor a través de la vàlvula de tres vies fins als escalfadors. Això continua fins que la temperatura de flux assoleix un valor determinat, per exemple, 60 ° C.

Acumulador de calor per a calderes de calefacció

A aquesta temperatura, la vàlvula comença a barrejar aigua freda amb el sistema des de la canonada de derivació inferior del tanc, observant la temperatura establerta de 60 ⁰С a la sortida. L’aigua escalfada començarà a fluir cap al dipòsit a través del tub de derivació superior, directament connectat a la caldera, i la bateria començarà a carregar-se. Amb una combustió completa de la llenya a la llar de foc, la temperatura a la canonada d’alimentació començarà a baixar. Quan baixa per sota dels 60 ° C, el termòstat anirà tallant gradualment l’alimentació de la font de calor i obrirà el flux d’aigua del dipòsit. Això, al seu torn, s'omplirà gradualment amb aigua freda de la caldera i, al final del cicle, la vàlvula de tres vies tornarà a la seva posició original.

La vàlvula de retenció, connectada en paral·lel amb el termòstat de tres vies, s’activa quan s’atura la bomba de circulació. A continuació, la caldera amb l’acumulador de calor funcionarà directament, el refrigerant anirà als dispositius de calefacció directament des del dipòsit, que es reposaran amb aigua de la font de calor. En aquest cas, el termòstat no participa en el funcionament del circuit.

On col·locar la bomba de circulació

En la majoria de sistemes de canonades per a un acumulador de calor amb una bomba de circulació, es troba a la canonada de retorn davant de la caldera. A la línia de retorn, perquè la temperatura és més baixa aquí, però també podeu posar-la al pinso. Les bombes modernes estan dissenyades per bombar refrigerant fins a 110 ° C, de manera que s’hi senten bé. El segon punt: quan s’instal·la al cabal, la bomba no generarà pressió addicional sobre l’intercanviador de calor, cosa que ampliarà la seva vida útil.

En qualsevol cas, en instal·lar una bomba de circulació al subministrament o al retorn, no hi ha possibilitat de circulació natural. És a dir, en cas d’aturada de corrent, la circulació s’aturarà, la caldera bullirà inevitablement. Per evitar-ho, s’instal·la una vàlvula de quatre vies, a través de la qual l’aigua sobreescalfada s’aboca al clavegueram i s’alimenta amb aigua freda del subministrament d’aigua freda. D’aquesta manera, s’organitza el refredament d’emergència de l’intercanviador de calor i s’evita la bullició del refrigerant.

Una de les maneres d’evitar el sobreescalfament del refrigerant a la caldera de calefacció

Tingueu en compte que aquest esquema només es pot implementar en intercanviadors de calor d’acer o coure. Amb el ferro colat, és impossible. Poden esclatar si s’exposen a aigua freda.

Hi ha una altra manera. És més suau en relació amb l'intercanviador de calor (també adequat per a ferro colat) i requereix menys materials. Podeu fer una canonada entre la caldera i l’acumulador de calor per escalfar-la de manera que es mantingui la circulació natural. En aquest cas, quan es talli l’alimentació, la caldera no bullirà; continuarà escalfant l’aigua del contenidor.

Per preservar la circulació natural del refrigerant, la bomba es col·loca en un circuit separat creat especialment. Per tal que el circuit funcioni, s’instal·la una gran vàlvula de retenció de pètals de secció transversal al circuit.

D'aquesta manera, la circulació natural es manté fins i tot en absència d'alimentació

Quan la bomba de circulació no funciona, passa el flux del portador de calor del TA. Quan la bomba de circulació funciona, recolza la vàlvula amb la seva pressió i el refrigerant flueix a través de la bomba. Un tub de mínim una polzada de diàmetre va a la bomba. Només en aquest cas es pot preservar la circulació natural.

Esquema de separació hidràulica

Un altre esquema de connexió més complex, implica un subministrament ininterromput d’electricitat. Si això no és possible, és necessari preveure la connexió a la xarxa mitjançant una font d'alimentació ininterrompuda. Una altra opció és utilitzar centrals elèctriques dièsel o gasolina. En el cas anterior, la connexió de l’acumulador de calor a la caldera de combustible sòlid era independent, és a dir, el sistema podia funcionar per separat del tanc. En aquest esquema, l’acumulador actua com a dipòsit tampó (separador hidràulic). S'incorpora una unitat de mescla especial (LADDOMAT) al circuit primari per on circula l'aigua quan s'activa la caldera.

Connectar un acumulador de calor a una caldera de combustible sòlid

Elements del bloc:

• bomba de circulació;
• vàlvula termostàtica de tres vies;
• vàlvula de retenció;
• dipòsit;
• Vàlvules de bola;
• dispositius de control de temperatura.

Diferències respecte a l'esquema anterior: tots els dispositius es munten en un bloc i el refrigerant va al dipòsit i no al sistema de calefacció. El principi de funcionament de la unitat d'agitació es manté sense canvis. Aquesta canonada d’una caldera de combustible sòlid amb un acumulador de calor us permet connectar tantes branques de calefacció com vulgueu a la sortida del tanc. Per exemple, per alimentar radiadors i sistemes de calefacció per terra o aire. A més, cada branca té la seva pròpia bomba de circulació. Tots els circuits estan separats hidràulicament, l'excés de calor de la font s'acumula al tanc i s'utilitza quan cal.

Connectar l’AT als consumidors

D’altra banda, el dipòsit d’emmagatzematge de calor ha d’estar connectat al sistema de calefacció. Si només connectem radiadors, tot és senzill: des d’una de les sortides superiors entra una canonada a la canonada d’alimentació i connectem la canonada de retorn a la inferior. Però, en aquest cas, els radiadors poden escalfar-se en excés. Quan l’aigua del dipòsit s’escalfa a temperatures superiors a 60 ° C, pot ser perillosa i la temperatura pot ser de 90 ° C o fins i tot superior. Quan toqueu aquests radiadors calents, hi ha una alta probabilitat de patir una cremada greu. A més, clarament farà calor a l’habitació.

Radiadors de connexió

Per evitar alimentar un transportador de calor massa calent, s’instal·la una altra vàlvula de mescla de tres vies. El circuit funciona igual que el descrit anteriorment. Establim la temperatura necessària al regulador, per exemple, 50 ° C. Tan bon punt el refrigerant del subministrament estigui calent, la vàlvula obrirà la barreja d’aigua des del retorn.

Un dels avantatges d’instal·lar un acumulador de calor és la possibilitat de preparar ACS al mateix contenidor (imatge central de la figura següent). Per a això, s'inclou un dipòsit o un intercanviador de calor al tanc. La seva sortida està connectada a una pinta de subministrament d’aigua calenta.

Esquema de canonades de dipòsit tampó des del costat del sistema de calefacció

Com que en aquest cas també és possible un sobreescalfament, aquí també es necessita una unitat de mescla. Només cal afegir aigua freda de l’aixeta. Aquesta unitat s’implementa mitjançant una altra vàlvula de mescla de tres vies. La sortida del subministrament d’aigua freda està connectada a una vàlvula de mescla d’ACS de tres vies. Perquè, en absència d’anàlisi d’aigua calenta, no caigui dins del pinta d’aigua freda, posem una vàlvula de retenció a la línia de subministrament des del subministrament d’aigua freda.

Aquest esquema de canonades de l’acumulador de calor té un desavantatge important: quan no s’utilitza aigua calenta, l’aigua de les canonades es refreda. Per "escalfar" cal abocar el refredat només a la claveguera. Això és incòmode perquè cal esperar i és poc econòmic.Per solucionar el problema, es treu una línia de retorn des de l'últim punt d'anàlisi, en el qual s'instal·la la seva bomba de circulació. Aquest circuit s’anomena recirculació. Fins que l’aixeta no s’obre en qualsevol lloc, l’aigua corre en cercle. Així, l’aigua tèbia es treu constantment de totes les aixetes. Presteu atenció a la instal·lació de vàlvules de retenció: són obligatòries per al funcionament del circuit.

Tubs d’acumulador de calor per a calefacció individual amb tots els elements i accessoris funcionals

Per a l’estudi final de l’esquema, també cal establir el lloc d’instal·lació dels accessoris. Es tracta de sortides d’aire automàtiques que s’instal·len als punts més alts del sistema. També calen claus de pas. S'instal·len a prop de cada gran unitat funcional, de manera que, si cal, és possible tancar les aixetes i retirar l'equip per a la seva reparació o manteniment.

Com alimentar un sòl d’aigua tèbia

Un sòl càlid es pot connectar molt bé a un acumulador de calor. En aquest cas, la canonada no és diferent de la dels radiadors. Necessitem la mateixa unitat de mescla amb una vàlvula de mescla de tres vies, però s’hauria d’establir a una temperatura inferior, no superior a + 40 ° C. En aquest cas, podeu connectar una calefacció per terra radiant sense una unitat de mescla; s’ha de controlar la temperatura en sortir de la caldera. Però podeu jugar amb seguretat: poseu una segona unitat de mescla al col·lector de distribució de la calefacció per terra radiant.

Tubs d'emmagatzematge de calor amb un sòl d'aigua tèbia (en bucle verd)

També hi ha una segona opció per canalitzar un acumulador de calor amb un sòl calent: subministrar la mateixa temperatura que el refrigerant que va als radiadors. La unitat de mescla el baixarà. La molèstia i els costos són menors (només calen tees per separar-se de la línia principal), però la fiabilitat d’aquesta solució és menor. Tot i que aquest equip fa front al refrigerant subministrat per una caldera normal.

L’acumulador de calor és una unitat per recollir i augmentar la calor per a la seva posterior utilització. El dispositiu s'utilitza en cases particulars, apartaments, empreses, així com per a motors de preescalfament. L'acumulador de calor del sistema de calefacció permet reduir els costos energètics per a la calefacció d'espais i el subministrament d'aigua calenta. Les unitats s’instal·len a la canonada d’una caldera de combustible sòlid o es connecten al sistema solar.

El funcionament d’una caldera de combustible sòlid al sistema de calefacció és una certa cíclicitat. En primer lloc, s’hi posa combustible, s’encén i, després, la caldera arriba gradualment a la seva màxima potència i transfereix energia tèrmica a través del refrigerant al sistema de calefacció.

El marcador de llenya es va cremant gradualment, la transferència de calor disminueix i el refrigerant es refreda. Durant el període de màxima potència, una part de l’energia tèrmica roman sense reclamar-se i, al contrari, durant la postcombustió del combustible no n’hi haurà prou. Per repetir el cicle, s’ha de tornar a carregar el combustible sòlid.

Avantatges i inconvenients

Un sistema de calefacció amb un acumulador de calor, en el qual una planta de combustible sòlid serveix com a font de calor, té molts avantatges:

• Millorant les condicions de confort a la casa, ja que després de cremar el combustible, el sistema de calefacció continua escalfant la casa amb aigua calenta del dipòsit. No cal aixecar-se a mitja nit i carregar una porció de llenya a la llar de foc.
• La presència d’un recipient protegeix la jaqueta d’aigua de la caldera de l’ebullició i la destrucció. Si l’electricitat es talla sobtadament o els caps termostàtics instal·lats als radiadors tallen el refrigerant a causa de la temperatura desitjada, la font de calor escalfarà l’aigua del dipòsit. Durant aquest temps, es pot reprendre el subministrament d’electricitat o s’iniciarà el generador de gasoil.
• Queda exclòs el subministrament d’aigua freda des de la canonada de retorn a l’intercanviador de calor de ferro colat en calent després d’un inici sobtat de la bomba de circulació.
• Els acumuladors de calor es poden utilitzar com a separadors hidràulics al sistema de calefacció (fletxes hidràuliques). Això fa que el funcionament de totes les branques del circuit sigui independent, cosa que suposa un estalvi addicional en energia tèrmica.

El cost més elevat d’instal·lar tot el sistema i els requisits per a la col·locació d’equips són els únics inconvenients de l’ús de dipòsits d’emmagatzematge. No obstant això, aquestes inversions i inconvenients seran seguits de costos operatius mínims a llarg termini.

Resolució del problema de condensació

Una solució lògica al problema de l’aigua massa freda a la tornada és afegir aigua calenta del subministrament. Això es fa mitjançant un pont i una vàlvula de mescla ajustable de tres vies instal·lada a la branca. La vàlvula ha de ser de tipus mesclador: quan s’assoleix la temperatura configurada, comença a moure les vàlvules sense problemes a les dues canonades connectades. Així, s’obté un canvi de temperatura gradual i suau.

Tubs de l’acumulador de calor: circuit addicional per barrejar aigua calenta al retorn

L'aigua freda a la canonada de retorn apareix en diversos casos: durant l'acceleració de la caldera, quan l'aigua de l'acumulador de calor s'ha refredat fortament (després del temps d'inactivitat) i la caldera està en funcionament. Vegem com funciona aquest esquema de connexió de l’acumulador de calor en ambdós casos. El moviment del refrigerant es mostra a les il·lustracions següents.

Fins que la caldera no s’ha escalfat, el refrigerant queda completament fred. En aquest cas, la vàlvula de tres vies apaga el flux de refrigerant cap al TA i es desplaça en un petit cercle (imatge inferior, imatge superior esquerra). L’escalfament es produeix ràpidament, ja que hi ha poca aigua, el temps de formació de condensació és mínim. La figura suposa que la vàlvula de 3 vies està configurada a 55 ° C. Fins que l’aigua del petit cercle arriba a aquesta temperatura, hi circula.

Quan el portador de calor de l’anell petit s’escalfa fins a 55 ° C, la vàlvula canvia els solapes i s’encén l’acumulador de calor per escalfar. En aquest cas, tres fluxos van simultàniament (la figura correcta a la fila superior):

• petit, com a la primera imatge;
• una part del refrigerant va al TA a través de la vàlvula;
• des del TA al llarg de la línia de retorn, passant per la vàlvula, fins a la bomba i fins a l'intercanviador de calor de la caldera (tercer cercle).