 (1).png)
В Україні газифікацією можуть похвалитися далеко не всі регіони. У багатьох районах немає газопроводу, електроенергія подається з частими перебоями. В таких умовах для комфортної обстановки будинку оптимальним рішенням буде установка твердопаливного котла. Це металевий опалювальний пристрій, що виробляє теплову енергію за рахунок спалювання твердих видів палива. Його експлуатація відрізняється від електричних і газових котлів:
- Всі стандартні сталеві і чавунні котли з об’ємним горінням палива забезпечують свій паспортний ККД в режимі максимального горіння. Так як потужність котла вибирається згідно пікових тепловтрат, а вони припадають лише на незначний період опалювального сезону, то маємо ситуацію, коли котел більшу частину опалювального сезону працює в режимі неповної потужності. Потужність не рекомендується знижувати менше, ніж на 50-60%, що призводить до перевитрати палива, засмічення топки і димаря.
- Необхідність періодичного дозавантаження палива в котел. Більшість стандартних котлів мають невеликі за обсягом камери згоряння, тому закладка палива (знову ж, стосується дров) перегорає за 2-3 години. Кам’яне вугілля перегорає набагато довше, однак коштує дорожче, тому деревина лідирує за популярністю.
- На сьогодні більшість систем опалення проектуються закритими, з примусовою циркуляцією теплоносія. Небезпека експлуатації підвищується. При перебоях електрики може зупинитися циркуляційний насос або закипіти теплоносій.
Тобто безпечна, комфортна і економічна експлуатація – ось для чого потрібен теплоаккумулятор в системі опалення. Буфер або теплоаккумулятор для твердопаливного котла являє собою не емальовану металеву теплоізольовану ємність з приєднувальними патрубками контурів опалювальної системи і котла.
Буферна ємність для твердопаливного котла при максимальній потужності роботи акумулює тепло, а потім у міру необхідності випускає його в опалювальну систему. 1 і 2 відмінності експлуатації таким чином повністю згладжуються, оскільки тепло не губиться, і паливо згорає ефективно. Вкрай важливо правильно провести розрахунок буферної ємності.
Сьогодні можна побачити безліч методик розрахунку баків-акумуляторів. Наприклад, 25 або 50 літрів об’єму бака на 1 кВт потужності котла. Однак офіційні дані не включають ні температурний режим опалювальної системи, ні використовуване паливо в котлах, а, найголовніше, немає визначення функції бака – акумулювання тепла чи інші цілі.
Отже, маємо невеликий житловий будинок з опалювальною площею 150 кв.м. Розрахункові тепловтрати 10 кВт (утеплення відповідно до сучасних норм). Опалення радіаторне, температурний режим 70/50. Маємо стандартний твердопаливний котел – чавунний Demrad Solidmaster 5S з тепловою потужністю на дровах 23 кВт. Обсяг топки 70 літрів, кількість завантажених дров з урахуванням щільності дубових дров 600 кг на 1 куб.м. і коефіцієнта закладання палива 0,5 становить: 70 х 0,6 х 0,5 = 21 кг. Теплотворна здатність деревини (сухий дуб) з урахуванням ККД котла становить 3 кВт на 1 кг. Таким чином разова закладка палива видасть 21х3 = 63 кВт. Закладка палива згорить за 63/23 = 2,7 години, округлимо до 3-х годин.
При потребі в теплі 10 кВт (пікові тепловтрати) з 23 кВт номінальної потужності 10 кВт передається в систему, а 13 кВт необхідно запасти. За 3 години роботи закладки система споживе 10х3 = 30 кВт, а запасе 13х3 = 39 кВт, які система буде споживати після прогорання закладки ще протягом 39/10 = 3,9, тобто майже 4 години. При використанні теплоаккумулятора закладки палива вистачить на 3 + 4 = 7 годин безперервної роботи.
Щоб запасти 39 кВт тепла необхідно розрахувати обсяг бака з урахуванням температурного режиму системи. Температура в теплоаккумуляторі не може перевищувати + 95С, а температура подачі на систему +70. Маємо запас по температурі 95-70 = 25С.
Обсяг теплоаккумулятора = 39000 Вт/ (1,163х25) = 1334 литри. Дане значення є мінімально необхідним. Його можна округлити до 1500 літрів.
При підвищенні зовнішньої температури і відповідно зменшенні потреби в теплі час роботи від зарядки теплоаккумулятора збільшується. Так як при температурах зовнішнього повітря 22С і 0С значення тепловтрат відрізняються в 2 рази, то, відповідно, при околонулевій температурі запасу тепла вистачить на 7х2 = 14 годин.
При нульових температурах потреба в теплі складе близько 5 кВт. Тоді бак буде запасати (23-5) х 3 = 54 кВт тепла, якого достатньо для забезпечення теплом протягом 54/5 = 10-11 годин. Збільшується потужність, що запасається і збільшується запас температур.
Система опалення з буферною ємністю для правильного функціонування вимагає:
- Розрахунок кількості тепла для запасу потужності в залежності від тривалості роботи.
- Визначення температурного графіка системи опалення.
- Визначення рівня тепловтрат приміщення.
Необхідно розрахувати обсяг буферної ємності, грунтуючись на цих трьох пунктах. Тому що потужність власне котла підбирається саме під обсяг буфера, а не під тепловтрати. Заряджатися до дворазового запасу потужності буфер при правильній схемі повинен за одну-дві протопки котла.
У нашому випадку котел потужністю 23 кВт забезпечить початковий нагрів акумулятора (при кімнатній температурі теплоносія) за (1500х (95-20) х1,163) / 23000 = 5,5 годин, тобто майже за 2 протопки. Надалі, під час експлуатації нижня температура теплоносія навряд чи буде опускатися нижче 40С, і тому нагрів бака буде відбуватися за одну-півтори протопки, що повністю задовольняє зазначені вимоги.
Таким чином наш котел працює з максимальним ККД протягом усього опалювального сезону і забезпечує цілком комфортні умови експлуатації з часом роботи разового завантаження котла від 7 до 14 годин. На обличчя виконання тепловим акумулятором своїх функцій в повному обсязі.
Накопичувальний бак з функцією “буферна ємність” має на увазі, як правило, захист твердопаливного котла від аварій, пов’язаних з закипанням теплоносія. Буферна ємність має різні варіанти монтажу в опалювальні системи.
Відповідний варіант установки підбирається індивідуально в залежності від схеми будинку і інших чинників. Можливо вмонтувати буферну ємність послідовно котел-бак-система опалення як теплоаккумулятор. Також можна підключити котел безпосередньо до системи опалення, тоді тепло буде накопичуватися в буфері через клапани, що перемикаються.
Буфери також служать для зменшення частоти включення і виключення (тактованія) пальникового пристрою котла.
Що стосується розрахунку обсягу буферних баків, то можна зустріти 2 варіанти:
- Так само, як і з акумуляторами тепла, певна кількість теплоносія на 1 кВт потужності котла.
- Формула розрахунку, яка наводиться в документації на більшість іноземних котлів:
Обсяг буфера = 15 х Н х Qк х (1-0,3 х (Qп/Qхв), де:
Н – час горіння котла при номінальній потужності, г.
Qк – номінальна теплова потужність котла, кВт.
Qп – тепловтрати опалювального приміщення. кВт.
Qмин – мінімальна теплова потужність котла. кВт.
Приклад. Той же твердопаливний котел Demrad Solidmaster 5S з потужністю на дровах 23 кВт. Час горіння закладки 3 години. Мінімальну потужність котла з урахуванням незначного діапазону регулювання приймемо за 20 кВт. Тепловтрати приміщення 20 кВт, тобто котел підібраний акурат в номінал. Маємо наступний розрахунок:
Обсяг буфера = 15 х 3 х 23 х (1-0,3 х (20/20)) = 724 літри. Округлимо до 750 літрів.
Формула дозволяє розрахувати захист від закипання, оскільки враховує потужність котла і тривалість горіння закладки в максимальному режимі.
Розглянуті приклади дають визначення основних параметрів вибору необхідного обсягу бака і пояснюють, за якими принципами його розраховують. Перед установкою даного типу теплового обладнання слід детально вивчити всі чинники і умови його експлуатації.
