Расчет буферной емкости: расчет буферной емкости твердотопливного котла

Выбор объема буферной емкости и ее конструкции. Применение

Буферная емкость (теплоаккумулятор) необходима для создания запаса тепла. Она содержит в себе большое количество воды, при разогреве накапливает много тепловой энергии. Затем тепло отдается на обогревательные приборы, когда это нужно. Этим сглаживается неравномерность теплогенерации, перераспределяется отдача тепла во времени. Буферная емкость в отдельных случаях значительно повышает комфорт и экономит деньги… Когда ее применять, когда она будет лишней… какую выбрать….

Твердотопливный котел с буферной емкостью

В домах каркасной конструкции, из дерева, из пенобетонов и поризованной керамики может и не быть элементов со значительной теплоемкостью. Эти современные дома обычно достаточно утеплены, но, все равно, температура внутри может изменяться довольно быстро, так как теплоемкость конструкций небольшая. Если твердотопливный котел в морозную ночь погаснет, то к утру будет холодно. Если немного подержать дверь открытой… Если котел хорошо топить, то быстро станет жарко…

• Поддерживать температуру твердотопливным котлом сложно — нужно возле него дежурить…

В большинстве домов, для комфорта желательно термостабилизировать атмосферу. Поможет буферная емкость и ее правильная обвязка. На выходе применяется трехходовой клапан, который по команде термоголовки (термостата) поддерживает температуру радиаторов на заданном уровне, например, — на подаче 65 град.

Твердотопливный котел заряжает емкость теплом, когда удобно хозяевам, например, утром и вечером, определенным количеством топлива, в зависимости от погоды. Для этого котел должен быть достаточно мощным. Это весьма упрощает управление отоплением, экономит много времени, а значит — денег.

Обогрев электрокотлом с буферной емкостью

Обогрев электричеством самый дорогой, но эту стоимость, в отдельных случаях, можно уменьшить в несколько раз. Если есть возможность подключить ночной тариф, то нужно делать это, установив двухтарифный счетчик. Тогда основное потребление электричества будет ночью, когда электрокотел заряжает буферную емкость – не более чем за 8 часов. Отдача же тепла днем от теплоаккумулятора происходит в течении 16 часов.

Какой объем буферной емкости оптимальный – теплопотери дома

Основной вопрос, при установке буферной емкости, – какой объем потребуется? Оптимальный требуемый объем несложно вычислить самостоятельно, если приблизительно определить теплопотери дома. Правда с этим часто проблемы, так как множество домов имеют нерегулируемую вентиляцию (сквозняки), увлажненные конструкции, места со значительными мостиками холода… Но в любом случае, хозяева знают, сколько примерно потребляется топлива в сутки, чтобы в доме было тепло. Теплотворность топлива равна теплопотерям дома. Нужно узнать – сколько теряется киловатт за сутки, и за один час.

• Хорошо утепленный дом типичной площади 100 – 200 м кв (с мансардой), теряет зимой в морозы в среднем 4 – 8 кВт тепла в час. Соответственно, нужно обеспечить теплогенерацию не менее 6 кВт час, а также выбирать буферную емкость из расчета отдачи тепла 4 — 6 кВт/час.

Расчет объема буферной емкости – какая потребуется

Рабочая температура буферной емкости находится в пределах 80 – 40 град. Предположим, что разогреваем емкость  до 80 град, и она отдает тепло, пока не остынет до 40 град. Разница температур – 40 градусов. При остывании с 80 до 40 град, 1 м куб. воды (1 тонна) отдаст примерно 40 кВт энергии. Если отдавать по 5 кВт-час, то тепла хватит на 8 часов, – перерыв между утренней и вечерней топками для твердотопливного котла.

• Чтобы не подходить к твердотопливному котлу 8 – 10 часов зимой, для среднего утепленного дома (потери 5 кВт-час) нужна емкость не менее 1 тонны.
• Для электрического котла, на 16 часов дневного тарифа, потребуется емкость на массу воды 2 тонны. При этом котел должен выдавать мощность от 10 кВт для емкости, чтобы за 8 часов ночного тарифа зарядить емкость (дать 80 кВт).

Но во всех случаях есть возможность экономить топливо и объемы.  Дело в том, что днем, чаще всего максимальный нагрев не нужен, так как на улице обычно теплее, а дома никого нет. Поэтому совместно с электрокотлом может справиться и 1-тонная… и менее мощный котел…

Какую емкость возможно доставить

Буферная емкость – довольно громоздкий объект. Ее нужно доставить, пронести через дверной (оконный) проем, и установить на основание. Далеко не всегда возможна доставка 2-х тонной. Да и 1-тонную пронести может быть проблемой. Поэтому иногда вынужденно выбирают всего лишь 700 — 800 литровую.

• Прежде всего нужно подготовить место установки и пути доставки согласно габаритам.

Конструкция и цена – какую буферную емкость выбрать

Не только габариты, но и цена является преградой для увеличения габаритов, так как вещь недешевая. Поэтому 1-тонная гораздо более популярна, чем 2-х тонная…

Также не нужно выбирать буферную емкость с дополнительными змеевиками под ГВС и под нагрев от солнечных батарей. Батареи у нас не актуальны, не окупаются, уже в средних широтах. А греть ГВС емкостью в целом не верно.

Дело в том, что ГВС забирает весьма много энергии, поэтому емкость перестает выполнять свое первичное предназначение, как теплоаккумулятор. Также, для нагрева ГВС, в емкости нужно поддерживать температуру 60 град и выше. А это еще больше ограничивает функции запаса энергии, так как разница температур уменьшается. Нагрев ГВС фактически лишает теплоаккумуляции для отопления. Гораздо правильней готовить ГВС отдельно бойлером от котла…

Емкость без ненужных дополнительных змеевиков обойдется в 1,5 раза дешевле.

Буферная емкость | Galmet

Принцип работы буферной ёмкости прост. Используя насос, горячую воду из котла перекачивают в буферную ёмкость. Понятно, что место горячей воды, вышедшей из котла, заполняет холодная вода. Из буферной ёмкости насос подает горячую воду в систему отопления, а холодная вода из системы возвращается обратно в ёмкость.

Буферная ёмкость аккумулирует тепло и по мере необходимости отдаёт это тепло в систему отопления, защищает котёл от перегрева, автоматизирует распределение тепла, контролирует температурный режим и повышает эксплуатационный комфорт.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРЕВА

Особенностью твердотопливного котла является большая инерция тепловыделения. Горение топлива и подачу горячей воды нельзя остановить мгновенно в отличие от газовых котлов. И как результат, твердотопливные котлы имеют риск перегрева больше, чем другие виды котлов. Перегрев в котле приводит к кипению воды и повышению давления в системе. Это может привести к разрушению оборудования, повреждению имущества и травматизму.

В таких случаях для твердотопливных котлов применяют буферные ёмкости, которые в случае чрезвычайной ситуации забирают избыток тепловой энергии на себя. Такое простое и надёжное устройство способно работать без вспомогательных устройств и дополнительных источников энергии. Но все же не следует пренебрегать правилами безопасности при работе с ёмкостями под высоким давлением. В системе обязательно должны присутствовать предохранительные клапаны и другие системы защиты, необходимые для безопасной работы закрытой системы.

Если вы решили приобрести котёл вместе с буферной ёмкостью, специалисты рекомендуют в таком случае подобрать мощность котла на 30% выше.

Буферная емкость

Расчет объёма буферной ёмкости следует доверить специалистам, но если вы всё же решили это сделать самостоятельно, следует учесть что, минимальный объём бака берется не менее 25л на 1кВт, а оптимальный 50л на 1кВт. С оптимальной ёмкостью, одну топку котла можно использовать до трёх дней.

Недостатком аккумулятора тепла, являются большие размеры и высокая цена буферной ёмкости.

С размерами есть несколько вариантов. Первый — использовать систему нескольких ёмкостей меньшего объёма. Второй – изменить форму емкости под габариты комнаты, этот вариант добавит к уже немалой цене буферной ёмкости дополнительные затраты. И третий вариант – установить буферную ёмкость в утеплённом чехле снаружи.

Рыночная цена буферной ёмкости сделанной в заводских условиях и рассчитанной на работу под высоким давлением соизмерима со стоимостью хорошего котла. Однако для заводской буферной ёмкости цена окупает, так как такие ёмкости имеют эффективную теплоизоляцию и защиту от коррозии.

Широкий модельный ряд позволит заказчику подобрать и по качеству, и по цене буферные ёмкости, необходимые в данном конкретном случае. Сегодня на рынке можно купить аккумуляторы тепла европейского и отечественного производителя. Цена на буферные ёмкости отечественного производителя на 20 % ниже, чем европейского, однако по качеству они не уступают европейским аналогам.

Кроме затрат на буферную ёмкость следует учесть растраты на насосы, комнатные датчики, трубопровода обвязки и стоимость монтажа. В среднем цена буферной ёмкости объёмом 1000 литров, в зависимости от мощности системы отопления, колеблется в районе 1400 – 2000 евро.

Дата: 22.09.2017

Назад в «Статьи»

Буферная емкость и расчеты | ChemTalk

Учебные пособия

• 5 сентября 2022 г.
• Сообщение от Эндрю Дао

08

августа

Основные понятия

В этом руководстве вы узнаете, что такое емкость буфера и как ее рассчитать. Мы также предоставим вам пошаговое руководство для примера проблемы.

Темы, освещенные в других статьях

• Что такое буферный раствор?
• Кислотно-основная химия
• Что такое рН? Формула и уравнение pH
• Слабые кислоты и слабые основания

Что такое буферная емкость?

Буферы устойчивы к изменениям рН, но они не непобедимы! Добавьте в буфер достаточное количество кислот или оснований, и его рН резко изменится.

Чтобы понять, почему это происходит, вспомним, что буфер представляет собой слабую кислоту и сопряженное с ней основание (или слабое основание и сопряженную с ним кислоту). Давайте рассмотрим пример одного из таких буферов: уксусная кислота и ее сопряженное основание, ацетат.

Ch ₃ COOH _(AQ) ⇄ CH ₃ COO ^— _(AQ) + H ⁺ _(AQ)

ЗДЕСЬ ацетат будет поглощать добавленные протоны (H+) и образовывать уксусную кислоту, предотвращая слишком сильное изменение концентрации H+ в растворе и, следовательно, его pH. Точно так же, когда мы добавляем основание в буфер, уксусная кислота будет реагировать с основанием с образованием ацетата и воды, предотвращая увеличение концентрации ОН.

Однако эти уксусные кислоты и ацетаты являются ограниченными ресурсами. Когда мы добавим много кислоты или основания, они израсходуют всю уксусную кислоту и ацетат буфера, что сделает буфер восприимчивым к резким изменениям pH.

Таким образом, буферная емкость — это количество кислоты или основания, которое мы можем добавить в буфер до того, как его рН резко изменится . Чем выше емкость, тем больше кислоты и основания мы можем добавить к нему, прежде чем его pH значительно изменится.

Весь смысл титрования заключается в превышении буферной емкости буфера! Источник: Викисклад.

Общие тенденции в области буферной емкости

Чем выше концентрация слабой кислоты и сопряженного основания (или слабого основания и сопряженной кислоты) в буфере, тем выше будет его емкость. Например, буфер с [слабой кислотой] = 0,50 М ([ ] обозначает концентрацию) и [конъюгированное основание] = 0,30 М будет иметь более высокую емкость, чем буфер с [слабой кислотой] = 0,050 М и [конъюгированное основание] = 0,030 М.

Если буфер имеет большую концентрацию слабой кислоты, чем концентрация сопряженного основания, то он будет иметь более высокую емкость для добавления основания.

Аналогичным образом, если буфер имеет более высокую концентрацию сопряженного основания, чем концентрация слабой кислоты, то он будет иметь более высокую устойчивость к добавленной кислоте. Кровь с соотношением бикарбоната к угольной кислоте 20:1 является отличным примером буфера такого типа.

Как рассчитать буферную емкость?

В более строгом смысле буферная емкость определяется как количество молей кислоты или основания, которое необходимо добавить к 1 литру буфера, чтобы вызвать изменение его рН на 1 единицу.

Следовательно, для расчета буферной емкости используем следующую формулу:

β = n / ΔpH

• β — буферная емкость (безразмерна)
• n — количество молей кислоты или основания ( которые были добавлены в буфер) на литр буфера
• ΔpH – разница между начальным pH буфера и pH буфера после добавления кислоты или основания

Пример Задача о емкости буфера

Задача :

Нам дают 600 мл натрий-фосфатного буфера с рН 7,39. Затем мы добавляем к нему 150 мл 0,2 М HCl, что придает буферному раствору новый рН 7,03. Какова емкость нашего фосфатно-натриевого буфера?

Решение:

Сначала найдем n, разделив количество молей HCl, которое мы добавили в буфер, на начальный объем буфера (в литрах, не забудьте!).

Количество молей HCl = 0,2 М × 0,150 л = 0,03 моль

n = 0,03 моль/0,600 л = 0,05 моль/л

Затем, следуя формуле, делим n на изменение рН раствора фосфата натрия.

ΔpH = |7,03 – 7,39| = 0,36

β = 0,05 моль/л / 0,36 = 0,14

Таким образом, буферная емкость нашего раствора фосфата натрия равна 0,14.

Дополнительная литература

• Уравнение Хендерсона-Хассельбаха
• Сильные кислоты и основания
• Моноосновные, триосновные и полиосновные кислоты

Буферная емкость | OSU Химия REEL Программа

Буферная емкость

Буферная емкость количественно определяет способность раствора противостоять изменениям pH за счет поглощения или десорбции ионов H+ и OH-. Когда в буферную систему добавляют кислоту или основание, влияние на изменение pH может быть большим или малым, в зависимости как от начального pH, так и от способности буфера противостоять изменению pH. Буферная емкость (β) определяется как количество молей кислоты или основания, необходимое для изменения pH раствора на 1, деленное на изменение pH и объем буфера в литрах; это безразмерное число. Буфер устойчив к изменениям pH из-за добавления кислоты или основания при потреблении буфера. Пока буфер не прореагировал полностью, рН резко не изменится. Изменение pH будет увеличиваться (или уменьшаться) более резко по мере истощения буфера: он становится менее устойчивым к изменениям.

Расчет буферной емкости
Буферная емкость определяется с помощью титрования – метода, при котором известный объем и концентрация основания или кислоты добавляются к аналиту неизвестной концентрации (рис. 2). В анализе, проведенном классом Chemistry 221, регистратор данных PASCO Xplorer GLX с pH-электродом использовался для отслеживания изменения pH. При определении буферной емкости с помощью эксперимента по титрованию плоская область кривой титрования перед точкой эквивалентности является областью буфера (рис. 3). За пределами буферной области pH резко меняется вблизи точки эквивалентности. В лабораторных условиях буферный раствор можно создать, смешав слабую кислоту с сопряженным с ней основанием. Ионы, естественным образом присутствующие в реках, являются буферными компонентами, которые позволяют pH воды оставаться стабильным с течением времени. Буферная способность речной воды очень важна, что обычно требует узких диапазонов рН, которые имеют решающее значение для выживания большинства организмов. Если буферная емкость речной воды слишком мала или pH воды выходит за пределы буферного диапазона, это может быть смертельным для речной экосистемы. По словам Ван Воорена, буферную емкость можно использовать при анализе проб воды для определения качества воды (2001).

Резюме
Буферная емкость является количественной мерой устойчивости к изменению pH при добавлении ионов H+ или OH-. Для речной воды важно поддерживать стабильный pH, чтобы сохранить местные экосистемы и поддерживать процветание Колумбуса.
Ссылки:
Харрис, Дэниел С. Количественный химический анализ. (7 изд.). WH Freeman and Company. 2007.

Харрис, Джастин. Подготовка буферов и измерение буферной емкости.