Расчет теплового аккумулятора: Теплоаккумулятор для твердотопливного котла: расчет, выбор, обвязка

Содержание

Тепловой аккумулятор для отопления ☛ Советы Строителей На DomoStr0y.ru

Содержание

Во время обогрева дома нередко случается, что в дневное время суток есть возможность вырабатывать тепло с излишком, а в ночное его не хватает. Бывает и прямо противоположная ситуация, при которой выгоднее пользоваться отоплением ночью. Подобные моменты поможет сгладить тепловой аккумулятор для отопления. Но надо знать, как его правильно подобрать, установить и подключить к системе. Подробную информацию по этой теме вы сможете почерпнуть из данной статьи.

Когда нужен аккумулятор тепла

Этот нехитрый элемент отопительной системы в виде утепленного резервуара с водой рекомендуется устанавливать в таких случаях:

  • для максимально эффективной работы твердотопливного котла,
  • совместно с электрическим генератором тепла, функционирующим по сниженному ночному тарифу.

Для справки. Также существуют водяные аккумуляторы тепла для теплиц, применяемые для сохранения солнечной энергии, полученной в течение дня.

Эксплуатация котлов на твердом топливе имеет свои особенности. Теплогенератор действует с высоким КПД только при работе на максимальных режимах, если перекрывать ему воздух для понижения температуры в топке, то и эффективность работы тоже снижается. Немало забот домовладельцу доставляет и периодичность топки, дрова прогорели – надо загружать новые, делать это среди ночи крайне неудобно. Выход прост: нужен бак-аккумулятор, накапливающий сгенерированное ранее тепло для использования его после прогорания дров в топливнике.

Противоположная ситуация возникает с котлом электрическим, подключенным к сети через многотарифный счетчик. Чтобы сэкономить, нужно получить максимум тепла ночью, когда тариф низкий, а днем электроэнергию не использовать. И здесь тепловой аккумулятор в системе отопления позволит организовать оптимальный график работы источника тепла, выдавая в систему горячую воду, пока теплогенератор бездействует.

Важно. Для совместной работы с тепловым аккумулятором котел должен иметь не менее чем полуторный запас по тепловой мощности. Иначе он не сможет одновременно прогревать воду в отопительной системе и накопительной емкости.

Похожая ситуация с излишками тепла возникает в теплицах, в дневное время их даже проветривают. С целью накопления солнечной энергии для использования ночью можно использовать простейший аккумулятор тепла Лежебока для обогрева грунта. Это черный полимерный рукав, наполненный водой и проложенный прямо по грядке, он не дает грунту остывать в ночное время. Для поглощения большего количества тепла внутри теплицы размещают бочки с водой, окрашенные в черный цвет.

Расчет теплового аккумулятора

Емкость для накопления тепловой энергии можно как приобрести в готовом виде, так и сделать самостоятельно. Но возникает закономерный вопрос: а какой вместительности должен быть резервуар? Ведь маленький бак не даст должного эффекта, а слишком большой влетит в копеечку. Ответ на этот вопрос поможет найти расчет теплового аккумулятора, но сначала надо определить исходные параметры для вычислений:

  • тепловые потери дома или его квадратура,
  • длительность бездействия основного источника тепла.

Определим вместительность аккумулирующей емкости на примере стандартного дома площадью 100 м2, для обогрева которого требуется количество тепла в размере 10 кВт. Предположим, что чистое время простоя котла составляет 6 часов, средняя температура теплоносителя в системе – 60 °С. По логике, в промежуток времени, пока отопительный агрегат бездействует, аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт каждый час, всего выходит 10 х 6 = 60 кВт. Это количество энергии, что следует накопить.

Поскольку температура в баке должна быть как можно выше, для вычислений примем значение 90 °С, на большее бытовые котлы все равно неспособны. Потребная емкость теплового аккумулятора, выраженная в массе воды, рассчитывается так:

В этой формуле:

  • Q – количество накапливаемой тепловой энергии, у нас это 60 кВт,
  • 0.0012 кВт / кг ºС – это удельная теплоемкость воды, в более привычных единицах измерения — 4.187 кДж / кг ºС,
  • Δt – разница между максимальной температурой теплоносителя в резервуаре и отопительной системе, ºС.

Итак, водяной аккумулятор должен вмещать 60 / 0.0012 (90 – 60) = 1667 кг воды, по объему это примерно 1.7 м3. Но тут есть один момент: расчет производится при самой низкой температуре на улице, что бывает нечасто, исключая северные регионы. Кроме того, по истечении 6 часов вода в баке остынет только до 60 ºС, значит, при отсутствии холодов аккумулятор можно «разряжать» и дальше, пока температура не упадет до 40 ºС. Отсюда вывод: для дома площадью 100 м2 хватит накопительной емкости объемом 1.5 м3, если котел будет бездействовать 6 часов.

Рекомендации по изготовлению

Из предыдущего раздела следует, что обычной бочкой на 200 л отделаться не удастся, разве только ее вместительность — не менее полкуба. Этого хватит для домика площадью 30 м2, и то ненадолго. Чтобы не тратить время и силы впустую, надо в

С точки зрения размещения в котельной лучше делать емкость прямоугольной формы. Размеры – произвольные, главное, чтобы их произведение равнялось расчетному объему. Идеальный вариант – бак из нержавейки, но подойдет и обычный металл.

Вверху и внизу тепловой аккумулятор, сделанный своими руками, нужно снабдить патрубками для присоединения к системе. Чтобы давлением воды стальные стенки не выпирало наружу, конструкцию необходимо ужесточить ребрами или перемычками.

Бак–аккумулятор нужно хорошенько утеплить, в том числе снизу. Для этой цели подойдет пенопласт плотностью 15—25 кг/м3 либо минеральная вата в плитах не менее 105 кг/м3 плотности. Оптимальная толщина теплоизоляционного слоя – 100 мм. Получившийся аппарат, наполненный теплоносителем, будет иметь приличный вес, так что для его монтажа потребуется фундамент.

Совет. Если требуется емкость для самотечной отопительной системы, то ее следует установить своими руками на металлическую подставку, не забыв утеплить нижнюю часть. Цель – поднять резервуар выше уровня батарей.

Схема подключения

После установки резервуара на место надо его правильно присоединить к сети трубопроводов. Наиболее популярна стандартная схема подключения теплового аккумулятора, показанная на рисунке:

Для ее реализации понадобится 2 циркуляционных насоса и столько же трехходовых клапанов. Насосы обеспечивают циркуляцию в раздельных контурах, а клапаны – необходимую температуру. В котловом контуре она не должна опускаться ниже 55 ºС, дабы избежать появления конденсата в твердотопливном котле, этим и занимается клапан в левой части схемы.

Теплоноситель в трубопроводах отопления нагревается в зависимости от потребности в тепле, а потому подключение теплового аккумулятора с другой стороны осуществляется также через смесительный узел. Клапан может управлять температурой воды в автоматическом режиме, ориентируясь на датчик или с помощью терморегулятора. Одна из схем системы отопления с аккумулятором тепла (буферной емкостью) представлена на видео.

Что в итоге?

Емкость, аккумулирующая тепло, может заметно облегчить жизнь владельцам твердотопливных котлов. Им не придется беспокоиться о загрузке топлива в ночное время, а это большой плюс. Да и сам теплогенератор станет работать в экономичном режиме, развивая наибольший КПД. Что касается котлов электрических, то тут выгода при установке накопителя очевидна.

Расчет, подбор теплоаккумулятора для отопления дома твердотопливным котлом — Блог компании

Отопление частного дома – это очень важная и непростая задача, которая дает возможность создать уют и комфортную атмосферу для Вашей семьи. Значительное повышение цен на энергоносители делает актуальным вопрос об уменьшении затрат на отопление, горячее водоснабжение, поэтому все больше и больше владельцы загородных домов обращают внимание на современное оборудование, которое дает возможность эффективно использовать тепло и при этом экономить средства.


В результате расчетов и практических исследований различных систем отопления современных домов, специалисты теплотехники пришли к выводу, что самый экономический эффект удается достичь сочетанием нескольких источников тепла в комбинированную систему отопления. При этом домовладелец может применять традиционные источники тепла (газовый твердотопливный или электрический котел), а также и альтернативные (солнечные коллекторы, тепловые насосы). Для обеспечения данной возможности в домах с комбинированной системой отопления применяется буферная емкость.

Функции теплоаккумулятора в системе отопления:

  • аккумулирование тепловой энергии с последующей передачей в отопительную систему при необходимости
  • защита твердотопливного котла от закипания (поглощает перегретую воду)
  • возможность одновременного использования нескольких источников тепла в системе: это особенно важно, учитывая тот факто, что разные тепловые источники могут рационально работать в разное время суток (солнечную энергию лучше всего использовать днем, когда солнце наиболее активно, электрический котел рационально использовать в ночное время, когда действует «ночной режим»)
  • повышение КПД и эффективности использования твердотопливного котла за счет полного сгорания топлива
  • возможность обеспечить дом хозяйственной водой с помощью буферной емкости, которая оборудована теплообменником для горячего водоснабжения
Буферный бак – это очень габаритное устройство, поэтому возможность эго установки стоит предусматривать еще на стадии проектирования дома. Аккумулирующую емкость рассчитывают исходя из соотношения 30-50 литров на 1 кВт тепловой мощности котла. По следующей формуле можно сделать расчет тепловой мощности теплоаккумулятора для отопления дома, которую возможно накопить.

Формула расчета буферного бака

Q = m*cp*(T2-T1)

  • M – масса вещества, которая используется в буферном баке
  • Cp – удельная теплоемкость аккумулирующего вещества Вт(кг*К)
  • Т2 и Т1 – средняя температура теплоносителя в баке – конечная и начальная °С

Расчет буферной емкости для твердотопливного котла

Расчет данного оборудования заключается в определении аккумулирующей способности запасенного объема воды. Эта способность характеризирует теплоемкость, которая равна 4,187 кДж кг/°С, это означает, что для нагрева одного килограмма воды на 1 градус нужно подвести количество тепла эквивалентное 4,187 кДж, или что тоже самое – 1 ккал = 1,163 Вт/ч. Например, если у Вас аккумулирующая емкость обьемом 1000 литров (масса 1 литра теплоносителя равна 1 кг) и мы эго нагреем до 50°С то в нем будет аккумулировано тепловой энергии 1000*50 = 50 000 ккал = 0,05 Гкал = 58 кВт/ч.
При отборе тепла и охлаждении бака на 50°С. от него будет отведено 0,05 Гкал тепла. В зависимости от схемы применения используются различные методики расчета теплоаккумуляторов для отопления, но в целом при подборе следует учитывать:
  • чем больше пиковое потребление отличается от среднечасового и чем дольше его продолжительность, тем больше должен быть объем бака накопителя тепла
  • чем больше пиковое поступление и чем меньше его продолжительность, тем больше должна быть мощность теплообменного аппарата независимо внешний он или интегрирован в бак накопитель горячей воды
  • номинальное давление бака накопителя тепла должно быть больше максимального рабочего давления с точки его подключения
  • буферные емкости с одним или двумя теплообменниками: системы с большим температурным напором присоединяются к верхним теплообменниками и с меньшим к нижним
  • теплоаккумулятор, который подключен до твердотопливного котла, должен аккумулировать тепло генерируемое, как минимум, разовой загрузкой котла
  • в схемах подключения системы отопления с аккумулирующими емкостями с ГВС, обязательно должны быть установлены – расширительный бак и предохранительный клапан

Подбор буферной емкости для твердотопливного котла

Методика, по которой, нужно высчитать буферную емкость может быть разной в зависимости от схемы применения, определения максимальной загрузки топлива.

Например, в топку помещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт/час тепловой энергии. Таким образом, при сжигании одной загрузки топлива твердотопливный котел отдаст 20•3,5=70 кВт/час тепла. Время, за которое сгорает полная загрузка топлива можно рассчитать так: Если мощность котла составляет, например 25 кВт тогда 70:25=2,8 час.

Теплоаккумулятор Время нагрева при мощности
20 кВт 25 кВт 30 кВт 35 кВт 40 кВт 45 кВт 50 кВт 55 кВт 60 кВт
500 1,2 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4
1000 2,3 1,9 1,6 1,3
1,2
1,0 0,9 0,8 0,8
1200 2,8 2,2 1,9 1,6 1,4 1,2 1,1 1,0 0,9
1500 3,5 2,8 2,3 2,0 1,7 1,6 1,4 1,3 1,2
1800 4,2 3,4 2,8 2,4 2,1 1,9 1,7 1,5 1,4
2000 4,7 3,7 3,1 2,7 2,3 2,1 1,9 1,7 1,6
2400 5,6 4,5 3,7 3,2 2,8 2,5 2,2 2,0 1,9
3000 7,0 5,6 4,7 4,0 3,5 3,1 2,8 2,5 2,3
3500 8,1 6,5 5,4 4,7 4,1 3,6 3,3 3,0 2,7

Температура теплоносителя в отопительной системе. Если система отопления уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери. Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.

Для упращенного рассчета принимается не меньше 50 литров на кадный кВт мощности котла.

Вместимость бака дм3 350 500 800 1000 1500 2000 3000 3500
Колличество тепла при Δt = 40°С, кВт/год
20 30 45 58 85 115 170 210
Колличество дров, кг, при Δt = 40°С. С=12 МДж/кг 5 7 2 14 21 30 42 50


Подбор объема теплоаккумулятора при работе из солнечными коллекторами

Вместимость бака дм3 350 500 800 1000 1500 2000 3000 3500
Жилая плодащь м2 40-120 60-160 100-260 130-340 170-340 230-460 340-680 420-840
Площадь солнечных коллекторов м2, Инсоляция 5 кВт/м2 4-6 6-8 10-13 13-17 17 23 34 42

Как рассчитать теплоаккумулятор для отопления дома

Если за час теплопотери в помещении составляют, например, 6,7 кВт тогда за сутки это составит 160 кВт. В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определенно выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт/час тепловой энергии.

Потребность на обогрев дома 6.7•3=20,1 кВт/час запас аккумулирующего бака составляет 70-20,1=49,9 кВт/час. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 часов. Значит, за сутки требуется две полных закладки и одна неполная.

Исходя их данных расчетов, в 23 часа делается неполная загрузка, в 6:00 и 18:00 – полная. Если сделать график уровня заряда бака аккумулятора, видно, что максимальный заряд приходиться а 9:00 утра.

Схема подключения теплоаккумулятора до системы отопления


Состав отопительного оборудования для системы отопления

Рекомендуем посмотреть теплоаккумуляторы от производителя

ГОСТ Р 54856-2011 Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с солнечными установками


ГОСТ Р 54856-2011



ОКС 91. 140.10

Дата введения 2012-07-01


Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Проектный, конструкторский и научно-исследовательский институт «СантехНИИпроект» (ОАО «СантехНИИпроект»), Открытым акционерным обществом «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» (ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ») и Государственным унитарным предприятием «Научно-исследовательский институт Мосстрой» (ГУП «НИИ Мосстрой») на основе выполненного Открытым акционерным обществом «Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве» (ОАО «ЦНС») аутентичного перевода на русский язык европейского регионального стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2011 г. N 1561-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные положения европейского регионального стандарта ЕН 15316-4-3:2007 «Системы отопления в зданиях. Метод расчета энергетической потребности системы и эффективности системы. Часть 4-3. Системы отопления помещений, тепловые солнечные системы» (EN 15316-4-3:2007 «Heating systems in buildings — Method for calculation of systems energy requirements and system efficiencies — Part 4-3: Heat generation systems, thermal solar systems», NEQ).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено по отношению к наименованию европейского стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной сети общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение


Настоящий стандарт является частью группы стандартов, целью которых является гармонизация методики расчета энергетической эффективности зданий в соответствии с Федеральными законами Российской Федерации [1], [2], а также с основополагающими требованиями директив Европейского сообщества по общей энергетической эффективности зданий (EPBD) [3].

В настоящем стандарте представлены методики расчета тепловой энергии, получаемой на входе в систему солнечного отопления и/или горячего водоснабжения, тепловых потерь и потребления дополнительной энергии в системе теплогенерации с солнечными установками. Расчеты основаны на теплотехнических характеристиках компонентов системы теплоснабжения, установленных стандартами на них, и других параметров, необходимых для оценки производительности элементов, входящих в систему.

Данные методики могут использоваться в следующих случаях:

— оценка соблюдения нормативных энергетических показателей;

— оптимизация энергетических параметров создаваемой теплогенерирующей системы путем сравнения нескольких возможных вариантов;

— оценка влияния разных энергосберегающих мероприятий на показатели существующей теплогенерирующей системы путем расчета энергопотребления при наличии и при отсутствии энергосберегающих мероприятий. При этом экономию энергии (за счет использования системы солнечного теплоснабжения) определяют сравнением энергетических показателей здания с системой солнечного теплоснабжения и без нее.

1 Область применения


Настоящий стандарт представляет методику расчета энергопотребности зданий и эффективности систем теплогенерации с солнечными установками (включая систему управления), используемую для отопления помещений, горячего водоснабжения и комбинированных систем теплоснабжения.

Область применения данной части стандарта распространяется на стандартизацию:

— необходимых исходных данных, методики расчета,

— требуемых результатов расчета.

Основы расчета полного расхода энергии и определение номинальных энергетических характеристик приведены в [4].

Рассматриваются следующие типичные системы солнечного теплоснабжения:

— системы горячего водоснабжения промышленного изготовления по [5] или изготавливаемые по спецзаказу по [6];

— комбинированные системы (горячего водоснабжения и отопления помещений) [6];

— системы отопления помещений, соответствующие [6].

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ЕН 15316-1-2007* Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и энергоэффективности системы теплоснабжения. Общие положения
________________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ Р 54860-2011, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ Р 51594-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения

ГОСТ Р 51595-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия

ГОСТ Р 51596-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения и единицы измерения

3.1 Термины и определения


В настоящем стандарте применены следующие термины и определения по ГОСТ Р 51594 и ГОСТ Р ЕН 15316-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 апертурная площадь (aperture area): Площадь прозрачного ограждения солнечного коллектора, через которое солнечное излучение поступает в коллектор.

3.1.2 возмещаемые тепловые потери системы (recoverable system thermal loss): Часть тепловых потерь системы, которая может быть возвращена в систему путем рекуперации для снижения энергопотребления системы отопления или охлаждения либо расхода тепла для отопления или охлаждения.

3.1.3 дополнительная энергия (auxiliary energy): Электрическая энергия, потребляемая инженерными системами здания для отопления, охлаждения, вентиляции и горячего водоснабжения энергетических потребностей здания.

Примечания

1 Дополнительная энергия включает в себя электрическую энергию, расходуемую на привод вентиляторов, насосов, системы автоматики и т.д. Электрическая энергия, подводимая к системе вентиляции для перемещения воздуха и возврата тепла, рассматривается не как дополнительная энергия, а как энергия, используемая для вентиляции.

2 В [7] энергия, используемая для привода насосов и задвижек, рассматривается как «паразитная энергия».

3.1.4 инженерная подсистема здания (technical building sub-system): Часть инженерной системы здания, которая выполняет специфическую функцию (например, выработку, распределение, выделение тепла).

3.1.5 инженерная система здания (technical building system): Инженерное оборудование для отопления, охлаждения, вентиляции, горячего водоснабжения, освещения и электроснабжения, состоящее из инженерных подсистем.

Примечание — Инженерная система здания может иметь отношение к одной или нескольким службам (например, к системе отопления и системе горячего водоснабжения).

3.1.6 комбинированная система солнечного теплоснабжения (solar combisystem): Система, использующая солнечную энергию одновременно для частичного или полного покрытия нагрузки отопления и горячего водоснабжения потребителя.

3.1.7 контур солнечного коллектора (collector loop): Контур циркуляции, включающий в себя солнечные коллекторы, циркуляционный насос или вентилятор, сеть трубопроводов и теплообменник (если он есть в системе), который используется для передачи тепла от солнечных коллекторов к тепловому аккумулятору.

3.1.8 коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения (доля покрытия нагрузки — solar fraction): Энергия, вырабатываемая солнечной частью системы, деленная на суммарный расход тепла всей системы (без тепловых потерь системы)

3.1.9 оптический КПД солнечного коллектора (zero-loss collector efficiency): Отношение количества поглощенной коллектором солнечной энергии к поступившей за тот же период времени на его полную поверхность суммарной солнечной энергии или КПД солнечного коллектора при средней температуре теплоносителя, равной температуре окружающей среды.

3.1.10 расход тепла (тепловая нагрузка) на отопление и/или горячее водоснабжение (heat use for space heating and/or domestic hot water): Тепловая энергия, передаваемая в систему отопления и/или горячего водоснабжения с целью обеспечения энергетических потребностей для отопления и/или горячего водоснабжения соответственно.

Примечания

1 Если инженерное оборудование здания используется для нескольких целей (например, для отопления и горячего водоснабжения), то бывает трудно выделить энергию, используемую для каждой конкретной цели. В этом случае расход тепла может быть выражен как суммарная величина (т.е. как сумма расходов тепла для отопления помещений и горячего водоснабжения).

2 Расход тепла для отопления помещений и/или горячего водоснабжения равен сумме энергопотребления и тепловых потерь системы отопления и/или горячего водоснабжения за вычетом снижения тепловых потерь за счет рекуперации тепла.

3.1.11 резервная энергия (back-up energy): Энергия источника тепла, используемого в качестве резервного источника энергии для системы солнечного теплоснабжения.

Примечание — В [7] резервную энергию называют вспомогательной (дополнительной) энергией.

3.1.12 система, использующая только солнечную энергию (система без дублера — solar-only system): Система солнечного теплоснабжения, не использующая источников резервной энергии.

Примечание — В [7] резервную энергию называют «дополнительной энергией».

3.1.13 система, использующая солнечную и дополнительную энергию (solar-plus-supplementary system): Система солнечного теплоснабжения, использующая одновременно источники как солнечной, так и резервной энергии и способная обеспечить заданный уровень теплоснабжения независимо от поступления солнечной энергии.

3.1.14 система с принудительной циркуляцией теплоносителя (forced-circulation system): Система, в которой циркуляция теплоносителя в солнечном коллекторе(ах) осуществляется специальным насосом или вентилятором.

3.1.15 система предварительного солнечного подогрева (solar preheat system): Система солнечного нагрева воды перед ее поступлением в водонагреватель другого типа.

3.1.16 система солнечного горячего водоснабжения [solar domestic hot water (DHW) system]: Система, использующая солнечную энергию для нагрева воды и обеспечивающая частичное или полное покрытие нагрузки горячего водоснабжения потребителя.

3.1.17 система солнечного отопления [solar space heating (SH) system]: Система, использующая солнечную энергию с целью частичного или полного покрытия отопительной нагрузки потребителя.

3.1.18 система солнечного теплоснабжения (thermal solar system): Система, состоящая из солнечных коллекторов и других компонентов, предназначенная для теплоснабжения.

3.1.19 солнечный коллектор (solar collector): Устройство для поглощения энергии солнечного излучения и преобразования ее в тепловую энергию.

3.1.20 тепловые потери системы (system thermal loss): Потери тепла в инженерной системе здания, обеспечивающей отопление, охлаждение, горячее водоснабжение, увлажнение и осушение воздуха, вентиляцию и освещение, не вносящие вклад в полезную теплопроизводительность системы.

Примечание — Тепловые потери системы могут стать для здания внутренним источником тепла, если они возмещаемые.

3.1.21 термосифонная система солнечного теплоснабжения (thermosiphon system): Система, в которой отвод тепла от солнечного коллектора к аккумулятору или теплообменнику осуществляется путем естественной циркуляции теплоносителя за счет использования разности плотности теплоносителя.

3.2 Обозначения и единицы измерения


В настоящем стандарте используются следующие символы и единицы измерения (см. таблицу 1), а также индексы (см. таблицу 2).


Таблица 1 — Обозначения и единицы измерения

Обозначение

Величина

Единица измерения

Апертурная площадь коллектора

м

Эффективная площадь контура коллектора

м

Коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора

Вт/(м·К)

Коэффициент температурной зависимости коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка

Вт/(м·К)

, , , , ,

Коэффициенты корреляции

Теплоемкость бака-аккумулятора

МДж/К

Энергия солнечного излучения, поступающего на наклонную поверхность

(кВт·ч)/м

Часть объема бака-аккумулятора, используемая для резервного нагрева

Коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения (доля покрытия нагрузки)

%

Поправочный коэффициент на емкость бака-аккумулятора

Плотность потока солнечного излучения, приходящего на плоскость коллектора

Вт/м

Модификатор угла падения солнечного излучения

Мощность

Вт

Количество теплоты

кВт·ч

Экономия

Время, период времени

ч

Коэффициент тепловых потерь

Вт/(м·К)

Эффективный коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора (отнесенный к апертурной площади)

Вт/(м·К)

Объем

л

Дополнительная (электрическая) энергия

кВт·ч

,

Безразмерные коэффициенты

Расчетная разность температур

°С; К

Средняя за рассматриваемый период температура окружающего воздуха

°С

Температура водопроводной воды

°С

Средняя за рассматриваемый период температура наружного воздуха

°С

Коэффициент полезного действия (КПД)



Таблица 2 — Индексы

Индекс

Обозначение индекса

0

Исходные условия

Воздух

Годовой

Дополнительный

Среднее

Резервный

Холодная вода

Показатель производительности

Распределение

Внешний

Отопление

Вход в систему

Внутренний

Контур коллектора

Потери

Месячный

Номинальный

Невозмещаемый

Невозмещенный

Выход из системы

Насос

Показатель производительности

Возмещаемые (потери)

Расчетный

Возмещенный

Заданное значение

Солнечный

Аккумулятор

Полный

Используемый

Горячая вода

Расчет емкости системы отопления — Система отопления

Ни для кого не секрет, что топливо для производства тепла перманентно увеличивается в цене. Каждый нормальный человек желает получить информацию: что сделать, чтобы улучшить систему квартиры. В каждой части РФ нужно в особое время обогревать коттедж. Трудно помыслить себе быт проживающего в РФ без обогревающего комплекса жилища. На нашем веб сайте собрано множество комплексов обогрева дачи, использующих совершенно разные способы извлечения тепла. Указанные системы получения тепла можно использовать как отдельный комплекс или комбинировать.

Что такое буферная емкость системы отопления?

По сути, буферные емкости для отопления представляют собой большой термос – металлический бидон с утепленными стенками. В системе отопления буферная емкость располагается между нагревательным прибором и тепловым контуром, и нагретая вода поступает первоначально в нее, а из нее – дальше в коллекторы, радиаторы и теплые полы.

Зачем нужна такая «прослойка»? Все дело в режиме работы нагревательных устройств (котлов). Вода в них нагревается путем сжигания топлива. Есть типы котлов, где топливо может подаваться и сжигаться равномерно (например, газовые котлы, котлы на пеллетах, снабженные бункером и шнеком для подачи). А есть котлы, где это невозможно теоретически (например, котлы на твердом топливе), либо котлы, где постоянное сгорание приводит к снижению КПД котла и повышенному износу топки (газогенераторные котлы), либо где постоянный нагрев стоит очень дорого (электрические котлы). Возьмем твердотопливные котлы. Они дешевы в установке и обслуживании, но у них есть одна проблема: если не подкладывать регулярно топливо, вода в отопительном контуре может быстро остыть. Что делать? Бегать и днем и ночью «подкинуть дровишек», или мерзнуть? Вот здесь и выручит буферная емкость. Нагретая вода поступает в нее, и постепенно расходуется на отопление. Применение буферной емкости в несколько раз увеличивает интервалы между топками котла и, соответственно, во столько же снижает расход топлива.

В случае с электрическим котлом буферную емкость полезно ставить чисто по экономическим соображениям. Известно, что электрокотел потребляет много электричества. Существуют дневной и ночной тарифы на потребленную электроэнергию, которые отличаются друг от друга в разы. Установка буферной емкости позволяет рассчитать режим работы котла так, чтобы он грел только в ночное время.

Европейский опыт применения буферных емкостей доказал его экономическую целесообразность. Кроме того, буферная емкость служит целям безопасности, снижая риск перегрева теплоносителя. Единственный минус буферной емкости – ее большой объем. Для установки системы отопления с применением буферной емкости необходимо помещение размером от 5 кв.м. Емкости большого объема нужно монтировать, разбирая крышу, либо сваривать прямо на месте (они просто не пройдут в двери).

Как рассчитывается объем буферной емкости

Как рассчитать буферную емкость, чтобы достичь желаемого уровня комфорта и при этом не делать огромные баки? Вообще, расчет буферной емкости при устройстве новой системы отопления – дело довольно сложное. Лучше, если это будет делать специалист теплотехник. Сначала на основании информации о площади дома, высоте потолков, материалов стен и перекрытий, рассчитываются теплопотери дома при определенной температуре наружного воздуха (обычно она выражается в «кВт в час»). Затем при помощи специальной формулы рассчитывается количество необходимого теплоносителя (воды), которая должна проходить по системе отопления за час для покрытия теплопотерь при максимально низкой температуре (например, при -25С). Это количество умножается на желаемое время между топками котла, и получается объем буферной емкости.

Гораздо проще производить расчет буферной емкости, если система отопления уже существует. В этом случае количество воды в системе и время между топками уже известно. Стоит только умножить существующий объем теплоносителя на желаемое время увеличения промежутков между топками, и вы получите нужный объем бачка. На практике известно, что при мощности котла 25-32 кВт и дома в 100-150 кв.м. буферной емкости в 1000л достаточно для топки 1 раз в сутки.

Источник: http://semidelov.ru/mar/raschet-bufernoy-emkosti/

2. Определяем температурный режим системы отопления.

Этот аспект необходимо рассматривать еще на стадии проектирования системы. В первую очередь нам важна температура теплоносителя на входе в радиаторы при максимальной мощности системы. Если у вас уже смонтировано отопление и вы просто хотите установить теплоаккумулятор. то достаточно только измерить температуру воды на входе в радиаторы при максимальной мощности. Если же ваша система отопления еще находится на стадии проектирования, то нужно посмотреть характеристики устанавливаемых радиаторов. Например: Одно ребро широкоизвестного радиатора FEROLLI при разнице температур в 50 градусов отдает 88,2 ватта тепловой энергии, а при разнице температур в 70 градусов отдает 136,6 ватт. О чем говорят эти цифры? Если у вас в доме температура +20 градусов, то при средней температуре на поверхности ребра в 20+50=70 градусов оно отдаст 88,2 ватта тепла. При средней температуре ребра в 20+70=90 градусов уже 136,6.

Источник: http://teplovhate.by/prochee/ta.html

Объем аккумулятора зависит в первую очередь от мощности котла. Теплоаккумулятор стоит выбирать так, чтобы время горения 2-3,5 ч (время горения одной полной загрузки дров) было бы достаточно для нагрева выбранного аккумулятора примерно на 40°C. При этом достигается наилучший кпд котла и оптимальное количество загрузок топлива в сутки (1-2 загрузки дров в сутки в морозную погоду). В таблице представлено время зарядки от котлов разной мощности (значения-ориентиры). В диапазоне желтого цвета — рекомендуемые время горения и объем теплоаккумулятора.

Тепловые аккумуляторы различных типов давно и успешно применяются в бытовых системах отопления. Особенно полезны они в системах отопления с тепловыми генераторами периодического действия.

Принцип действия теплового аккумулятора заключается в том, что в процессе работы котла часть его энергии направляется на нагревание дополнительного объёма теплоносителя, находящегося в большой по объёму ёмкости. Эта ёмкость (бак) имеет хорошую теплоизоляцию с очень малыми теплопотерями. После того, как котёл прекратит работать, и помещение начнёт охлаждаться, датчик температуры воздуха (или температуры воды в системе отопления) включает циркуляционный насос, который подаёт горячую воду из бака-аккумулятора в систему отопления. Температура воздуха (воды) повышается до установленного значения, и датчик выключает насос. Температура воды в баке немного уменьшается, но из-за хорошей теплоизоляции продолжает оставаться достаточно высокой. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура воды в баке будет оставаться выше, чем в системе отопления. В зависимости от объёма бака-аккумулятора, теплопотерь помещения, температуры наружного воздуха и заданной температуры воздуха в доме, такое устройство может обеспечить комфортное тепло в доме от нескольких часов до 1,5 — 2х суток при неработающем котле. При отсутствии в доме людей термостат (датчик) можно настроить на минимальную температуру обогрева, тогда запасённой энергии хватит на ещё больший период времени.

Тепловая мощность / уголь ………кВт …19 ……24 ……32 ……39 …….48

Тепловая мощность / дрова ……..кВт …18 ……23 ……29 …….35 ……45

Объём аккумулирующего бака ……..л ……800 …1000 .1350 .1650 .2000

Как видим, объёмы вполне реальные.

Некоторые типы аккумулирующих баков имеют дополнительные электронагревательные элементы, другие — возможность подключения солнечных коллекторов. К сожалению, российский рынок тепловых аккумуляторов пока ограничен, а стоимость очень высока. Однако, с ростом цен на энергоносители, их время скоро придёт. Что касается Вашего вопроса о возможности устройства теплового аккумулятора в системе водяного отопления с дровяной печью, то для человека с руками, головой и желанием жить

по-человечески, соорудить такую систему вполне возможно даже в сельских условиях. Самое сложное, пожалуй, добиться очень хорошей теплоизоляции бака. Схему гидравлического и электрического подключения можно посмотреть на указанном сайте.

Для чего нужна буферная ёмкость

По большему счёту, буферная ёмкость – это термос. Металлическая бочка в утеплителе от 500 до 1000 литров (можно больше, но обычно указанного объема достаточно). Чтобы понять, зачем она нужна, представьте себе такую ситуацию: Вы на даче решили попить чаю. Разожгли костёр, поставили на огонь чайник, вскипятили, сделали себе стаканчик и выпили. Замечательно. Через 2 часа Вам снова захотелось чая. Но вода уже остыла. И Вам опять необходимо разжигать костёр, ставить чайник и т.д. А теперь представьте, что у Вас есть термос… Закипятили один раз целый чайник воды, залили в термос и пьете чай целый день. Разжигать костёр и кипятить воду в этом случае Вам придётся только один раз. И отвлекаться будете меньше, и дрова сэкономите 🙂

В случае с системой отопления ситуация аналогичная. Буферная ёмкость способна накопить определённое количество тепла, а потом отдавать его постепенно.

Где мы берём «лишнее» тепло

Предположим, что Ваш дом имеет отапливаемую площадь 200 м2. Когда летом на улице температура такая же, как и в доме (+20°С), теплопотери равны 0, дом тепло не теряет. С уменьшением температуры на улице дом начинает терять тепло:

    при +15°С дом теряет 2 кВт в час; при +10°С — 4 кВт в час; при +5°С — 6 кВт в час; при 0°С — 8 кВт в час; и так далее. при температуре на улице -25°С теплопотери составят примерно 18кВт/час (цифры взяты для примера, точные теплопотери дома может рассчитать только специалист на основании предоставленных Вами данных о материалах, из которых построен дом, его утеплении и т.п.).

Для восполнения этих потерь тепла мы должны поставить котёл такой же мощности как и максимальные теплопотери дома, а лучше – даже чуть больше (а вдруг -35°С мороз стукнет :)). То есть мы ставим котёл 20 кВт.

Нужно отметить, что мощностью твердотопливного котла можно управлять в очень узких пределах. Или дрова горят (20 кВт), или – не горят (0 кВт). Можно, конечно, уменьшить доступ кислорода прикрыв заслонку и снизить интенсивность горения, но эффект – незначительный. Будет киловатт 15, не меньше.

А теперь представим, что дело происходит ранней осенью. Котёл горит на минимуме и выдаёт 15 кВт мощности. Температура на улице — 0°С и дом теряет только 8 кВт. Не очень хорошо. Дров-то вы сжигаете на 15 кВт, т.е. почти в два раза больше чем нужно. Мало того, встаёт вопрос: куда деваются остальные 7 кВт? Есть два варианта:

    перегретые радиаторы, в доме жарко; закипевший котёл, что чревато повреждениями самого котла и всей системы отопления.

Согласитесь, не очень хорошие последствия. Как избавиться от этих 7 кВт лишней мощности? Вот именно эту «лишнюю» мощность мы и аккумулируем в буферной ёмкости.

Как это работает на практике

Рассмотрим схему:

Источник: http://www.wirbel-rus.ru/news/177/

Современная система отопления должна не только поддерживать комфортный уровень температуры во время работы котла, но и после этого. Снижение температуры теплоносителя в трубах происходит относительно быстро, поэтому необходимо установить дополнительные устройства. Лучше всего себя в этом плане зарекомендовала система отопления с теплоаккумулятором своими руками: схема, расчет, подключение которой можно сделать практически для любого автономного комплекса.

Принцип работы

Теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор представляет собой большую емкость, заполненную водой. Она нагревается от системы отопления прямым или косвенным образом. В результате этого температура воды повышается до максимального значения. Когда перестает работать котел происходит обратный процесс — энергия от нагретой воды передается теплоносителю.

Для выполнения этой задачи подключение к системе отопления теплоаккумулятора должно выполняться на максимально близком расстоянии от выходного патрубка котла. Кроме этого предъявляются следующие требования к конструкции:

  • Правильно рассчитать объем. Он напрямую зависит от площади отапливаемого помещения;
  • Теплоизоляция стенок. Это необходимо для уменьшения тепловых потерь, чтобы обеспечить максимальную теплоемкость;
  • Возможность дополнительной функции горячего водоснабжения (ГВС).

Подобная система отопления с теплоаккумулятором может обеспечить уменьшение расхода топлива до 30%.

Важно. Значительно повышается уровень комфорта, выражающийся в поддержании оптимальной температуры долгое время даже при неработающем котле.

Однако перед планированием изготовления и установки теплоаккумулятора следует учитывать такие негативные факторы:

  • Уменьшение КПД. Так как часть энергии от теплоносителя будет расходоваться на нагрев воды, то температура в радиаторах будет ниже, чем без теплоаккумулятора;
  • Эффективный самодельный теплоаккумулятор отопления актуально устанавливать только для систем с высоким температурным режимом работы – от 80/60. В противном случае потери тепла за счет нагрева воды значительно уменьшат степень нагрева воздуха в комнатах;
  • Большой объем емкости. Для аккумулирования достаточной энергии следует выбирать теплоаккумуляторы большой вместительности. Только так их работа будет по-настоящему эффективной.

Перед самостоятельным изготовлением необходимо сначала определиться с оптимальной конструкцией.

Обзор моделей

Заводской теплоаккумулятор

В качестве основы для самодельного теплоаккумулятора отопления можно рассмотреть стандартную заводскую модель. Она представляет собой емкость с несколькими патрубками для подключения. Внутри находится трубопровод в виде спирали, по которому протекает теплоноситель. Материал изготовления трубы — медь или оцинкованная сталь.

Внимание. Для повышения эффективности работы в конструкции предусмотрен дополнительный нагревающий элемент – электрический ТЭН.

Он служит в качестве альтернативного источника тепловой энергии для поддержания температуры воды в емкости на нужном уровне. Особо следует обратить внимание на конструкцию, а в частности — на обеспечение максимальной теплоизоляции. Она состоит из двух стенок, между которыми располагается слой утеплителя. Чаще всего это базальтовая вата. В результате подобный теплоаккумулятор для котлов отопления имеет следующие положительные качества.

  • Равномерный нагрев воды по общему объему;
  • Возможность функционирования систем отопления с помощью ТЭНа даже при не работающем котле;
  • Минимальные тепловые потери от стенок корпуса.

Однако стоимость такой конструкции высока, а ее самостоятельное изготовление проблематично из-за сложности. Поэтому чаще всего применяется другая схема отопления с теплоаккумулятором.

В данном случае конструкция представляет собой емкость, в которой устанавливается спиральная труба отопления. Она имеет четыре патрубка для прямой и обратной трубы — входящие и выходящие. Ее изготовление намного проще, чем для вышеописанной модели. Для этого достаточно сварить емкость и сделать в ней соответствующие патрубки.

Важно. Если у системы отопления с теплоаккумулятором своими руками по схеме и расчету не предусмотрено подключение дополнительных источников забора энергии – по этому вопросу нужно проконсультироваться у специалистов.

Одним из преимуществ этой конструкции является небольшая трудоемкость работ. Но она менее эффективна, что сказывается на времени остывания воды. Ее можно модернизировать — установить электрический ТЭН. Подобная система отопления с небольшим теплоаккумулятором будет работать даже без котла. Но в этом случае значительно повысятся затраты электроэнергии. Пользоваться системой ГВС не рекомендуется, так как снижение КПД установки будет велико.

Расчет мощности

Самодельный теплоаккумулятор

Главным техническим параметром теплоаккумулятора является его полезный объем. От этого зависит количество тепловой энергии, способной аккумулироваться в воде. Правильный расчет теплоаккумулятора для отопления начинается с анализа помещения. Сначала определяется его площадь, исходя из чего рассчитывается минимальное значение мощности, необходимое для обогрева всех комнат в течение одного часа. Делается это с помощью следующей формулы.

Для помещения площадью 90 м² необходимо в час вырабатывать 9 кВт энергии. Далее следует рассчитать количество запасенной энергии в теплоаккумуляторе для отопления на 1 м³ воды. Этот показатель зависит от ее температуры. Чтобы избежать долгих вычислений в таблице показаны данные для различных значений отдачи энергии от теплоносителя воде в емкости.

Источник: http://strojdvor.ru/otoplenie/kak-sdelat-teploakkumulyatory-dlya-otopleniya-svoimi-rukami-opisanie-konstrukcii-i-metodiki-izgotovleniya/

Смотрите также:
25 февраля 2021 года

Тепловой расчет свинцового аккумулятора — Энциклопедия по машиностроению XXL



из «Основы расчета, конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов »

Свинцовый аккумулятор в процессе эксплуатации разогревается вследствие превращения части электрической энергии в теплоту. Разогрев аккумулятора зависит от режима его эксплуатации, а также от температуры окружающей среды. В ряде случаев перегрев источника тока может дойти до размеров, когда нормальная его эксплуатация становится невозможной. Наибольший перегрев наблюдается в условиях, когда рабочим графиком объекта предусмотрено непрерывное циклирование аккумуляторной батареи, т. е. когда конечная температура прошедшего цикла соответствует начальной температуре последующего цикла. В этих случаях при недостаточно эффективной теплоотдаче и вентиляции помещения температура электролита может превышать предельно допустимую величину, составляющую 50°С. Модернизация серийных аккумуляторов, направленная на дальнейшее повышение их удельной энергии, еще острее ставит вопрос о нормализации температурного режима, так как в результате увеличения мощности, развиваемой на единицу поверхности аккумуляторов, увеличивается и интенсивность теплообразования. [c.28]
Проблеме тепловыделения при эксплуатации батарей в литературе уделяется заметное внимание. Обстоятельный обзор калориметрических методов изучения аккумуляторов приведен Гроссом [1-18]. Автор рассматривает три основных метода. [c.28]
Здесь i означает время полного заряда или разряда. Метод ватт-часовой эффективности дает возможность сравнительно быстро получить предварительные данные относительно теплообразования в аккумуляторах при различных режимах их работы. Однако при этом возможно лишь определение суммарного эффекта. Скорость выделения тепла в данный момент времени не может быть определена этим методом. Полученные результаты относятся к определенному зарядно-разрядному циклу и могут претерпевать изменения в процессе эксплуатации аккумулятора. [c.29]
Преимуществом данного метода является достаточная общность используемых соотношений. Благодаря этому полученные результаты могут быть использованы для аккумуляторов различных габаритов в широком диапазоне эксплуатационных условий. Кроме того, закономерности теплообразования, установленные энтальпийным методом, дают некоторые сведения относительно природы протекающих в аккумуляторе реакций и их относительных скоростей. [c.30]
Здесь Ст — теплоемкость аккумулятора, — температура окружающей среды, Г,, — начальная температура, Л7-— коэффициент теплоотдачи. Величина тепловой мощности Рг определяется приведенными выше уравнениями. Из (1-86) следует, что для расчета температуры аккумулятора во время его работы, кроме Р7-, необходимо знать величины Сх к Ат, значения которых находят экспериментально. [c.30]
Тепловыделение аккумулятора часто определяют экспериментально. [c.31]
При этом используются различные варианты калориметрического метода (дифференциальный, адиабатический, изотермический и др.). Калориметрическое определение теплового режима свинцовых аккумуляторов с принудительным охлаждением подробно ,рас-смотрено в [1-20]. [c.31]
Следует отметить, что при эксплуатации аккумуляторных батарей в условиях холодного климата часто возникает проблема поддержания необходимого температурного режима путем обогрева батареи. Это вызвано резким снижением разрядной емкости по мере понижения температуры. Так, емкость стартерного разряда, проведенного при —40°С, составляет около 25% от емкости, полученной при температуре 25°С. Снижение температуры ведет к уменьшению не только времени разряда, но и разрядного напряжения (вследствие роста внутреннего сопротивления аккумулятора). Это приводит к тому, что энергия батареи уменьшается с понижением температуры еще более значительно, чем емкость, и при —40°С составляет всего 18% энергии при 25 С, а при —50 С падает почти до нуля. Кроме того, при температуре ниже —20°С заряд батареи становится практически невозможен. [c.31]
Наряду с внешними источниками электроэнергии для питания нагревателей может быть использована энергия самих обогреваемых батарей [1-15]. Метод саморазогрева является весьма эффективным способом повышения энергии батарей, эксплуатируемых при низких температурах окружающего воздуха. [c.32]

Вернуться к основной статье

Тепловой аккумулятор своими руками, расчет аккумулятора тепла для системы отопления, подробно на — Строительный проект

Устанавливаем теплоаккумулятор собственными руками

Отопление – одна из очень важных систем помещения для проживания. В наше время есть большой выбор приборов, упрощающих хозяевам процесс нагрева построек жилого назначения и выделяющихся большим уровнем практичности и эффективности. Однако не все знают о данном оборудовании, как теплоаккумулятор, рабочий принцип которого состоит в накапливании тепла в течении определенного времени.

Типов подобных механизмов есть несколько, более того, нужно отметить, что самой большой эффективности данные устройства могут достигать в случае если они устанавливаются в тех системах отопления, которые работают на твёрдом топливе. В связи с этим необходимо намного подробнее рассмотреть, как можно соорудить теплоаккумулятор собственными руками, и также выучить характерности его монтажа.

Рабочий принцип аккумуляторов тепла

Теплоаккумулятор в отопительной системе работает по следующему принципу: часть тепла, поступающего от котла, идет к добавочному устройству, помещенному в большой резервуар.

С самого начала эти агрегаты не отдают тепло, накапливая его в течении некоторого временного промежутка, однако при заполнении емкости они как правило выделяют энергию тепла при условиях поломки ключевого оборудования. Это означает, что в случае если отопительный аппарат не функционирует, то особенный измеритель приводит в действие насос, благодаря чему тепловой носитель поступает в охлажденную систему.

Несомненно, это может привести к некоторому уменьшению водного уровня, впрочем высококачественная термическая изоляция даст возможность сберечь необходимую температуру.

Монтажные правила теплоаккумулятора в личном доме

Соорудить тепловой аккумулятор собственными руками полностью по настоящему, но для этого необходимо четко исполнять установленый порядок действий:

  1. Теплоаккумулятор для обогрева имеет в собственной конструкции следующие детали:
    — тепловой носитель, которым как правило выступает не только вода, но и, к примеру, камень;
    — электрический нагреватель;
    — трубный змеевик спиралевидной формы;
    — подводная и отводная части;
    — термометр;
    — компонент, закрепляющий трубный змеевик и термометр;
    — основание из бетона;
    — бетонный корпус;
    — тепловая изоляция;
    — слив теплового носителя.
  2. Такая система имеет определённое сходство с принципом функционирования типового термоса. Корпус такого аккумулятора можно сделать из обыкновенной бочки из металла у которой объем не менее 200 литров (прочтите: «Правильная отопительная схема с теплоаккумулятором»).
  3. Создавая рукодельный теплоаккумулятор, часть сверху используемой бочки необходимо обмотать изоляцией, которой как правило выступает обычная всем вата на минеральной основе. После ее фиксации требуется накрыть всю систему фольгой, а потом зафиксировать получившуюся конструкцию скотчем.
  4. Чтобы обеспечить воде качественный обогрев до необходимой температуры, аккумуляторы тепла для автономного отопления оборудуются специализированными змеевиками или Трубчатыми нагревателями (трубчатыми тэнами). Змеевиком может послужить медная труба диаметром в 2 см, свернутая в спираль.
  5. Часть сверху раньше описанной бочки, которая и собой представляет тепловой аккумулятор для системы обогрева, необходимо оборудовать парубком отвода, а снизу обустроить деталь подвода. Так, снизу будет поступать холодный тепловой носитель, а поверх выходить уже в необходимой степени прогретый.
  6. Изготавливая аккумуляторы тепла фазового перехода, довольно важное значение следует дать такому его свойству, как пожаро-безопасность. При появлении сложностей во время монтажного процесса и чтобы не было неприятностей всегда можно обратиться за советом и профессиональной помощью к мастерам, способным не только предъявить фото образцов данных устройств, но и выполнить расчет аккумулятора тепла и качественно установить данный механизм.

Область использования тепловых отопительных аккумуляторов

Применяются такие домашние приборы с нагревательной функцией для самых разнообразных целей, в особенности:

  1. Для того чтобы сделать больше результативность обогрева теплового носителя при острой потребности в регулярном потреблении горячей воды.
  2. Во время использования ночного тарифа на электричество. Зарядка аккумулятора будет проходить ночное время, что позволить сэкономить на электрической энергии, а конкретно днем водяной теплоаккумулятор будет отдавать собранное за ночь тепло.
  3. В случае, когда применяемое горючее относится к твёрдому типу (уголь, дрова и др.). При горении данных материалов энергии тепла выделяется с избытком, благодаря этому существенную ее часть можно направить к аккумулятору. Читайте также: «Как выполнить тепловой аккумулятор для обогрева собственными руками – конструкция, характерности устройства».

Детальнее об аккумуляторах тепла обращаете внимание на видео:

Tagged : аккумулятор / отопление / тепло / тепловой

Теплоаккумулятор сердце дома.

18.05.2016

Теплоаккумулятор для системы водяного отопления дома представляет собой стальную бочку с водой. Вода выбрана в качестве наполнителя аккумулятора благодаря наибольшей теплоемкости среди всех веществ, к тому же она может служить теплоносителем. Источник тепла, например дровяной котел или электротэн, нагревает воду в теплоаккумуляторе до высокой температуры 90оС, а потом вода из теплоаккумулятора идет по нагревательным приборам. При этом она остывает до комнатной температуры 20оС и весь цикл повторяется.
Бочка теплоаккумулятора сделана из черной стали Ст3 или Ст09Г2С.


Нержавеющую сталь применяют для теплоаккумулятора редко, это ненужное и дорогое решение. Коррозия стали в системе отопления не происходит, потому что вода при нагреве в замкнутой емкости без доступа кислорода теряет свои активные свойства, становится «мертвой». При этом она обретает особенный запах и темный полупрозрачный цвет. Теплоаккумуляторы должны выдерживать давление до 3атм, поэтому их делают круглыми и усиливают днища специальными ребрами. К теплоаккумулятору подключается система отопления, источник тепла, термометры, сливной кран и воздухоотводчик.

Если есть избыток мощности, теплоаккумулятор использовать ВЫГОДНО! Например котел для обогрева дома дает мощность 20кВт, а жилой дом потребляет только 5кВт. Куда девать «лишние» 15кВт? Самое правильное решение поставить теплоаккумулятор. Во время протопки котла теплоаккумулятор нагреется и будет отдавать тепло, когда котел уже затухнет.
Чтобы правильно подобрать теплоаккумулятор для своего дома, надо знать мощность системы отопления и время автономной работы.


Определив для себя два этих параметра, можно рассчитать количество энергии, которое должен накопить теплоаккумулятор.

Например:
дом площадью 120м2 потребляет тепловую мощность 7кВт.
Время автономной работы от теплоаккумулятора должно быть 16 часов.
7кВт Х 8час = 112 кВтч (что равно 403200кДж) энергии должен накопить теплоаккумулятор.

Чтобы посчитать емкость теплоаккумулятора надо использовать величину теплоемкости воды:
4,2 кДж/кг*С. Обычно теплоаккумулятор нагревают от 20С до 90С, значит разница температур холодной и нагретой воды будет
90С – 20С = 70С

Посчитаем емкость теплоаккумулятора:
403200 / 4,2 / 70 = 1370 литров

Этот расчет можно повторить для любой площади дома и времени автономной работы. Чтобы Вам было проще, мы сделали расчет для обычных домов до 200м2

площадь/время 8 час 10час 12час 14час 16час
100м2 587л 734л 881л 1028л 1175л
150м2 880л 1101л 1321л 1542л 1762л
200м2 1174л 1468л 1762л 2056л 2350л

Мы подобрали теплоаккумулятор для дома. Теперь надо его нагреть, на профессиональном языке «зарядить». Для зарядки теплоаккумулятора, как и для подбора емкости, надо два параметра: мощность источника энергии и время его работы.

Нашему дому 120м2 надо зарядить теплоаккумулятор 1370 литров от дровяного котла. Обычно время прогорания одной закладки в дровяном котле 1,5 часа. Чтобы за это время получить 112кВтч энергии для зарядки теплоаккумулятора 1370л, нужен котел мощностью:
112кВтч / 1,5ч = 74кВт

Часто теплоаккумулятор заряжают теплом от электротэнов по ночному тарифу. Это выгодный и удобный способ отопления, часто он дешевле стоимости отопления дровами. Ночной тариф доступен в течении 8 часов, это будет время зарядки.
Требуемая мощность электричества:
112кВтч / 8ч = 14кВт

Чтобы Вам было проще, мы сделали таблицу мощностей твердотопливных котлов и электротэнов для зарядки теплоаккумуляторов в жилых домах:

Мощность дровяных котлов, кВт: 

площадь / время автономной работы 8 час 10час 12час 14час 16час
100м2 32 40 48 56 64
150м2 48 60 72 84 96
200м2 64 80 96 112 128

Мощность электротэнов на ночном тарифе, кВт
площадь / время автономной работы 8 час 10час 12час 14час 16час
100м2 6 7 9 10 12
150м2 9 11 13 16 18
200м2 12 15 18 21 24

Теперь мы надеемся, что у Вас не возникнет сложностей с подбором теплоаккумулятора для своего дома. Мы изготавливаем теплоаккумуляторы стандартных объемов 500, 1000, 2000л, а также можем сделать любой размер и объем под заказ.

Вы можете купить теплоаккумулятор в нашем интернет-магазине:

500 литров
1000 литров
2000 литров

Виктор Горновский,
Печной центр Ками

 

Накопление теплового тепла в материалах

Тепловая энергия может храниться в материале в виде явного тепла путем повышения его температуры.

Накопление тепла или энергии можно рассчитать как

q = V ρ c p dt

= mc p dt (1)

где

q = накопленное физическое тепло в материале (Дж, британские тепловые единицы)

V = объем вещества (м 3 , футы 3 )

ρ = плотность вещества (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

m = масса вещества (кг, фунты)

c p = удельная теплоемкость вещества (Дж / кг o C, БТЕ / фунт o F)

dt = изменение температуры ( o C, o F )

  • 1 кДж / (кг K) = 0.2389 БТЕ / (фунт м o F)

Пример — Тепловая энергия, хранящаяся в граните

Тепло накапливается в граните 2 м 3 , нагревая его от 20 o C до 40 o С . Плотность гранита составляет 2400 кг / м 3 , а удельная теплоемкость гранита составляет 790 Дж / кг o C . Тепловая энергия, запасенная в граните, может быть рассчитана как

q = (2 м 3 ) (2400 кг / м 3 ) (790 Дж / кг o C) ((40 o C) — (20 o C))

= 75840 кДж

q кВтч = (75840 кДж) / (3600 с / час)

= 21 кВтч

Пример — Тепло, необходимое для нагрева воды

Тепло, необходимое для нагрева 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта при удельной теплоте воды 1.0 БТЕ / фунт o F можно рассчитать как

q = (1 фунт) (1,0 БТЕ / фунт o F) (1 o F )

= 1 Btu

Калькулятор накопления тепловой энергии

Этот калькулятор можно использовать для расчета количества тепловой энергии, хранящейся в веществе. Калькулятор может использоваться как для единиц СИ, так и для британских единиц, если единицы используются согласованно.

V — объем вещества (м 3 , фут 3 )

ρ — плотность вещества (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

c p — удельная теплоемкость вещества (Дж / кг o C, Btu / lb o F)

dt — изменение температуры ( o C, o F )

термодинамика — Расчет накопленной энергии для накопителя тепла

Мне кажется, это может быть проблема XY.Вы запрашиваете энергию, хранящуюся в сосуде, но что вы будете делать с информацией, когда узнаете?

Энергия воды

Стакан водопроводной воды комнатной температуры содержит много энергии, но мало кто сочтет эту информацию полезной. Инженеры обычно обращают внимание на изменение энергии, вложенной в воду или получаемой из нее. Например, сколько домашнего отопления мы можем произвести за счет некоторого количества горячей воды, или сколько галлонов воды с температурой 65 градусов потребуется, чтобы принять душ с температурой 45 градусов.С точки зрения чистой физики, полная энергия жидкой воды при атмосферном давлении — это энергия, необходимая для ее нагрева от абсолютного нуля до точки плавления в виде льда, энергия, необходимая для плавления льда, и энергия, необходимая для нагревания ее до текущей температуры. . Но это не очень полезно, потому что мы вряд ли столкнемся с экстремально низкими температурами, и поэтому будет трудно извлечь всю эту энергию. Помните, что тепло всегда перетекает с горячего на холодное.

Полезная энергия в воде

Ваш расчет показывает, что изменение температуры на 49 градусов Цельсия будет изменением энергии на 57 кВт-ч.Но что это такое? Вы не сможете проработать 1000-ваттный фен в течение 57 часов, используя эту энергию. Вы можете использовать его для нагрева некоторого другого объема воды или, возможно, для нагрева комнаты с помощью теплообменника, но становится трудно извлечь всю эту энергию, когда температуры сходятся. При вычислении вы используете 20 градусов, но не описываете, что это означает.

Что нам нужно

Итак, нам нужно знать, что вы пытаетесь сделать с этой нагретой водой.)

Накопитель тепловой энергии

Накопитель тепловой энергии

Бен Рейнхардт


24 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Регулируется технология хранения тепловой энергии. по двум принципам:

  1. Явное аккумулирование тепла
  2. Скрытое накопление тепла

Явное тепло вызывает изменение температуры.An отличительной характеристикой явного тепла является поток тепла от горячего к холоду посредством теплопроводности, конвекции или излучения. Управляющий уравнение для явного тепла q = m C p (T 2 -T 1 ), где m — масса, Cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении, а Т 1 и Т 2 — две температуры до и после нагрева. [1] Этот тип тепла хранение зависит от перепада температур и требует изоляции для поддержания температурного градиента.[2]

Скрытое тепло работает по другому закону. Как тепло закачивается в материал, температура не меняется. Скрытая теплота накапливается в материале перед фазовым переходом и может быть определен как энергия, необходимая для фазового перехода. Уравнение скрытой теплоты: q = m C p dT (s) + m L + m C p dT, где L — энтальпия плавления и dT — разница температур. [1] Первый термин — явная теплота твердой фазы, второй — скрытая теплота плавления, а третий — явное тепло жидкой фазы.Потому что скрытого тепла, есть преимущество в хранении тепла при использовании материалы с фазовым переходом (ПКМ).

Использование PCM является многообещающей технологией, поскольку обеспечивает способ хранения тепла от возобновляемых источников, таких как солнце и отходящее тепло промышленных процессов (4). PCM может обрабатывать гораздо больше нагревать при той же температуре, что и материал с постоянным состоянием. Это из-за срока скрытой теплоты. Согласно исследованию Akiyama et al., а 53/40/7 мас.% Смесь неорганических солей KNO 3 / NaNO 2 / NaNO 3 показал 239 кДж / кг разница между накоплением тепла ЛГС и СВС при плавлении композита точка. [1] В дополнение к более высокой теплоемкости PCM может также действуют как источник тепла с постоянной температурой; это потому что это может набирать и выделять тепло, оставаясь в состоянии фазового перехода. За по этой причине PCM может работать постоянно и мало деградация со временем.[1]

Материалы, которые обычно используются в качестве PCM, включают: органические парафины и непарафины, неорганические соли и металлы. [1] Самыми популярными ПКМ по состоянию на 2009 год являются органические парафины, жирные кислоты и гидраты. [1] Они использовались для сбора солнечных и промышленных отходов. тепла, однако все они имеют температуру плавления ниже 200 ° C и используется для мелкомасштабного отопления, а не для электричества поколение. [1] При высоких температурах (выше 200 ° C) ПКМ использовали неорганические соли, которые имеют гораздо более низкую теплопроводность, делая их менее эффективными, постоянными источниками тепла.[1]

Причина, по которой PCM эффективны для хранения температура промышленных отходов и солнечного тепла может быть продемонстрирована с помощью простые расчеты. Парафиновый воск, использованный Khin et al. имеет температура плавления 62 ° C и энтальпия плавления 145-240 кДж / кг. [3] Поскольку температура кипения воды составляет 100 ° C, она не подвергается любое изменение при 62 ° C. Следовательно, вода будет использоваться как низкий Температурный контрпример без PCM. С Cp 4.186 кДж / кг / К и предполагаемая начальная температура 25 ° C, теплоаккумулятор для вода при 62 ° C, при постоянной удельной теплоемкости, составляет 154,9 кДж / кг (6). В расчет представлен ниже:

q = (4,186 кДж / кг / K) (335K-298K) = 154,9 кДж / кг

Это сопоставимо со скрытой теплотой парафина. значение 145-240 кДж / кг, поэтому с дополнительным парафином При нагревании парафиновый ПКМ выгоден при более низких температурах.

Однако при более высоких температурах PCM начинают терять их преимущество. Расплавленные соли и металлы, которые в основном используются для более высокая температура хранения тепла имеет значения скрытой теплоты как высокие как 1754,4 кДж / кг. [1] Вода, так как рабочие температуры для этих материалы будут иметь температуру более 200 ° C, будут превращены в перегретые пар с теплотой парообразования около 100 ° C. значение 2257 кДж / кг. [4] Это значение наряду с относительно высокой температурой емкость воды будет намного больше, чем энергия, запасенная на килограмм PCM, демонстрируя, что высокая температура хранения тепла с ПКМ нецелесообразно.

Хотя на сегодняшний день это непрактично, разработка более эффективный неорганический PCM будет иметь множество приложений, таких как хранение геотермальной энергии. Геотермальные мощности США В штатах в 2004 году было 2564 МВт при общем производстве электроэнергии 17 917 человек. ГВтч. [5] Геотермальная энергия выгодна, потому что внутренняя процессы создают почти бесконечное количество энергии, и поэтому считается возобновляемым источником энергии.[6] Геотермальная энергия может быть описан, как и использование PCM, в двух категориях: низкая и высокая температура использовать. [6] Однако производство высокотемпературной геотермальной электроэнергии неэффективно. КПД составляет 10-17%, примерно в три раза больше. меньше, чем ископаемое топливо. [6] Большая часть неэффективности связана с состав геотермальных газов. Газы обычно содержат неконденсирующиеся газы, такие как диоксид углерода и сероводород, которые должен быть удален для конденсации.[6] Это требует больше энергии вход и снижение эффективности. Энергия этого перегретого пара, с теплосодержанием до 2800 кДж / кг, потенциально может быть хранится в улучшенном PCM, где его можно транспортировать для других целей или более эффективная обработка. [6]

© Бенджамин Рейнхардт. Автор грантов разрешение на копирование, распространение и отображение этой работы в неизмененном виде, со ссылкой на автора, только для некоммерческих целей.Все другие права, включая коммерческие, сохраняются за автор.

Список литературы

[1] Т. Номура, Н. Окинака и Т. Акияма, «Технология скрытого хранения тепла для применения при высоких температурах: обзор », Inst. Iron Steel Jpn. Международная, 50 , 1229 (2010).

[2] Р. А. Хаггинс, Накопитель тепловой энергии, 1-й Издание (Springer, 2010), стр. 21-27.

[3] М.Н. А. Хавладер, М. С. Уддин, М. М. Хин, «Микрокапсулированная система накопления тепловой энергии PCM», Прил. Энергия 74 , 195 (2003).

[4] Дж. М. Смит, Х. К. Ван Несс и М. М. Эбботт, Введение в термодинамику химической инженерии. 7-е изд. (McGraw-Hill, 2006), стр. 134-35, 685.

[5] Р. Бертани, «Мировое производство геотермальной энергии в Период 2001 — 2005 гг. «Геотермия 34 , 651 (2005).

[6] Э. Барбье, «Технологии геотермальной энергии и Текущее состояние: обзор, «Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии» 6, , 6 (2002).

Основы всасывающих аккумуляторов в домашних тепловых насосах


Первоначально опубликовано 10 декабря 2013 г.

Для поиска и устранения неисправностей компонентов системы теплового насоса вы должны сначала понять их. Поскольку большая часть Северной Америки перешла в отопительный сезон, сейчас самое подходящее время для обзора компонента, обычно встречающегося в бытовых тепловых насосных системах: всасывающего аккумулятора.

Что такое всасывающий аккумулятор?

Накопители на всасывании являются критически важными компонентами тепловых насосов типа воздух-воздух и воздух-вода.

Что делает всасывающий аккумулятор?

Тепловые насосы с воздушным источником должны поддерживать тонкий баланс и надлежащий контроль жидкого хладагента в условиях низких температур окружающей среды, чтобы обеспечить надлежащее охлаждение компрессора и избежать чрезмерного обратного перетока хладагента. Если жидкий хладагент может протечь через систему и вернуться в компрессор без испарения, это может вызвать повреждение компрессора.В зависимости от типа компрессора это повреждение может варьироваться от забивания жидкости, потери масла (в компрессоре) или вымывания подшипника.

Для защиты от обратного потока в системах, уязвимых к повреждению жидким хладагентом, таких как тепловые насосы, функция аккумулятора заключается в перехвате жидкого хладагента до того, как он достигнет компрессора. Когда требуется разморозка змеевика, компрессор подвергается внезапным скачкам жидкости, которые могут создать экстремальные напряжения в системе. Аккумулятор может действовать как приемник во время циклов нагрева и оттаивания, когда дисбаланс системы или перегрузка из-за эксплуатации на месте может привести к чрезмерному содержанию жидкого хладагента в системе.

Аккумулятор может хранить хладагент до тех пор, пока он не понадобится, и подавать его обратно в компрессор с приемлемой скоростью. Основные движения хладагента происходят в начале и в конце цикла размораживания, и хотя останавливать это движение не обязательно или даже желательно, важно контролировать скорость, с которой жидкий хладагент возвращается в компрессор. Наряду с правильным дозированием аккумулятор может эффективно поддерживать температуру картера или днища корпуса в приемлемых пределах.Правильно спроектированный всасывающий аккумулятор может обеспечить отличную защиту от обеих потенциальных опасностей.

Аккумулятор какого типа или размера следует использовать?

Этот компонент должен располагаться на линии всасывания компрессора между испарителем и компрессором. Он должен иметь достаточно большой объем / производительность, чтобы удерживать максимальное количество жидкости, которая может вернуться в него, и иметь условия для положительного возврата масла в компрессор.

Фактическая удерживающая способность хладагента, необходимая для данного аккумулятора, определяется требованиями конкретного применения, и аккумулятор должен быть выбран таким, чтобы удерживать максимальный ожидаемый обратный поток жидкости.Типичные аккумуляторы, изготовленные для кондиционирования воздуха или промышленного использования, имеют отверстия для возврата масла диаметром от 0,0625 до 0,125 дюйма. Меньшее отверстие, несомненно, более уязвимо для ограничений со стороны частиц припоя или других посторонних материалов в системе, поэтому было бы целесообразно установить входной экран, особенно в системах с трубопроводами, устанавливаемыми в поле. Также следует позаботиться о том, чтобы припой и флюс не попали в аккумулятор, поскольку чрезмерное количество посторонних материалов может закупорить измерительное отверстие, эффективно задерживая компрессорное масло в аккумуляторе.

Обратите внимание, что вход хладагента смещен от верха J-трубки. Когда хладагент и масло попадают в сосуд, происходит разделение по скорости, и хладагент расширяется из-за окружающей температуры, создавая источник тепла. В этот момент поступающее масло (вместе с любым жидким хладагентом) отделяется от парообразного хладагента и падает на дно. Пар хладагента движется по J-трубке, поскольку компрессор вызывает перепад давления между входом и выходом аккумулятора.Когда хладагент проходит через J-образную трубку, это вызывает эффект Вентури через отверстие, втягивая масло со дна емкости. Парообразный хладагент с контролируемой скоростью переносит масло обратно в компрессор.


Читать дальше: Руководство подрядчика по ремонту или замене поврежденных наводнением систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Расчет саморегулирующегося активного элемента слоистого теплового аккумулятора солнечной системы отопления

  • 1.

    Даффи, Дж. А. and Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley, 2013.

    . Google ученый

  • 2.

    Ощепков М.Ю. и Фрид С.Е., Гелиотехника .2015. 1. С. 83–92.

    Google ученый

  • 3.

    Ощепков М.Ю. и Фрид С.Е., Гелиотехника .2015. 3. С. 22–29.

    Google ученый

  • 4.

    Фрид С.Е., Колобаев М.А., Ощепков М.Ю. // Гелиотехника . 4. С. 38–45.

    Google ученый

  • 5.

    Рашидов Ю.К. Саморегулирующиеся активные элементы для систем водяного солнечного теплоснабжения, Архитектура. Строит. Дизайн, 2013, вып. 4. С. 50–55.

    Google ученый

  • 6.

    Рашидов Ю.К., Гелиотехника , 1983, вып.2. С. 62–67.

    Google ученый

  • 7.

    Рашидов Ю.К., Гелиотехника , 1983, вып. 5. С. 55–58.

    Google ученый

  • 8.

    Рашидов Ю.К., Гелиотехника , 1987, вып. 6. С. 61–65.

    Google ученый

  • 9.

    Шлихтинг Х. и Герстен К., Теория пограничного слоя , Springer-Verlag, 2004.

    Google ученый

  • 10.

    Лятхер В.М. Условия образования плотностных потоков в водохранилищах // Труды координационных совещаний по гидротехнике . Л .: Энергия, 1969.

    . Google ученый

  • 11.

    Макаров И.И., Соколов А.С., Шульман С.Г., Моделирование гидротермических процессов водохранилищ-охладителей ТЕС и АЕС . Методика моделирования гидротермических процессов в теплообменниках-охладителях воды. и атомных электростанций. М .: Энергоатомиздат, 1986.

    Google ученый

  • Советы по определению размеров аккумуляторов — Womack Machine Supply Company

    Пространство не позволяет полностью обсудить аккумуляторы, и этот вопрос будет ограничен практическим методом определения минимальной емкости аккумулятора при использовании для пополнения потока масла от насоса, как в схеме, показанной ниже.

    В базовой схеме используется 4-ходовой клапан с закрытым центром. Целью гидроаккумулятора является хранение масла под высоким давлением из насоса в периоды, когда 4-ходовой клапан находится в центре.Когда сохраненное давление достигает заданного максимума (обычно 3000 фунтов на квадратный дюйм), насос автоматически разгружается и ему разрешается бездействовать до конца цикла. Используется либо специальный разгрузочный клапан с пилотным управлением, либо реле давления и соленоидный сбросной клапан. Когда 4-ходовой клапан переключается для запуска цилиндра, накопленное масло добавляется к потоку насоса, чтобы дать цилиндру скорость выше, чем от одного только масла насоса.

    Большим преимуществом аккумуляторов в системе этого типа является то, что меньший (и менее дорогой) насос, электродвигатель и регулирующий клапан будут выполнять ту же работу, что и более крупные и более дорогие компоненты.См. Практическое правило процентной продолжительности включения.

    Дополнительная информация, а также множество схем аккумуляторов приведены в публикациях Womack Machine Supply Co., включая « Industrial Fluid Power — Volume 1 » и « Fluid Power in Plant and Field ».

    Система PSI. Оптимальное давление в системе для большинства аккумуляторов составляет 3000 фунтов на квадратный дюйм. Они обладают максимальным запасом энергии при наименьшей стоимости и наименьшем размере при работе с максимальным номинальным давлением.Хотя модели на 5000 фунтов на квадратный дюйм доступны для некоторых брендов, их значительно возросшая стоимость компенсирует их преимущество по давлению, поэтому они менее желательны для большинства систем.

    Сжимаемость. Аккумулятор увеличивает сжимаемость масляного потока между насосом и 4-ходовым клапаном, и если это нежелательно, аккумулятор не следует использовать. Однако в системах, в которых используется регулирующий клапан с компенсацией давления или 4-ходовой клапан сервопривода, сжимаемость в линии перед 4-ходовым клапаном обычно не вызывает возражений.

    Базовая схема гидроаккумулятора, в которой насос малого объема накапливает масло под высоким давлением в гидроаккумуляторе
    , в то время как 4-ходовой клапан находится в центре. Масло насоса плюс разгрузка гидроаккумулятора обеспечивают быстрый ход цилиндра.

    Минимум
    Допустимый
    Системный фунт / кв. Дюйм

    Максимальный фунт / кв. Дюйм системы с полностью заряженным аккумулятором
    3,000 2,750 2,500 2,250 2 000 90 500
    2,700 12 — — — — — — — — — — — — — — — —
    2,600 17 — — — — — — — — — — — — — — — —
    2,500 22 11 — — — — — — — — — — — —
    2,400 27 16 — — — — — — — — — — — —
    2300 33 21 10 — — — — — — — —
    2200 40 27 15 — — — — — — — —
    2100 46 34 21 8 — — — —
    2,000 55 41 27 14 — — — —
    1,900 63 49 35 20 6
    1,800 73 58 43 27 12
    1,700 84 67 51 35 19
    1,600 96 79 61 44 27
    1,500 109 91 73 55 36
    1,400 — — — — 105 86 66 47
    1,300 — — — — — — — — 101 80 59
    1,200 Кубических дюймов масла слито
    из аккумулятора емкостью 1 галлон.
    96 73
    1,100 — — — — 89

    Цифры в основной части диаграммы представляют собой количество кубических дюймов масла, которое может быть слито из гидроаккумулятора емкостью 1 галлон, начиная с полностью заряженного давления, указанного в верхней части диаграммы, и сливается до тех пор, пока давление в системе не упадет до значения показаны в левом столбце. В случае аккумуляторов большего размера умножьте цифры в таблице на емкость аккумулятора в галлонах.Например, при работе с аккумулятором на 10 галлонов умножьте цифры диаграммы на 10 и т. Д.

    Цифры в диаграмме примерно на 5% меньше, чем при расчетах по закону Бойля для теоретического расхода. Это необходимо для компенсации потери емкости во время разряда, вызванной падением температуры газа, когда аккумулятор быстро разряжается.

    Для условий эксплуатации, выходящих за пределы диапазона, указанного в таблице, можно использовать формулу в поле ниже. Как объясняется в тексте, аккумуляторные системы чаще всего рассчитаны на полностью заряженный аккумулятор с давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм.

    Как пользоваться таблицей

    Поскольку масло может вытекать из гидроаккумулятора поршневого или баллонного типа, давление масла падает. Например, если посмотреть на диаграмму выше, в столбце 3000 фунтов на квадратный дюйм, когда 12 кубических дюймов нефти выгружается из аккумулятора емкостью 1 галлон, давление падает с 3000 до 2750 фунтов на квадратный дюйм и т. Д. Итак, один важный фактор для достижения Аккумулятор подходящего размера должен быть достаточно большим, чтобы это неизбежное падение давления не повлияло на нормальную работу гидравлического контура.Цилиндры и гидравлические двигатели должны быть достаточно большими, чтобы обеспечивать необходимую силу или крутящий момент при конечном давлении, остающемся в конце разряда аккумулятора. Чтобы определить объем «галлонов», необходимый для конкретного применения, выполните следующие шаги проектирования:

    Шаг 1. Рассчитайте или оцените как можно точнее объем масла в кубических дюймах, который потребуется из гидроаккумулятора в каждом цикле разгрузки, чтобы дополнить объем масла, вытекающего из системного насоса.

    Шаг 2. Принимая во внимание размер используемых цилиндров или гидравлических двигателей, рассчитайте, до какого уровня может упасть давление во время цикла нагнетания без падения выходной силы или крутящего момента ниже допустимого уровня.

    Шаг 3. В таблице используйте столбец, озаглавленный давлением вашей системы, когда аккумулятор полностью заряжен. В левом столбце найдите минимально допустимое давление в системе в конце цикла разгрузки. Цифра в таблице — это количество кубических дюймов нефти, которое может быть извлечено из гидроаккумулятора емкостью 1 галлон при таких условиях давления.

    Пример: Если ваше полностью заряженное давление составляет 3000 фунтов на квадратный дюйм, а ваше самое низкое допустимое давление составляет 2000 фунтов на квадратный дюйм, диаграмма показывает, что 55 кубических дюймов можно восстановить из аккумулятора емкостью 1 галлон. Предположим, вы подсчитали, что для вашего приложения потребуется 230 кубических дюймов. Минимальная емкость аккумулятора: 230 ÷ 55 = 4,18 галлона. Ближайший стандартный размер аккумулятора составляет 5 галлонов — правильный размер для использования.

    Хотя цифры в таблице показывают объем на 5% меньше, чем рассчитано, чтобы предотвратить потерю емкости, которая происходит при быстрой разрядке, аккумулятор при использовании в приложениях с длительной выдержкой в ​​конечном итоге будет возвращать дополнительные 5% масла в качестве оболочка, слегка остуженная быстрой разрядкой, постепенно прогревается до нормальной температуры.

    Математическое решение для размера аккумулятора

    Ниже приводится общая формула, которая решает проблему расхода масла в кубических дюймах из аккумулятора любого размера при любых условиях предварительной зарядки и давления в системе. Его можно использовать для условий эксплуатации, не указанных в таблице.

    В формулу заложена 5% -ная поправка на потерю мощности, которая учитывает потерю производительности, вызванную изменениями температуры при сжатии и расширении газа.

    D = [0.95 × P1 × V1 ÷ P2] — [0,95 × P1 × V1 ÷ P3]

    D — количество кубических дюймов слива нефти.
    P1 — давление предварительной зарядки азота в фунтах на квадратный дюйм.
    P2 — давление в системе в фунтах на квадратный дюйм после сброса объема D кубических дюймов.
    P3 — максимальное давление в системе в фунтах на квадратный дюйм при полностью заряженном аккумуляторе.
    V1 — указанный в каталоге объем газа аккумулятора в кубических дюймах.
    0,95 дает 5% скидку на потерю мощности.

    © 1990, Womack Machine Supply Co. Эта компания не несет ответственности за ошибки в данных, а также за безопасную и / или удовлетворительную работу оборудования, разработанного на основе этой информации.

    Калибровочные аккумуляторы для произвольных перемещений

    Гидравлические аккумуляторы накапливают гидравлическую жидкость под давлением, чтобы дополнить поток насоса и снизить требования к производительности насоса, поддерживать давление и минимизировать колебания давления в закрытых системах, поглощать удары и обеспечивать вспомогательную гидравлическую энергию в аварийной ситуации.Вот как.

    Основы

    Гидравлический аккумулятор — это сосуд высокого давления, содержащий мембрану или поршень, который удерживает и сжимает инертный газ (обычно азот). Гидравлическая жидкость удерживается с другой стороны мембраны. Аккумулятор в гидравлическом устройстве хранит гидравлическую энергию так же, как автомобильный аккумулятор хранит электрическую энергию.

    Аккумуляторы бывают разных размеров и конструкций для хранения гидравлической жидкости под давлением. Hydac

    Начальное давление газа называется «давлением предварительной зарядки».«Когда давление в системе превышает давление предварительной зарядки, газообразный азот сжимается, сжимается и уменьшается в объеме, впуская гидравлическую жидкость в аккумулятор. Объем жидкости в гидроаккумуляторе увеличивается до тех пор, пока система не достигнет максимального давления ( P 2 ). Когда давление в системе снижается, газообразный азот расширяется и вытесняет жидкость из аккумулятора, обеспечивая питание гидравлической системы до тех пор, пока давление в системе и аккумуляторе не уравняется ( P 1 ).

    Правильно используемые гидроаккумуляторы повышают производительность и эффективность гидравлической системы, снижают затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание, обеспечивают безотказную защиту и продлевают срок службы системы за счет сведения к минимуму отказов насосов, трубопроводов и других компонентов.

    Что делают гидроаккумуляторы

    Вот основные причины использования гидроаккумуляторов:

    Схема гидроаккумулятора, предназначенная для увеличения расхода насоса.

    Для увеличения расхода насоса. Чаще всего аккумуляторы используются для пополнения потока насоса.Некоторым гидравлическим контурам требуется большой расход, но только в течение коротких периодов времени, а затем в течение длительного периода используется мало жидкости или вообще не используется. Когда половина или более машинного цикла не использует поток насоса, проектировщики обычно устанавливают схему аккумулятора.

    Для работы гидроаккумуляторов необходим перепад давления. В некоторых случаях окончательный дизайн требует более высокого давления, чем планировалось изначально. Например, в схеме, показанной выше, для выполнения работы требуется не менее 2000 фунтов на квадратный дюйм, но гидроаккумуляторы должны быть заполнены до более высокого давления, чтобы они могли подавать дополнительную жидкость, не опускаясь ниже минимального давления в системе.Таким образом, в этом контуре используется максимальное давление 3000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы хранить достаточно жидкости для цикла цилиндра в отведенное время и при этом иметь достаточно силы для выполнения работы.

    В контуре используется несколько аккумуляторов для пополнения потока насоса, поскольку время задержки составляет 45 секунд. из 57,5-сек. цикл. Его насос фиксированного объема со скоростью 22 галлона в минуту работает под давлением в течение большей части цикла, чтобы заполнить цилиндр и аккумуляторы. Без аккумуляторов для этой схемы потребовался бы насос на 100 галлонов в минуту, приводимый в движение двигателем мощностью 125 л.с.Хотя первоначальная стоимость меньшего насоса и двигателя плюс аккумуляторы может быть близка к стоимости более крупного насоса и двигателя, экономия энергии в течение срока службы машины делает эту схему аккумулятора более экономичной.

    Цепь гидроаккумулятора, поддерживающая давление и / или компенсирующая утечки.

    Для поддержания давления в системе. Аккумуляторы часто поддерживают давление в гидравлических контурах, пока насос не нагружен. Это особенно полезно при использовании насосов фиксированного объема в длительных циклах выдержки.Например, добавление гидроаккумулятора, регулятора расхода и реле давления в схему насоса фиксированного объема, показанную выше, позволяет насосу разгружаться, когда давление равно или превышает минимальную настройку реле давления. Если утечка в клапане или уплотнениях цилиндра приводит к падению давления примерно на 5%, реле давления меняет направление, и гидроаккумулятор нагнетает давление на торец крышки цилиндра и восстанавливает давление до максимума. Единственный раз, когда насос нагружен, — это когда требуется жидкость. В этой схеме работает ламинатор, который зажимает материал и удерживает его под давлением от одной до пяти минут.Если бы поток через предохранительный клапан все это время находился под высоким давлением, он выделял бы слишком много тепла, тратя энергию.

    Для амортизации ударов. Быстро движущиеся гидравлические контуры часто создают скачки давления, которые вызывают удары при резкой остановке потока. Аккумуляторы в этих подверженных ударам контурах снижают эти разрушительные скачки давления и потока до приемлемого уровня или полностью устраняют их. Аккумуляторы также справляются с другими проблемами скачков давления в особых случаях с модифицированными клапанами.

    Аккумуляторы также устраняют скачки давления, вызванные внезапными заторами потока. Заправка азотом в этом случае обычно поддерживается на 5% ниже рабочего давления, чтобы гарантировать, что аккумулятор находится вне контура, за исключением скачков давления. В этом случае лучше всего работают баллонные аккумуляторы, поскольку они быстро реагируют на изменения давления, если максимальное давление скачка не превышает четырехкратное давление предварительной зарядки .

    Для увлажнения. Пульсации — это еще одна форма удара в гидравлических линиях, которая может повредить трубопроводы и другие компоненты системы.Поршневые насосы по своей конструкции создают в системе пульсации давления, вибрации и шум. Аккумуляторы и связанные с ними глушители и глушители могут значительно снизить энергию ударной волны.

    Обеспечить аварийное питание. Некоторые машины с гидравлическим приводом необходимо останавливать в открытом положении, чтобы не повредить продукты или оборудование. Когда перебои в электроснабжении отключают гидравлический насос и машина находится в каком-либо положении, должен быть способ переместить ее в открытое положение. Резервный насос с приводом от двигателя — это один из вариантов, но другой вариант — использовать аккумуляторы, заряженные перед первым циклом и удерживаемые до тех пор, пока машина не отключится.Их накопленная энергия затем готова для переключения машины в открытое положение в случае сбоя питания.

    Другие приложения. Аккумуляторы иногда используются в системах, в которых тепловое расширение может вызвать чрезмерное давление. Заблокированные порты на цилиндрах в зонах с высокой температурой окружающей среды создают высокое давление, если нет места для расширяющейся жидкости. Аккумуляторы также служат барьером между двумя разными жидкостями, например, в системе, где насос использует гидравлическую жидкость для поддержания давления в контуре, который использует воду или другую несовместимую среду.Один поставщик также предлагает аккумуляторы низкого давления в качестве дыхательных аппаратов для герметичных резервуаров. Это предотвращает попадание переносимых по воздуху загрязняющих веществ в гидравлическое масло при повышении и понижении уровня жидкости.

    Типы гидроаккумуляторов

    Вот виды в разрезе и обозначения гидроаккумуляторов.

    В промышленности обычно используются три типа аккумуляторов: баллонные, диафрагменные и поршневые. Есть несколько других вариантов.

    Баллон с газовым наполнением. Во многих гидроаккумуляторах используется резиновый баллон для разделения газа и жидкости. Тарельчатый клапан в выпускном отверстии предотвращает прохождение баллона через порт, когда насос выключен. Первоначальный дизайн, по-прежнему предлагаемый многими производителями, — это стиль ремонта снизу (показан вверху слева). Стиль верхнего ремонта (справа) в некоторых случаях упрощает замену мочевого пузыря.

    Газовый поршень. Поршневой аккумулятор с газовым зарядом имеет свободно плавающий поршень с уплотнениями, разделяющими жидкость и газ.Он работает и действует аналогично мочевому пузырю. У него есть преимущества в определенных областях применения, но он может стоить вдвое дороже, чем баллон такого же размера.

    Подпружиненный поршень . Подпружиненные поршневые аккумуляторы идентичны газонагнетательным, за исключением того, что пружина прижимает поршень к жидкости. Его главное преимущество — отсутствие утечки газа. Основным недостатком является то, что эта конструкция не подходит для высокого давления и большого объема.

    Мембранные аккумуляторы. Существуют также мембранные аккумуляторы с упругими или металлическими мембранами. Они используются в основном там, где хранимый объем небольшой, что делает их практичными для многих мобильных приложений, но ограничивает их использование в промышленных приложениях.

    Какой тип использовать?

    Некоторые приложения могут использовать аккумулятор практически любого типа с удовлетворительными результатами. Однако бывают случаи, когда один стиль более отзывчив или предлагает более длительный срок службы. Например, величина давления предварительной зарядки является фактором, который следует учитывать при выборе баллонных или поршневых аккумуляторов.

    Поршневые гидроаккумуляторы медленно реагируют на повышение давления, поэтому они не работают так же хорошо, как амортизаторы. Это означает, что хотя они уменьшают скачки давления, они не останавливают их. В таких ситуациях лучшим выбором будет баллонный или диафрагменный аккумулятор.

    Баллонные или диафрагменные гидроаккумуляторы являются лучшими типами, когда речь идет о гашении скачков высокого давления на выходе поршневого насоса. Поршневой аккумулятор не может срабатывать достаточно быстро, а короткий ход поршня и уплотнений может вызвать чрезмерный износ отверстия и уплотнений.

    Hydac, крупный производитель аккумуляторов и других гидравлических компонентов, перечисляет следующие факторы в качестве основных факторов выбора трех основных типов аккумуляторов (баллон, диафрагма и поршень):

    • Применение (накопление энергии, амортизация или демпфирование пульсаций). )
    • Давление в системе, максимальное и минимальное
    • Требуемый объем жидкости в системе
    • Расход
    • Отношение давления (макс. Давление / давление предварительной зарядки)
    • Монтажный диапазон и монтажное положение

    Сравнение гидроаккумуляторов Hydac

    Давление

    An Аккумулятор заряжается, когда давление в системе увеличивается, в результате чего жидкость течет в аккумулятор и сжимает азот.Он разряжается при понижении давления в системе, позволяя азоту в аккумуляторе расширяться и выталкивать жидкость из аккумулятора.

    Обычно газовые аккумуляторы предварительно заряжаются примерно до 90% минимального рабочего давления системы. Это гарантирует, что баллон или поршень не будут выпускать всю жидкость во время каждого цикла. Если вся жидкость будет удалена быстро, баллоны могут попасть в тарельчатый клапан, а поршни могут деформироваться при ударе металла по металлу. В некоторых случаях этот показатель в 90% может быть низким из-за низкого минимального давления в системе.

    В таких случаях используйте гидроаккумуляторы поршневого типа, потому что поршень может перемещаться вверх по каналу почти на любое расстояние без повреждений. Баллонный аккумулятор не следует использовать, если давление предварительной зарядки ниже 25% от максимального давления. Это позволяет избежать настолько сильного сжатия мочевого пузыря, что он может тереться о себя и образовывать в нем отверстия.

    Конструкция и физическая конструкция баллонных и диафрагменных аккумуляторов ограничивают их максимальные отношения рабочего давления. Превышение этих пределов может повредить мочевой пузырь или диафрагму.Поршневой гидроаккумулятор выдерживает более высокие отношения давлений, потому что у него нет эластомерной мембраны, которая может повредиться.

    Безопасность гидроаккумулятора
    • Всегда находите способ слить воду из гидроаккумулятора при выключении. Никогда не работайте в контуре с гидроаккумулятором, пока не убедитесь, что в нем нет давления. Это очень важно, поскольку аккумуляторы накапливают энергию, которая может представлять угрозу безопасности и повреждать машину.
    • Убедитесь, что поток в гидроаккумуляторе ограничен разумной скоростью во время работы и выключите, чтобы не повредить машину или трубопровод.Аккумуляторы нагнетают жидкость с любой скоростью, которую позволяет выходной путь потока. Такие высокие потоки длятся недолго, но ущерб, который они вызывают, может случиться мгновенно.
    • Всегда изолируйте насос от гидроаккумулятора с помощью обратного клапана, чтобы жидкость не могла попасть обратно в насос. Без обратного клапана обратный поток из гидроаккумулятора может толкать насос назад и в некоторых случаях приводить к превышению скорости и разрушению.
    • Проверяйте давление предварительной зарядки гидроаккумулятора, когда он установлен, и не реже одного раза в день в течение первой недели работы.Если в течение этого времени заметной потери давления не наблюдается, проверьте еще раз через неделю. Если все в порядке, после этого делайте плановую проверку каждые три-шесть месяцев. Когда предварительная зарядка аккумулятора падает ниже номинального давления, объем доступной жидкости уменьшается, что замедляет цикл.
    Определение размеров аккумуляторов

    Объем жидкости, который аккумулятор может подать в систему, зависит от области применения. Это минимальные параметры, необходимые для определения объема жидкости и / или размера аккумулятора:

    • Давление предварительной зарядки ( P 0 )
    • Максимальное рабочее давление системы ( P 2 )
    • Минимальное рабочее давление системы давление ( P 1 )
    • Эффективный объем газа ( V 0 ) и полезный объем жидкости ( ΔV )

    Размер, указанный для аккумулятора, относится к его общему номинальному объему газа, а не к его емкость жидкости.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.