Conexão e princípio de funcionamento do acumulador de calor para a caldeira

Nas residências onde não há aquecimento a gás ou centralizado, são utilizados sistemas individuais de aquecimento, incluindo combustível sólido e caldeiras elétricas ou sistemas solares movidos a energia solar. Esses sistemas têm uma desvantagem importante - o aquecimento desigual do refrigerante devido às características fundamentais do funcionamento ou à influência de fatores externos. Eles podem ser otimizados usando um acumulador de calor para aquecimento, que atuará como um buffer entre a fonte de calor e os consumidores.

Objetivo do acumulador de calor

O acumulador de calor para vários tipos de caldeiras de aquecimento é um reservatório de tamanho impressionante cheio de água, que permite resolver os problemas que surgem durante o funcionamento de uma caldeira de aquecimento:

• consumo excessivo de energia;
• excesso de potência de aquecimento;
• superaquecimento da água da caldeira;
• flutuações periódicas na temperatura de aquecimento devido à irregularidade do próprio processo de combustão e ao assentamento prematuro de lenha, carvão;
• incompatibilidade entre os picos de produção e consumo de energia térmica.

Alguns problemas podem ser resolvidos com a instalação de uma caldeira de pirólise de longa duração, mas, neste último caso, não ajudará. A peculiaridade do funcionamento da caldeira é que, após o carregamento do combustível, a produção de energia térmica aumenta gradativamente, atingindo os valores de pico, e depois diminui gradativamente. Se você não colocar combustível na caldeira a tempo, ela para, o refrigerante começa a esfriar, e com isso a temperatura da casa cai. Durante o pico de produção de calor, o sistema não consegue distribuir com eficiência toda a energia, pois está equipado com termostatos, de modo que parte do calor é desperdiçada. Se a caldeira for elétrica, é muito mais lucrativo acumular calor à noite, quando a eletricidade é calculada a uma tarifa noturna preferencial para consumir o mínimo de eletricidade possível durante o dia.

O reservatório de calor para o sistema de aquecimento é feito de aço inoxidável ou aço comum, o interior pode ser revestido com um verniz de proteção. As paredes são pintadas de cima com tinta resistente ao calor e, em seguida, cobertas com material isolante de calor e couro sintético. Na verdade, quando um acumulador de calor é conectado, o volume do transportador de calor no sistema de aquecimento aumenta, o que permite compensar a potência de pico da caldeira e ao mesmo tempo acumular calor para transferi-lo para o transportador de calor quando a potência de geração de calor pela caldeira diminui. Graças ao isolamento de alta qualidade, a água no acumulador de calor esfria por um longo tempo. Ele permanece quente por várias horas e até dias e é bombeado para o sistema por meio de uma bomba. O princípio de operação do acumulador de calor é baseado nas diferentes capacidades de calor de vários meios, em particular água e ar. Uma diminuição na temperatura de 1 litro de água em um grau leva a um aumento na temperatura de um volume de ar de 1 m3 em 4 graus.

Se, ao utilizar combustível sólido e caldeiras elétricas, a instalação de um acumulador de calor é desejável, mas não necessária, então a presença de um acumulador de calor no sistema solar é uma condição necessária para o funcionamento, uma vez que é impossível obter energia solar em tarde e à noite, e o uso do sistema é muito limitado no outono e inverno em dias nublados.

Prós e contras

Prós de usar um acumulador de calor:

• Armazena energia térmica por horas e dias.
• O superaquecimento da caldeira está excluído.
• A energia térmica não é desperdiçada, mas sim acumula-se para ser utilizada no futuro, por isso aumenta a eficiência da caldeira e do sistema de aquecimento como um todo.
• Permite que você economize dinheiro.
• A temperatura do ar nas instalações é facilmente mantida em um nível ideal, flutuações repentinas de temperatura são excluídas.
• Não há necessidade de reabastecimento frequente.
• Além da caldeira de combustível sólido, pode-se instalar um sistema solar, que é uma fonte gratuita de energia térmica.
• Alguns modelos de acumuladores térmicos para aquecimento podem combinar as funções de caldeira.

Desvantagens do sistema:

• Aquecimento longo - ótima instalação em casas destinadas a residência permanente. Em casas de campo, que são visitadas no inverno nos fins de semana, esse dispositivo não será útil.
• Custo alto - custam quase o mesmo que uma caldeira, e às vezes mais.
• Dimensões e peso significativos - por isso, surgem certas dificuldades durante o transporte e a instalação. Além disso, um acumulador de calor destinado ao aquecimento é instalado nas imediações da caldeira, equipamentos adicionais devem ser colocados lá, portanto, muitas vezes é necessário reservar uma sala especial para a instalação de dispositivos e prepará-lo de forma especial: equipar uma plataforma de suporte que possa suportar o peso do inversor. Quando cheio, o tanque pode pesar 3-4.
• É necessária uma caldeira de alta potência - a compra de um dispositivo de armazenamento justifica-se se a energia da caldeira não for totalmente utilizada, há pelo menos uma reserva de energia dupla, caso contrário o dispositivo ficará ocioso.

Ao fazer um acumulador de calor com suas próprias mãos, você poderá economizar uma quantidade significativa. O design mais simples é feito de um cilindro de aço inoxidável ou mesmo uma folha de aço inoxidável com espessura de pelo menos 3 mm. Você também precisará de um tubo de cobre com 3 cm de diâmetro e 14 m de comprimento, que é dobrado em espiral e colocado dentro do tanque. Do fundo fazem o abastecimento de água fria, de cima de uma torneira para água quente, instalam torneiras nas torneiras. É imperativo isolar um acumulador de calor de fabricação própria para uma caldeira de combustível sólido, caso contrário, ele será ineficaz. Também é necessário instalar sensores de pressão e temperatura.

Se você não consegue soldar um recipiente cilíndrico, pode fazer um acumulador de calor para aquecimento em forma de paralelepípedo - é mais fácil fazer um reservatório dessa forma com as próprias mãos. Os cantos são reforçados adicionalmente, pelo lado de fora complementam a estrutura com reforços - são soldados a uma distância de 30-35 cm entre si. A relação entre o diâmetro e a altura do dispositivo é de 1: 3 (4).

Critério de seleção

É necessário selecionar um acumulador de calor de acordo com cálculos precisos, levando em consideração os parâmetros do sistema de aquecimento doméstico. No entanto, além dos valores calculados, as características gerais dos dispositivos de armazenamento de calor são levadas em consideração.

• Pressão do sistema de aquecimento. De acordo com este parâmetro, o acumulador de calor deve corresponder ao sistema de aquecimento. Em qualquer caso, o valor pode ser maior, mas não menor. A pressão que o dispositivo de armazenamento pode suportar depende da espessura da parede, do formato do tanque e do material de fabricação. Os acumuladores de calor para caldeiras com capacidade superior a 4 bar possuem uma tampa superior e inferior convexa.
• O volume do tanque tampão. Este parâmetro é considerado o mais importante e eles tentam escolher uma capacidade de tal volume para que a unidade possa acumular todo o calor excedente. Mas, ao mesmo tempo, um dispositivo desnecessariamente volumoso não é necessário.
• Dimensões externas e peso.As questões de transporte e colocação dos equipamentos terão que ser resolvidas, então tudo deve ser calculado com cuidado: se o tanque vai passar pela porta, se as sobreposições resistirão quando o tanque estiver totalmente cheio de água.
• Equipado com trocadores de calor adicionais. Eles permitem otimizar ainda mais o funcionamento do sistema. Os modelos são selecionados de acordo com a complexidade de todo o sistema.
• Possibilidade de instalação de dispositivos adicionais. Junto com a área de transferência da bateria, elementos de aquecimento adicionais, sensores e controladores de temperatura são instalados. Se todos os elementos do sistema forem selecionados corretamente, o consumo de combustível pode ser reduzido pela metade.

Os tanques são feitos de aço carbono ou aço inoxidável. Os últimos são mais caros e duram mais, e os primeiros devem ter um revestimento anticorrosivo. Você precisa ter certeza de sua qualidade.

Cálculo do volume do tanque tampão da caldeira

O volume do tanque tampão é normalmente calculado de forma que, durante a combustão de uma carga de combustível, o acumulador de calor retenha todo o calor gerado pela caldeira. Você pode fazer independentemente apenas cálculos aproximados que não levam em consideração a perda de calor dos radiadores de aquecimento e o efeito da temperatura do ar na sala. A fórmula básica para calcular o volume de um acumulador de calor:

W = k × m × s × ΔtOnde

• C - quantidade excessiva de calor;
• m - a massa do líquido;
• a partir de - capacidade térmica do refrigerante;
• Δt - o número de graus em que você precisa para aquecer o refrigerante;
• k - eficiência da caldeira.

A partir daqui, você precisa calcular a massa do refrigerante:m = W / (k × s × Δt).

Como C é definida como a diferença entre os valores da energia gerada pela caldeira e gasta no aquecimento da casa, sendo também necessário esclarecê-los e o tempo de queima do abastecimento de combustível. Se a potência da caldeira constar do passaporte do aparelho, deve-se calcular o consumo de energia térmica para aquecimento. O tempo de queima do combustível é determinado empiricamente. Digamos que sejam 3 horas, mas o aquecimento da casa requer 10 kW / h. Isso significa que em 3 horas ele será gasto:10 × 3 = 30 kW.

A produção de calor por uma caldeira de 22 kW / h é:22 × 3 = 66 kW.

Com base nos resultados do cálculo, o excesso de calor será:W = 66 - 30 = 36 kW. Nós traduzimos em watts, obtemos 36.000 watts.

Usando a fórmula m = W / (k × s × Δt), determinamos o valor desejado da massa de água. A eficiência é indicada no passaporte como uma porcentagem. Este valor deve ser convertido em decimal dividindo por 100. Por exemplo, 80/100 = 0,8... A capacidade de calor da água é 4,19 kJ / kg × ° С ou 1,164 W × h / kg × ° С ou 1,16 kW / m³ × ° С.

Δt é determinado medindo a temperatura dos tubos de alimentação e retorno, subtraindo o valor mais baixo do maior. Por exemplo:Δt = 88 - 58 = 30 ° C.Desta maneira,m = 36000 / (0,8 × 1,164 × 30) = 1 288,7 kg.

Para armazenar toda a energia excedente gerada pela caldeira, será necessário um recipiente com volume mínimo de 1.288,7 m3. O acumulador de calor Jaspi GTV Teknik 1500 HP é adequado. Com valores de cálculo mais modestos, você pode se limitar a um tanque, por exemplo, 750 litros.

Métodos e diagramas de conexão DIY

A complexidade e os recursos da conexão dependem do tipo de dispositivo de armazenamento de calor. Portanto, você deve descobrir o que são.

• O design mais simples é um tanque vazio dentro. A caldeira e os consumidores estão conectados diretamente. O uso é ideal se o mesmo refrigerante for usado em todos os circuitos, a pressão no sistema não exceder os valores permitidos do tanque de armazenamento e a temperatura do refrigerante fornecido pela caldeira não exceder os valores permitidos para o circuito de aquecimento. Se os dois primeiros requisitos não forem atendidos, ao conectar ao sistema, você deve usar trocadores de calor externos adicionais. Neste último caso, conjuntos de mistura com válvulas de três vias devem ser instalados.
• Tanque tampão com trocador de calor interno - um ou mais.O trocador de calor é um tubo em espiral feito de cobre ou aço inoxidável. Em tal meio de armazenamento, o refrigerante é misturado. A bobina, localizada na parte inferior, aquece o refrigerante, a água quente sobe menos densa. No topo está outra bobina que pega energia e a leva para os circuitos de aquecimento. Um dispositivo deste tipo é ideal ao usar diferentes tipos de transportadores de calor, em alta pressão e temperatura do transportador de calor, conectando vários geradores de calor.
• Um tanque com um circuito de fluxo para o abastecimento de água quente. O trocador de calor está localizado principalmente na parte superior do tanque. Deve ser feito de metal que atenda aos requisitos de água para alimentos. Os circuitos são conectados diretamente. Esse sistema é preferível com um fluxo uniforme de água quente.
• Acumulador de calor com caldeira interna. O tanque de armazenamento armazena água aquecida para consumo doméstico. Este tipo de acumulador de calor pode ser facilmente integrado em sistemas de aquecimento abertos e fechados equipados com combustível sólido, caldeiras elétricas e coletores solares. Os tanques tampão deste tipo são especialmente relevantes no uso de caldeiras elétricas, quando o refrigerante é aquecido à noite e a água é consumida durante o dia. Uma caldeira de 150 litros é suficiente para o consumo diário de água de uma família média.

Existem vários tubos de saída do acumulador de calor destinados ao sistema de aquecimento, e estão localizados ao longo do tanque na vertical, pois existe um gradiente de temperatura ao longo da altura. Isso é feito para poder conectar circuitos com diferentes requisitos para a temperatura do refrigerante, para reduzir a carga nos controladores de temperatura. Como resultado, a energia térmica é usada da forma mais eficiente possível.

Outros tipos de sistemas:

1. O esquema de cintagem mais simples, limitando as possibilidades de ajuste. A água quente sobe e é retirada do ponto superior, após o resfriamento desce e entra novamente na caldeira. É utilizado quando a pressão e a temperatura no gerador de calor e nos circuitos de aquecimento são iguais. A temperatura é controlada apenas aumentando / diminuindo o fluxo do portador de calor.
2. O sistema contém unidades de mistura, contorna, portanto, uma regulação mais precisa da temperatura do refrigerante é possível. A eficiência do equipamento é alcançada instalando, por exemplo, válvulas de três vias.
3. Um tanque adicional está incluso no sistema, para que uma pequena quantidade de água quente esteja disponível imediatamente após o início da caldeira. O consumidor não precisa esperar que o sistema aqueça completamente, mas o abastecimento de água não é grande e o sistema aquece mais lentamente do que o clássico.
4. Dentro do tanque tampão existe uma bobina, pela qual passa a energia térmica da fonte, e já da bobina é aquecido o refrigerante do acumulador de calor. Em um sistema desse tipo, diferentes fluidos de transferência de calor são usados. Você pode escolher aqueles que não podem ser misturados devido à incompatibilidade de características químicas. Por meio da bobina, você pode fornecer aquecimento ou água quente, ou o refrigerante da fonte circulará por este círculo.
5. Um trocador de calor externo adicional é instalado no sistema. Ele permite que você mantenha a temperatura desejada na bateria.
6. Sistema com circuito de água quente corrente. É ideal se a água quente for usada uniformemente. Caso contrário, recomenda-se adquirir um acumulador de energia com caldeira incorporada.
7. Sistema de bobina única com conexão a uma fonte de energia alternativa, como um coletor solar. É chamado de bivalente. A ligação é efectuada de forma a que o colector desempenhe um papel preponderante no aquecimento do sistema e a caldeira é ligada quando não existe energia calorífica suficiente.
8. Sistema multivalente, onde o aquecimento principal é efectuado por fontes de baixa temperatura, como um colector solar e uma bomba de calor subterrânea. Eles são conectados na parte inferior do acumulador de calor. Uma caldeira de alta temperatura é usada como fonte auxiliar de energia térmica.

Na presença de vários circuitos de aquecimento e fontes de energia térmica, um sistema ramificado complexo é formado com muitos equipamentos de regulação adicionais, sensores, grupos de segurança. Recomenda-se confiar seu projeto a profissionais, pois serão necessários cálculos de alta precisão.

Cinta do acumulador para calor

O recipiente deve ser bem isolado. Se for um dispositivo de armazenamento de calor disponível no mercado, a espessura e a qualidade do isolamento externo devem ser avaliadas. Quanto melhor e mais espesso for o isolador de calor, mais tempo permanecerá o calor. Devido à estrutura especial do isolador de calor, o acumulador de calor funciona como uma garrafa térmica. A espessura do isolamento térmico nos modelos de alta qualidade é de cerca de 10 cm. Cobre o corpo pintado com tinta resistente ao calor. No topo do isolamento térmico há uma camada de couro sintético. O isolamento é realizado isoladamente da mesma forma. Primeiro, o tanque é pintado com tinta resistente a altas temperaturas, depois é isolado com lã de basalto com espessura de pelo menos 150 mm, e o topo é coberto com papel alumínio.