Cálculo e conexão de um acumulador de calor para uma caldeira de combustível sólido

As caldeiras a combustível sólido não podem operar por muito tempo sem a intervenção de uma pessoa que deve periodicamente carregar lenha na fornalha. Se isso não for feito, o sistema começará a esfriar e a temperatura na casa cairá. Em caso de queda de energia quando o forno está completamente queimado, existe o perigo de fervura do líquido refrigerante da camisa da unidade e sua posterior destruição. Todos esses problemas podem ser resolvidos com a instalação de um acumulador de calor para aquecimento de caldeiras. Também poderá desempenhar a função de proteger as instalações de ferro fundido contra rachaduras em caso de queda brusca da temperatura da água de abastecimento.

Conectando uma caldeira de combustível sólido com um acumulador de calor

Cálculo da capacidade tampão da caldeira

O papel do acumulador de calor no esquema geral de aquecimento é o seguinte: durante o funcionamento da caldeira em modo normal, acumula energia térmica e, após o esgotamento da fornalha, dá-a aos radiadores por um determinado período de tempo. Estruturalmente, o acumulador de calor para uma caldeira de combustível sólido é um tanque de água isolado com uma capacidade estimada. Pode ser instalado tanto na sala de combustão como em uma divisão separada da casa. Não faz sentido colocar tal tanque na rua, pois a água nele esfriará muito mais rápido do que dentro do prédio.

Conectando um acumulador de calor a uma caldeira de combustível sólido

Dada a disponibilidade de espaço livre na casa, o cálculo do acumulador de calor para uma caldeira de combustível sólido na prática é feito da seguinte forma: a capacidade do tanque é retirada da proporção de 25-50 litros de água por 1 kW de energia necessária para aquecer a casa... Para um cálculo mais preciso da capacidade tampão da caldeira, presume-se que a água no tanque aquece durante a operação da planta da caldeira a 90 ⁰С e, após desligar esta última, irá liberar calor e resfriar a 50 ⁰С. Para uma diferença de temperatura de 40 ° C, os valores do calor emitido para diferentes volumes do tanque são apresentados na tabela.

Tabela de valores do calor fornecido para diferentes volumes do tanque

Volume do acumulador de calor, m3	0.35	0.5	0.8	1	1.5	2	3	3.5
A quantidade de calor emitida a uma diferença de temperatura de 40 ⁰С, kW / h	20	30	45	58	85	115	170	210

Mesmo que haja espaço para uma grande capacidade em um edifício, isso nem sempre faz sentido. Deve-se lembrar que uma grande quantidade de água precisará ser aquecida, então a potência da própria caldeira deve inicialmente ser 2 vezes mais do que o necessário para aquecer a residência. Um tanque muito pequeno não desempenhará sua função, pois não será capaz de armazenar calor suficiente.

Cálculo da capacidade do acumulador de calor

A metodologia de cálculo pode ser diferente dependendo do esquema de aplicação. Aqui está um gráfico de cálculo aproximado:

1. Determinação da carga máxima de combustível. Por exemplo, a fornalha comporta 20 kg de lenha. 1 kg de lenha é capaz de liberar 3,5 kWh de energia. Assim, ao queimar um marcador de lenha, a caldeira dará 20 3,5 = 70 kWh de calor. O tempo que leva para um marcador completo ser gravado pode ser determinado empiricamente ou calculado. Se a potência da caldeira for, por exemplo, 25 kW 70: 25 = 2,8 h.
2. Temperatura do portador de calor no sistema de aquecimento. Se o sistema já estiver instalado, basta medir a temperatura na entrada e na saída e determinar a perda de calor.
3. Determinação da frequência de download desejada. Por exemplo, o carregamento é possível de manhã e à noite, mas não é possível fazer a manutenção da caldeira durante o dia e à noite.

Cálculo do acumulador de calor

Se, por uma hora, a perda de calor de uma sala, por exemplo, for de 6,7 kW, então por dia será de 160 kW. Neste exemplo, isso é um pouco mais do que dois abastecimentos de combustível.Como foi definido acima, uma guia de lenha queima por cerca de 3 horas, liberando 70 kWh de energia térmica.

A necessidade de aquecimento da casa é de 6,7 3 = 20,1 kWh, a reserva do acumulador será de 70-20,1 = 49,9, ou seja, aproximadamente 50 kWh. Essa energia será suficiente por um período de 50: 6,7 - isso é cerca de 7 horas, o que significa que são necessários dois lanches completos e um incompleto por dia.

Com base nestes cálculos, tendo considerado várias opções, vamos parar por aqui: às 23 horas, faz-se um carregamento incompleto, às 6h00 e às 18h00 - cheio. Se você desenhar um gráfico do nível de carga do acumulador de calor, poderá ver que a carga máxima cai em 60 kWh às 9h.

Como 1 kWh = 3600 kJ, a reserva deve ser 60 3600 = 216000 kJ de energia térmica. A reserva de temperatura (a diferença entre o indicador máximo de água e a vazão necessária) é 95-57 = 38 ° С. Capacidade térmica da água 4,187 kJ. Assim, 216000 / (4,18738) = 1350 kg. Neste caso, o volume necessário do acumulador de calor será de 1,35 m3.

O exemplo considerado dá uma ideia geral de como a capacidade do tanque de armazenamento é calculada. Em cada caso, é necessário levar em consideração as peculiaridades do sistema de aquecimento e as condições de seu funcionamento.

Características de instalação de um acumulador de calor

Antes de instalar o equipamento, deve-se traçar um projeto detalhado. É necessário levar em consideração todos os requisitos dos fabricantes de equipamentos de aquecimento. Ao instalar o tanque de armazenamento, as seguintes regras devem ser observadas:

• A superfície do recipiente deve ter um isolamento térmico confiável.
• Termômetros devem ser instalados na entrada e na saída para monitorar a temperatura da água.
• Na maioria das vezes, os tanques volumétricos não cabem na porta. Se não for possível trazer o tanque antes do final da construção, você terá que usar uma versão dobrável ou vários tanques menores.
• Um filtro grosso é desejável no tubo de entrada.
• Uma válvula de segurança e um manômetro devem ser instalados perto do tanque. Também deve haver uma válvula de ventilação no próprio tanque.
• Deve ser possível drenar a água do tanque.

Conselho! Muitas vezes, a presença de um acumulador de calor é um pré-requisito para uma garantia por parte do fabricante de uma caldeira a combustível sólido.

A utilização de um acumulador de calor em um sistema com caldeira a combustível sólido aumenta a eficiência do gerador de calor e sua vida útil, além de permitir um consumo de combustível mais econômico. A possibilidade de carregamento menos frequente de combustível torna o uso da caldeira de aquecimento mais conveniente para o consumidor. O cálculo da capacidade necessária do acumulador deve ter em consideração o tipo de caldeira, as características do sistema de aquecimento e as condições do seu funcionamento.

Recomendações de seleção

A seleção de um acumulador de calor para uma caldeira de combustível sólido é influenciada pela presença de espaço livre na sala. Na compra de um grande tanque de armazenamento, será necessário prever um dispositivo de fundação, uma vez que equipamentos com massa significativa não podem ser colocados em pisos comuns. Se, pelo cálculo, for necessário um tanque com volume de 1 m3, e não houver espaço suficiente para a sua instalação, pode-se adquirir 2 produtos de 0,5 m3 cada, colocando-os em locais diferentes.

Acumulador de calor para caldeira de combustível sólido

Outro ponto é a presença de sistema de AQS na residência. No caso de a caldeira não possuir circuito próprio de aquecimento de água, é possível adquirir um acumulador de calor com este circuito. Não é pequena a importância do valor da pressão de trabalho no sistema de aquecimento, que tradicionalmente não deve exceder 3 bar em edifícios residenciais. Em alguns casos, a pressão chega a 4 bar, se uma unidade doméstica potente for usada como fonte de calor. Em seguida, o acumulador de calor para o sistema de aquecimento terá que ser escolhido em um design especial - com uma tampa torisférica.

Alguns acumuladores de água quente de fábrica são equipados com um elemento de aquecimento elétrico instalado na parte superior do tanque. Tal solução técnica não permitirá que o refrigerante resfrie completamente após a parada da caldeira, a zona superior do tanque será aquecida. O abastecimento de água quente sanitária funcionará.

Circuito de comutação simples com mistura

O dispositivo de armazenamento pode ser incluído no sistema de diferentes maneiras. A tubulação mais simples de uma caldeira de combustível sólido com acumulador de calor é adequada para trabalhar com sistemas de abastecimento de refrigerante gravitacional e funcionará em caso de queda de energia. Para isso, o tanque deve ser instalado acima dos radiadores de aquecimento. O circuito inclui uma bomba de circulação, uma válvula termostática de três vias e uma válvula de retenção. No início do ciclo de aquecimento, a água impulsionada pela bomba flui através da linha de abastecimento da fonte de calor através da válvula de três vias para os aquecedores. Isso continua até que a temperatura de fluxo alcance um certo valor, por exemplo 60 ° C.

Acumulador de calor para caldeiras de aquecimento

A esta temperatura, a válvula começa a misturar água fria no sistema a partir do ramal inferior do tanque, observando a temperatura configurada de 60 ⁰С na saída. A água aquecida começará a fluir para o tanque através do tubo do ramal superior, conectado diretamente à caldeira, e a bateria começará a carregar. Com a combustão completa da lenha na fornalha, a temperatura no tubo de alimentação começará a cair. Quando cai abaixo de 60 ° C, o termostato corta gradualmente o fornecimento da fonte de calor e abre o fluxo de água do tanque. Esta, por sua vez, será gradualmente preenchida com água fria da caldeira e ao final do ciclo a válvula de três vias retornará à sua posição original.

A válvula de retenção, conectada em paralelo com o termostato de três vias, é acionada quando a bomba de circulação é parada. Em seguida, a caldeira com o acumulador de calor funcionará diretamente, o refrigerante irá para os dispositivos de aquecimento diretamente do tanque, que será reabastecido com água da fonte de calor. Nesse caso, o termostato não participa do funcionamento do circuito.

Onde colocar a bomba de circulação

Na maioria dos esquemas de tubulação para um acumulador de calor com bomba de circulação, ele está localizado no tubo de retorno na frente da caldeira. Na linha de retorno - porque a temperatura é mais baixa aqui, mas você também pode colocar na ração. As bombas modernas são projetadas para bombear refrigerante até 110 ° C, para que se sintam bem ali. O segundo ponto: quando instalada na alimentação, a bomba não criará pressão adicional no trocador de calor, o que prolongará sua vida útil.

Em qualquer caso, ao instalar uma bomba de circulação na alimentação ou retorno, não há possibilidade de circulação natural. Ou seja, em caso de queda de energia, a circulação irá parar, a caldeira irá inevitavelmente ferver. Para evitar isso, é instalada uma válvula de quatro vias, por meio da qual a água superaquecida é descarregada no esgoto e alimentada com água fria do abastecimento de água fria. Desta forma, o resfriamento de emergência do trocador de calor é organizado e a ebulição do refrigerante é evitada.

Uma das maneiras de evitar o superaquecimento do refrigerante na caldeira de aquecimento

Observe que este esquema só pode ser implementado em trocadores de calor de aço ou cobre. Com ferro fundido - é impossível. Eles podem explodir se expostos à água fria.

Existe outra maneira. É mais suave em relação ao trocador de calor (também adequado para ferro fundido) e requer menos materiais. Pode-se fazer uma tubulação entre a caldeira e o acumulador de calor para aquecimento de forma a manter a circulação natural. Neste caso, quando a alimentação for cortada, a caldeira não irá ferver - ela continuará a aquecer a água do recipiente.

Para preservar a circulação natural do refrigerante, a bomba é colocada em um circuito separado e especialmente criado. Para que o circuito funcione, uma grande válvula de retenção em forma de pétala de seção transversal é instalada no circuito.

Dessa forma, a circulação natural é mantida mesmo na ausência de fonte de alimentação

Quando a bomba de circulação não está funcionando, ela passa o fluxo do transportador de calor do TA. Quando a bomba de circulação está operando, ela sustenta a válvula com sua pressão e o refrigerante flui através da bomba. Um tubo de pelo menos uma polegada de diâmetro vai para a bomba. Somente neste caso a circulação natural pode ser preservada.

Esquema de separação hidráulica

Outro esquema de conexão mais complexo, implica um fornecimento ininterrupto de eletricidade. Se isso não for possível, será necessário fornecer a conexão à rede por meio de uma fonte de alimentação ininterrupta. Outra opção é usar usinas a diesel ou a gasolina. No caso anterior, a ligação do acumulador de calor à caldeira de combustível sólido era independente, ou seja, o sistema poderia funcionar separadamente do tanque. Neste esquema, o acumulador atua como um tanque pulmão (separador hidráulico). Uma unidade especial de mistura (LADDOMAT) é construída no circuito primário através do qual a água circula quando a caldeira é ligada.

Conectando um acumulador de calor a uma caldeira de combustível sólido

Elementos do bloco:

• Bomba de circulação;
• válvula termostática de três vias;
• válvula de retenção;
• sump;
• Válvulas de esfera;
• dispositivos de controle de temperatura.

Diferença do esquema anterior - todos os dispositivos são montados em um bloco, e o refrigerante vai para o tanque, e não para o sistema de aquecimento. O princípio de operação da unidade de agitação permanece inalterado. Essa tubulação de uma caldeira de combustível sólido com um acumulador de calor permite que você conecte quantos ramais de aquecimento desejar na saída do tanque. Por exemplo, para alimentar radiadores e sistemas de aquecimento de piso ou ar. Além disso, cada filial possui sua própria bomba de circulação. Todos os circuitos são separados hidraulicamente, o excesso de calor da fonte é acumulado no tanque e usado quando necessário.

Conectando o TA aos consumidores

Por outro lado, o acumulador de calor deve ser conectado ao sistema de aquecimento. Se conectarmos apenas radiadores, tudo é simples - de uma das saídas superiores, um tubo vai para a tubulação de abastecimento, conectamos o tubo de retorno ao inferior. Mas, neste caso, os radiadores podem superaquecer. Quando a água no tanque é aquecida a temperaturas acima de 60 ° C, pode ser perigoso, e a temperatura pode chegar a 90 ° C ou até mais. Ao tocar em tais radiadores quentes, há uma grande probabilidade de ocorrer uma queimadura grave. Além disso, a sala estará claramente quente.

Conectando radiadores

Para evitar a alimentação de um transportador de calor muito quente, instale outra válvula misturadora de três vias. O circuito funciona da mesma forma que o descrito acima. Ajustamos a temperatura necessária no regulador, por exemplo, 50 ° C. Assim que o refrigerante no suprimento estiver quente, a válvula abrirá a mistura de água do retorno.

Um dos benefícios de instalar um acumulador de calor é a capacidade de preparar AQS no mesmo recipiente (foto do meio na figura abaixo). Para isso, um trocador de calor ou recipiente é embutido no tanque. Sua saída é conectada a um pente de abastecimento de água quente.

Esquemas de tubulação do tanque tampão do lado do sistema de aquecimento

Uma vez que o superaquecimento também é possível neste caso, uma unidade de mistura também é necessária aqui. Você só precisa adicionar água fria da torneira. Esta unidade é implementada usando outra válvula misturadora de três vias. A saída do abastecimento de água fria é conectada a uma válvula misturadora de água quente de três vias. Para que, na ausência de análise de água quente, ela não caia no pente de água fria, colocamos uma válvula de retenção na linha de abastecimento de água fria.

Este esquema de tubulação do acumulador de calor tem uma desvantagem significativa: quando a água quente não é usada, a água nos tubos esfria. Para "esquentar", você tem que despejar o resfriado apenas no esgoto. Isso é inconveniente porque você tem que esperar e não é econômico.Para resolver o problema, uma linha de retorno é puxada do último ponto de análise, no qual sua bomba de circulação está instalada. Este circuito é denominado recirculação. Até que a torneira seja aberta em qualquer lugar, a água corre em um círculo. Assim, a água quente é constantemente retirada de todas as torneiras. Preste atenção na instalação de válvulas de retenção - elas são obrigatórias para o funcionamento do circuito.

Tubulação do acumulador de calor para aquecimento individual com todos os elementos e acessórios funcionais

Para o estudo final do esquema, também é necessário estipular o local de instalação das ferragens. São saídas de ar automáticas instaladas nos pontos mais altos do sistema. Torneiras também são necessárias. Eles são instalados próximos a cada grande unidade funcional para que, se necessário, você possa fechar as torneiras e retirar o equipamento para reparo ou manutenção.

Como energizar um piso de água quente

Um piso quente pode muito bem ser conectado a um acumulador de calor. A tubulação neste caso não é diferente do caso com radiadores. Precisamos da mesma unidade de mistura com uma válvula de mistura de três vias, mas deve ser ajustada para uma temperatura mais baixa - não superior a + 40 ° C. Neste caso, pode ligar um pavimento radiante sem misturador - a temperatura deve ser controlada à saída da caldeira. Mas você pode jogar pelo seguro - coloque uma segunda unidade de mistura no coletor de distribuição do piso radiante.

Tubulação de armazenamento de calor com piso de água quente (em um circuito verde)

Há também uma segunda opção para canalizar um acumulador de calor com um piso quente - forneça a mesma temperatura do refrigerante que vai para os radiadores. A unidade de mistura irá baixá-lo. O aborrecimento e os custos são menores (apenas os tees são necessários para derivar da linha principal), mas a confiabilidade dessa solução é menor. Porém, este equipamento lida com o refrigerante fornecido por uma caldeira comum.

O acumulador de calor é uma unidade para coletar e aumentar o calor para uso posterior. O aparelho é utilizado em residências, apartamentos, empresas e também para pré-aquecimento de motores. O acumulador de calor para o sistema de aquecimento permite reduzir os custos de energia para aquecimento ambiente e abastecimento de água quente. As unidades são instaladas na tubulação de uma caldeira de combustível sólido ou conectadas ao sistema solar.

O trabalho de uma caldeira de combustível sólido no sistema de aquecimento é uma certa ciclicidade. Primeiro, o combustível é colocado nele, acendido e então a caldeira gradualmente atinge sua potência máxima e transfere a energia térmica através do refrigerante para o sistema de aquecimento.

O marcador de lenha queima gradualmente, a transferência de calor diminui e o refrigerante esfria. Durante o período de pico de potência, parte da energia térmica permanece não reclamada, e durante a pós-combustão do combustível, pelo contrário, não será suficiente. Para repetir o ciclo, o combustível sólido deve ser carregado novamente.

Vantagens e desvantagens

Um sistema de aquecimento com acumulador de calor, no qual uma usina de combustível sólido atua como fonte de calor, tem muitas vantagens:

• Melhorar as condições de conforto na casa, pois depois de queimado o combustível, o sistema de aquecimento continua a aquecer a casa com água quente do reservatório. Não há necessidade de se levantar no meio da noite e colocar uma porção de lenha na fornalha.
• A presença de um recipiente protege a camisa de água da caldeira de fervura e destruição. Se a eletricidade for cortada repentinamente ou as cabeças termostáticas instaladas nos radiadores cortarem o refrigerante devido ao alcance da temperatura desejada, a fonte de calor irá aquecer a água no tanque. Durante esse tempo, o fornecimento de energia elétrica pode ser retomado ou o gerador a diesel será acionado.
• O fornecimento de água fria da tubulação de retorno para o trocador de calor de ferro fundido incandescente após uma partida repentina da bomba de circulação é excluído.
• Os acumuladores de calor podem ser usados ​​como divisores hidráulicos no sistema de aquecimento (setas hidráulicas). Isso torna independente o funcionamento de todas as ramificações do circuito, o que proporciona economia adicional de energia térmica.

O maior custo de instalação de todo o sistema e os requisitos para a colocação dos equipamentos são as únicas desvantagens do uso de tanques de armazenamento. No entanto, esses investimentos e inconvenientes serão acompanhados de custos operacionais mínimos a longo prazo.

Resolvendo o problema de condensação

Uma solução lógica para o problema de água muito fria no retorno é adicionar água quente do abastecimento. Isso é feito usando um jumper e uma válvula misturadora ajustável de três vias instalada no ramal. A válvula deve ser do tipo misturadora: quando a temperatura definida é atingida, começa a mover suavemente as válvulas nos dois tubos conectados. Assim, uma mudança de temperatura gradual e suave é obtida.

Tubulação do acumulador de calor: circuito adicional para misturar água quente no retorno

A água fria no retorno aparece em vários casos: durante a aceleração da caldeira, quando a água no acumulador de calor esfriou fortemente (após o tempo ocioso), e a caldeira está em funcionamento. Vamos dar uma olhada em como esse esquema de conexão do acumulador de calor funciona em ambos os casos. O movimento do refrigerante é mostrado nas ilustrações abaixo.

Até a caldeira aquecer, o refrigerante está completamente frio. Neste caso, a válvula de três vias fecha o fluxo de refrigerante para o TA e ele se move em um pequeno círculo (imagem abaixo, imagem superior esquerda). O aquecimento ocorre rapidamente, como há pouca água, o tempo para a formação da condensação é mínimo. A figura assume que a válvula de 3 vias está definida para 55 ° C. Até que a água no pequeno círculo alcance essa temperatura, ela circula nele.

Quando o transportador de calor no anel pequeno aquece até 55 ° C, a válvula desloca as abas e o acumulador de calor para aquecimento é ligado. Neste caso, três fluxos vão simultaneamente (a figura da direita na linha superior):

• pequeno, como na primeira foto;
• parte do refrigerante vai para o TA através da válvula;
• do TA ao longo da linha de retorno, através da válvula, para a bomba e para o trocador de calor da caldeira (terceiro círculo).