Буферная емкость для теплового насоса

Ведущий специалист
Чермонов Алмаз
+7 (495) 229-85-86 (доб. 244)

Буферная ёмкость для теплового насоса

В силу специфики режимов работы, отопительные системы с применением теплового насоса должны отвечать определенным требования по минимальному расходу и объему теплоносителя. Кроме того, для тепловых насосов типа воздух/вода должно быть запасено достаточное количество тепла для режима разморозки испарителя.

Для выполнения этих условий возможны два варианта реализации системы холодо-тепло снабжения с тепловым насосом:

• Система имеет достаточный объем теплоносителя без применения регулировочной арматуры (термоголовки, или клапаны расхода)
• Наличие буферной ёмкости для теплового насоса

«Прямая система» — без применения буферной ёмкости

Наименее затратным будет вариант теплонасосной системы без установки буферной ёмкости, так называемая «прямая система». Такой вариант подойдет, если в качестве отопительных приборов применяются только системы теплых полов (теплых стен) с большой емкостью отопительной воды.

Система без применения буферной ёмкости

Однако существует одно условие — в такой системе не должны присутствовать термоголовки, регуляторы протока и т.д., а наличие перепускного клапана обязательно.

Такая отопительная система требует детального и сложного проектирования по гидравлике, поскольку все контуры теплого пола должны быть равны между собой по сопротивлению. Трубы подачи и обратки в отопительных контурах должны быть точно рассчитаны для обеспечения минимального требуемого протока теплоносителя в соответствии с параметрами теплового насоса.

Кроме того, в системах с воздушными тепловыми насосами могут возникать нехватки тепла при включении режима разморозки испарителя. Это, в свою очередь, может приводить к снижению комфорта.

Установка буферной емкости с тепловым насосом

В более сложных системах отопления с различными отопительными приборами и наличием смесительных клапанов, регуляторов протока и термоголовками следует устанавливать буферную ёмкость. Установка бака может являться одним из требований производителя для уменьшения количество пусков компрессора.

Схема с параллельным подключением буферного бака

Большинство систем реализуются с параллельно подключенным буферным баком. Объем буфера рассчитывается относительно мощности теплового насоса. Многие производители указывает в технической документации, что минимальный объем ёмкости должен быть не менее 25 литров на 1 кВт мощности теплового насоса.

Параллельное подключение буфера

Подключение буферной ёмкости решает основные проблемы, связанные с интеграцией теплового насоса в системе отопления. Однако у такой схемы есть один существенный недостаток, связанный с необходимостью поддержания постоянной температуры в буфере. При этом возникают нежелательные тепловые потери, что может привести к снижению эффективности теплового насоса на 5%.

Комбинированная схема подключения теплового насоса и буферного бака

Наиболее оптимальным вариантом является применение схемы сочетающей в себе преимущества прямой системы и системы с буферной ёмкостью. Такое решение позволяет предотвратить излишние тепловые потери в буфере, в то же время сокращает количество пусков компрессора. В таком случае буфер служит для накопления избыточного тепла от теплового насоса и обеспечивает достаточным количеством тепла для функции разморозки для воздушного теплового насоса.

Комбинированное подключение буферной ёмкости

Важно чтобы диаметр трубы между буферным баком и тепловым насосом был больше чем в системе отопления а суммарный поток теплоносителя в отопительных контурах не превышал поток между буферной ёмкостью и тепловым насосом. Эта схема наиболее подходит там, где тепловой насос является основным источником тепла.

Схема с последовательно подключённым буферным баком

Схема с установкой буферного бака в контур отопления последовательно обычно используется в сочетании с воздушным тепловым насосом.

Последовательное включение буфера

Такая схема не требует установки дополнительного датчика температуры в буфере. В таком случае буфер выполняет функцию аккумулятора тепла для обеспечения работы функции разморозки без потери комфорта в отапливаемом помещении.

Сергей Маринец

Автор – инженер по возобновляемым источникам энергии

Расчет теплоаккумулятора для теплового насоса

Теплоаккумулятор (по-другому буферная емкость) часто используется в системе с твердотопливным котлом и тепловым насосом. Он значительно расширяет возможности системы, позволяя экономить гораздо больше денег на топливе. Но чтобы он правильно функционировал и работал по максимуму, нужно верно рассчитать объем теплоаккумулятора. Давайте сейчас этим и займемся.

Зачем устанавливать буферную емкость в систему теплового насоса?

Теплоаккумулятор – это устройство, чаще всего выполненное в форме бака, которое накапливает в себе излишки тепла. Накопленное тепло хранится в буферной емкости до тех пор, пока не понадобится использовать его. Эти ситуации возникают, когда источник тепла, например котел, перестает функционировать или снижает количество выполняемой работы.

Отопительные системы, в которых предусмотрен монтаж теплового насоса, отвечают определенным требованиям. Сейчас нас интересует требования по минимальному расходу и объему теплоносителя. А помогает соблюдать вышеуказанное требование как раз буферная емкость, для которой важно правильно рассчитать объем. Помимо этого теплоаккумулятор выполняет следующие функции:

• повышает КПД (коэффициент полезного действия) теплонасоса;
• позволяет использовать сразу несколько теплогенераторов, например от солнечного коллектора и от теплового насоса;
• позволяет направлять тепло сразу на несколько целей, например теплый пол, радиаторы и так далее;
• если встроить ГВС в теплоаккумулятор – дом можно обеспечить горячей чистой водой;
• выравнивает давление;
• удаляет лишний воздух из теплоносителя.

К тому же не стоит забывать о том, что периодически активизируется режим разморозки испарителя в тепловых насосах. В таких ситуациях ему требуется некоторое количество тепла, которое может запасти в себе буферная емкость. Это еще одна причина в копилку, почему следует установить буферную емкость.

Плюсы использования с тепловым насосом

• Уменьшает количество пусков компрессора;
• сохраняет максимальное количество энергии от каждой выработки тепла;
• позволяет накапливать тепло ночью (в это время электричество дешевле), а использовать его днем, тем самым можно экономить деньги на электроэнергии;
• обеспечивает тепловой насос энергией для разморозки;
• предусмотрен автоматизированный контроль безопасности;
• запрограммирована функция поэтажного регулирования уровня тепла или на несколько зданий, например баню и дом.

Минусы использования с тепловым насосом

• размер теплоаккумулятора (емкость на 500 литров обладает диаметром 650 мм, а высотой 1900 мм);
• цена (она легко отбивается за несколько месяцев использования прибора);
• трудность монтажа (если вы в этом не разбираетесь, потребуется вызывать специалиста).

Как подобрать теплоаккумулятор для теплонасоса?

Правильный подбор буферной емкости обеспечит длительный срок эксплуатации и предотвратит тактование компрессора. В первую очередь следует обращать внимание на объем. Инженеры рекомендуют брать из соотношения 40 литров буферной емкости на 1 кВт теплогенератора. Например, на 10 кВт следует брать 400 литров объема.

Тепловую мощность, которую способен накопить теплоаккумулятор (измеряется в ваттах), рассчитывают по достаточно простой формуле: Q = m * cp * (T2 — T1), где:

• Q – тепловая мощность (Вт);
• m – масса вещества в буферной емкости (кг);
• cp – удельная теплоемкость вещества в теплоносителе (Дж/кг*С);
• T2 – конечная средняя температура носителя (°C);
• T1 – начальная средняя температура носителя (°C).

Если вам интересно, на какое количество времени будет хватать тепла от буферной емкости, рекомендуем воспользоваться следующей формулой: t = Q/теплопотери. Q берется из расчета в предыдущей формуле, а теплопотери зависят от количества потребляемого тепла в вашем доме.

На примере все будет гораздо проще. Допустим, m = 1000 кг, T2 = 70 °C, T1 = 35 °C. В качестве вещества мы будем использовать воду, а значит, cp = 4200 Дж/кг*С. Тогда Q = 1000 * 4200 * (70 — 35) = 147 МДж. Если перевести это значение в кВт, получится 40,8 кВт.

Теперь давайте посчитаем, на сколько времени хватит накопленного тепла. Допустим, площадь отапливаемой территории составляет 200 м 2 . Тогда в среднем буферная емкость будет терять 10 кВт*ч (это примерная цифра). Тогда t = 40,8/10 = 4 часа и примерно 5–6 минут.

Теперь просто вам нужно методом подбора рассчитать необходимый объем теплоаккумулятора. Сразу хотелось бы указать, что если вместо воды вы используете антифриз, то cp = 3800 Дж/кг*С. Эти формулы достаточно просты, но если возникли трудности, можете позвонить нам, менеджер ответит на все вопросы и поможет вам.

Резюмируя

При выборе буферной емкости крайне важно правильно рассчитать ее емкость. От этого будет зависеть срок эксплуатации всей системы, КПД и ее эффективность. Вы в любой момент можете написать или позвонить в нашу компанию. Наши менеджеры помогут и ответят на все ваши вопросы. Мы будем рады сотрудничать с вами.

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла и выполнить его обвязку

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
3. Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

• тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
• мощность котла отопления;
• предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
• m – масса воды в резервуаре, кг;
• Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
• 163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

1. При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
2. Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Емкости для теплового насоса буферные в Москве

Теплоаккумулятор (буферная емкость) Hajdu AQ PT 1000 с.

Буферная емкость Sunsystem PS 200

Буферная ёмкость Drazice NADO 300/20 v6

Буферный накопитель Drazice NAD 1000 v2 без теплоизоляц.

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT CF – 50.

Теплоаккумулятор S-Tank серии HFWT -750

Буферная емкость PR1000 I с одним теплообменником и изо.

Теплоаккумулятор Hajdu AQ PT 500 без теплообменника

Буферная емкость для системы отопления Hajdu AQ PT – 10.

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ PRESTIGE -1000

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ AT-300

Буферная ёмкость Hajdu AQ PT 1000 C2 без изоляции

Буферная емкость с теплообменником Sunsystem PR 800

Теплонакопитель Nibe BU 100-8

Буферная ёмкость Drazice NADO 300/20 v6

Бак-накопитель теплового насоса Electrolux ESVMT-SF-HP-.

Буферная емкость с теплообменником Sunsystem PR 1000

Буферный накопитель SUNSYSTEM P 300

тепловой насос FAIRLAND AHP13AS

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ AT-1000

Буферный накопитель HAJDU PT 1000

Буферная емкость SUNSYSTEM P 1000

Буферная емкость Sunsystem P 1000

Буферная емкость Drazice NAD 750 v2

Буферная ёмкость AQ PT 500 без изоляции

Теплоизоляция Drazice для буферной емкости NAD 1000 v2

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT CF – 75.

Бак-накопитель теплового насоса Electrolux ESVMT-SF-HP-.

Буферная ёмкость AQ PT 1000 без изоляции

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT CF – 10.

Буферный накопитель SUNSYSTEM PR2 500

тепловой насос FAIRLAND IPHC35

Буферная емкость Vaillant allSTOR plus VPS 800/3-5

тепловой насос Brilix XHPFD 100

тепловой насос Mountfield BP-50WS-C

Теплоаккумулятор Drazice серии NAD 500 V2

Буферная емкость Hajdu PT – 300л.

Теплоаккумулятор Hajdu серии AQ PT6 500 без изоляции

Теплонакопитель HAJDU AQ PT6 1000

Буферная емкость Austria Email PSR 1000

Буферная емкость S-TANK AT 300 л

Буферная емкость для системы отопления Hajdu PT С – 100.

Буферная емкость Drazice NAD 500 v2

Буферная емкость OSO 50R 100

Теплоаккумулятор S-Tank серии HFWT DUO -300

Теплоаккумулятор (буферная емкость) Hajdu AQ PT 500 с и.

Теплоаккумулятор Hajdu PT 300 буферный накопитель

Буферная ёмкость Hajdu AQ PT 750 без изоляции

Буферная ёмкость NADO 1000/200 v1

Теплоаккумулятор Hajdu AQ PT 750

тепловой насос Mountfield BP-120HS

Теплоаккумулятор S-Tank серии АТ PRESTIGE -500

Теплоаккумулятор S-Tank серии HFWT DUO -300

Оценка статьи:

Загрузка...

Сохранить себе в: