Sistemi di riscaldamento con accumulatori di calore

Sezioni dell’articolo

• Che cos’è un dispositivo di accumulo di calore
• Cosa offre l’installazione di un accumulatore di calore
• Criteri di selezione per un serbatoio di accumulo
• Calcolo dell’accumulatore di calore
• Caratteristiche di installazione e funzionamento

Esiste un modo per avvicinare la comodità dell’utilizzo di una caldaia a combustibile solido al comfort offerto dal riscaldamento a gas naturale. L’accumulatore di calore non solo riduce la frequenza di accensione, ma offre anche risparmi significativi nel riscaldamento elettrico con un sistema di pagamento multi-tariffario.

Che cos’è un dispositivo di accumulo di calore

Il compito di conservare l’energia termica è uno dei problemi più urgenti nel settore energetico mondiale. Innanzitutto, la sua soluzione è necessaria per ottimizzare il funzionamento dei sistemi di conversione dell’energia solare, ma lo stesso tipo di problema è presente anche nelle famiglie normali. Alcuni proprietari di case di campagna non sono attratti dall’idea di diventare un pompiere, mentre quelli che usano l’elettricità per il riscaldamento sono principalmente preoccupati per la riduzione dei costi.

Tutte queste attività possono essere risolte installando un accumulatore di calore, che accumula energia nella modalità di funzionamento attivo del riscaldatore e quindi lo trasferisce al sistema per un lungo periodo. Per evitare confusione, è necessario notare subito che i dispositivi di accumulo del calore sono di due tipi:

1. Accumulatori di calore magnesite installati in dispositivi di riscaldamento elettrici.
2. Serbatoi tampone con acqua: una sostanza naturale con la massima capacità termica.

Il primo tipo di accumulo di calore è noto da circa mezzo secolo e serve da sostituto dei convettori elettrici in cui è rilevante il pagamento multi-tariffa per l’elettricità. Il calore accumulato del guscio di magnesite è in grado di fornire dalle 8 alle 12 ore, riscaldando la casa durante il giorno senza consumare elettricità. Il principale svantaggio di tali accumulatori di calore è la necessità di un calcolo accurato della capacità termica individuale per ogni stanza, tenendo conto dell’inerzia delle strutture dell’edificio, della perdita di calore e del volume d’aria. Gli errori nei calcoli portano a una violazione del regime climatico e, di conseguenza, all’assoluta convenienza di utilizzare accumulatori di calore di questo tipo.

Il serbatoio di accumulo è un serbatoio di acqua integrato nel sistema di riscaldamento idraulico. Il riscaldamento del refrigerante tampone può essere effettuato direttamente – tali serbatoi sono chiamati a circuito singolo o attraverso uno scambiatore di calore, cioè i refrigeranti in circuiti diversi sono isolati l’uno dall’altro. La multifunzionalità dello stoccaggio dell’acqua consente di utilizzarlo sia per il trasferimento uniforme del calore in modalità transitoria sia per lo stoccaggio di energia durante il periodo della tariffa notturna. È questo tipo di accumulatori di calore che è più interessante per il consumatore russo e ci soffermeremo su di esso in dettaglio..

Cosa offre l’installazione di un accumulatore di calore

L’accumulatore di calore non può essere classificato come un aggiornamento del sistema di riscaldamento economico. Il costo medio parte da 120-140 mila rubli. e può raggiungere mezzo milione e la fascia di prezzo specificata è rilevante per i sistemi che forniscono calore agli alloggi con una superficie fino a 150 m². Sorge una domanda naturale: qual è la giustificazione per l’acquisto di un equipaggiamento così costoso??

Per comprendere la fattibilità dell’installazione di un dispositivo di accumulo di calore, è necessario comprendere bene le specifiche del suo funzionamento. Prima di tutto, vale la pena ricordare che non offre vantaggi tangibili in combinazione con una caldaia funzionante a gas naturale, olio combustibile, cioè con un rifornimento automatico di carburante. Ha senso installare un accumulatore di calore con unità a combustibile elettrico o solido con caricamento manuale, nonché in combinazione con collettori solari. In questo ordine, è possibile distinguere una serie di vantaggi:

1. Miglioramento del comfort operativo di una caldaia a combustibile solido: il numero di accensioni può essere ridotto a uno al giorno, e questo vale sia per la bassa stagione che per il periodo di cinque giorni più freddo.
2. Maggiore risparmio: funzionando alla massima potenza, la caldaia a combustibile solido non perde calore insieme ai prodotti della combustione. L’acqua a bassa temperatura circola continuamente nella bobina, assorbendo efficacemente l’energia generata.
3. Prolungamento della durata della caldaia grazie alla protezione da surriscaldamento. Nella modalità di combustione attiva della fiamma, lo scambiatore di calore rimane sempre asciutto – a causa dell’assenza di condensa, l’inquinamento dei canali del fumo con catrame viene notevolmente rallentato e si esclude l’effetto sul metallo della serpentina di acidi che si forma quando il fumo viene a contatto con l’umidità è escluso.
4. Se il sistema è alimentato da un collettore solare, l’accumulatore di calore è insostituibile, perché è grazie ad esso che è possibile riscaldare il volume abitabile non solo durante il giorno, ma anche di notte.
5. Le caratteristiche di progettazione dell’accumulatore di calore rendono il più semplice possibile l’implementazione di un sistema sanitario, anche con ricircolo.

Criteri di selezione per un serbatoio di accumulo

Come già accennato, la fascia di prezzo per dispositivi di accumulo di calore di identica capacità è molto alta. Per fare la scelta giusta, devi sapere cosa determina la qualità e la durata delle attrezzature. Il materiale del corpo del contenitore è di primaria importanza:

• L’acciaio al carbonio può essere utilizzato in sistemi che non hanno un normale reintegro d’acqua, il che significa che gli elementi metallici non sono costantemente esposti all’ossigeno disciolto.
• L’acciaio inossidabile ha proprietà anticorrosive, un tale contenitore è completamente incapace di provocare la formazione di fanghi nel sistema ed è considerato il tipo più avanzato di accumulo di calore, ma allo stesso tempo è più costoso di altri.
• Una custodia in metallo con rivestimento polimerico: in questo caso, la resistenza alla corrosione del materiale base del contenitore non è determinante, poiché il guscio protettivo garantisce la purezza del liquido. Tuttavia, devi fare attenzione: alcuni composti polimerici possono reagire con speciali trasportatori di calore, inoltre, lo spessore del guscio metallico deve essere abbastanza alto da resistere alle sollecitazioni meccaniche.

Disegni di accumulatori di calore: 1 – collegamento diretto dei circuiti; 2 – con uno scambiatore di calore; 3 – con due scambiatori di calore

Non vale la pena considerare seriamente serbatoi tampone realizzati interamente in plastica. Tali dispositivi di accumulo non sono in grado di sopportare il carico dall’espansione del liquido quando riscaldato; inoltre, a temperature elevate, molti materiali polimerici perdono le loro proprietà.

Non solo il materiale stesso è importante, ma anche le caratteristiche strutturali del caso. Quindi, l’opzione migliore è una forma cilindrica con un fondo sferico timbrato monopezzo. Le attrezzature importate, tra le altre cose, sono caratterizzate da una maggiore qualità della saldatura, sono testate da una maggiore pressione idraulica prima della consegna dei prodotti al mercato. Anche la complessità dell’attrezzatura gioca un ruolo: gli accumuli più semplici sono inclusi direttamente nel sistema, ma se viene utilizzato un vettore di calore speciale nel riscaldamento, il trasferimento di calore viene effettuato secondo lo schema: circuito della caldaia – stoccaggio – circuito di riscaldamento attraverso scambiatori di calore. In questo caso, la protezione contro il congelamento dell’acqua nel serbatoio di stoccaggio viene implementata installando un riscaldatore elettrico, che mantiene una temperatura dell’acqua positiva in modalità di riposo. Il consumo di energia è trascurabile grazie al continuo isolamento termico del serbatoio di accumulo.

Un’altra sfumatura è il tipo e la qualità dell’isolamento termico, che influisce direttamente anche sul costo. I modelli economici sono vestiti con un involucro in lana minerale e polistirene espanso, non i materiali più ideali in termini di durata e sicurezza antincendio. I modelli più avanzati hanno isolamento termico in schiuma poliuretanica e quelli più costosi sono realizzati in poliisocianurato. Questi materiali trattengono il calore meglio di altri; in condizioni operative dell’unità servono per decine, se non centinaia di anni, mentre non rappresentano una minaccia per lo sviluppo di incendi..

Le seguenti aggiunte opzionali possono anche influire sul costo del dispositivo di accumulo del calore:

• Scocca rigida per migliorare l’estetica e proteggere l’isolamento termico da danni meccanici.
• La presenza di un elemento riscaldante elettrico o di un tubo di derivazione per la sua installazione.
• Rubinetti aggiuntivi dalla batteria ACS o scambiatori di calore aggiuntivi.
• Termometri integrati, manometri, capsule per l’installazione di sensori elettronici.

Calcolo dell’accumulatore di calore

In effetti, l’unico parametro dell’accumulatore di calore che deve essere determinato per una corretta integrazione nel sistema di riscaldamento è la sua capacità. Il calcolo viene eseguito secondo uno schema semplice: viene determinato il tempo per il quale il sistema si raffredda fino a un valore scomodo in assenza di fornitura di energia. È necessario dividere il tempo di funzionamento autonomo desiderato per questo valore, quindi applicare il coefficiente risultante alla propria capacità del sistema di riscaldamento.

Ad esempio, se, con un volume di sistema di 100 litri, il raffreddamento avviene in un’ora e il calore è richiesto per 12 ore da un accendimento, la quantità totale di liquido di raffreddamento dovrebbe essere di 1,2 tonnellate, rispettivamente, la capacità richiesta del tampone è di 1100 litri. Allo stesso tempo, si dovrebbe tener conto delle crescenti perdite di calore del sistema, che non superano il 10% anche nelle opzioni di stoccaggio più economiche..

Una formula approssimativa per la selezione del volume dell’accumulatore di calore:

m = (P? t) / (c? T)

Dove: m– volume
P– potenza della caldaia, W
?– efficienza della caldaia, 0,98%
t– tempo di riscaldamento, h
c– capacità termica specifica dell’acqua, Wc / kg K
?T– delta di temperatura, K

Quando si opera da un’unità di riscaldamento elettrica, la capacità del serbatoio di accumulo viene calcolata in base alla potenza della caldaia e alla potenza di connessione elettrica consentita dalla struttura. Conoscendo la quantità di energia richiesta per riscaldare l’acqua con una data differenza di temperatura, è necessario selezionare un tale volume in modo che il serbatoio di accumulo sia completamente riscaldato durante la tariffa bassa. Ad esempio, per riscaldare un litro di acqua con un delta di 80 ° C, sono necessari 93 W / h di elettricità con efficienza del sistema pari all’unità, mentre la durata del riscaldamento sarà di circa tre minuti. Per non confondersi nella complessità delle formule, è possibile utilizzare un comodo calcolatore online.

Un altro aspetto del dimensionamento del sistema è legato alla potenza della caldaia. Dovrebbe essere circa il doppio di quanto necessario per un sistema senza accumulatore di calore. In primo luogo, ciò consentirà di aumentare il carico e l’accensione del combustibile in modalità ad alta potenza, il che significa che dovrai vomitare legna meno spesso quando il sistema si sta riscaldando. In secondo luogo, con un aumento della potenza della caldaia, la superficie dello scambiatore di calore aumenta, rispettivamente, la quantità di calore non assorbita da esso sarà inferiore.

Caratteristiche di installazione e funzionamento

Lo schema delle tubazioni del serbatoio di stoccaggio non dipende dalla presenza e dal numero di scambiatori di calore intermedi. Quando si collega un accumulatore di calore, è consuetudine separare i circuiti della caldaia e del radiatore. Ognuno di essi richiede l’installazione di valvole a tre vie:

• È necessaria una valvola miscelatrice sul circuito della caldaia in modo che la caldaia non funzioni in modalità di condensazione mentre l’intero volume di acqua nell’accumulatore di calore si sta riscaldando. La miscelazione di acqua calda dall’alimentazione al ritorno della caldaia consente di mantenere la temperatura dello scambiatore di calore a un livello al quale la fuliggine non verrà inumidita.
• Una valvola di controllo sul circuito del radiatore consente di regolare la temperatura dell’acqua fornita ai riscaldatori. In primo luogo, ciò consente di prolungare la durata della batteria, inoltre, diventa possibile rispettare le restrizioni di temperatura per i sistemi con tubi di plastica o riscaldamento a pavimento senza mezzi tecnici aggiuntivi.

Schema elettrico di una caldaia a combustibile solido con accumulatore di calore: 1 – caldaia a combustibile solido; 2 – termostato; 3 – gruppo di sicurezza; 4 – separatore d’aria; 5 – pompa di circolazione; 6 – valvola di ritegno; 7 – serbatoio di accumulo (accumulatore di calore); 8 – valvola a tre vie; 9 – automazione; 10 – circuito di riscaldamento; 11 – sensore di temperatura montato in superficie; 12 – vaso di espansione; 13 – sensore di marcia a secco; 14 – valvola di reintegro

Quando si installa un accumulatore di calore, si formano due circuiti a circolazione forzata con pompe separate. In questo caso, l’acqua calda viene fornita ai dispositivi di riscaldamento non appena possibile dopo l’avvio della caldaia, poiché il refrigerante viene prelevato dalla parte superiore del serbatoio, dove viene assorbito il liquido con la temperatura più alta. È importante non consentire l’installazione di pompe dopo il ramo per alimentare le valvole, in modo che se sono completamente chiuse, la circolazione del sistema non si arresta. Allo stesso tempo, non vi è alcuna differenza nel fatto che la pompa sia installata sul ramo di alimentazione o di ritorno, no.

Quando si utilizza una caldaia a combustibile solido con un serbatoio di accumulo, non deve essere consentito il funzionamento in modalità di condensazione. Nei sistemi senza accumulatore di calore, è consuetudine limitare l’apporto di ossigeno, quindi è possibile prolungare il tempo di combustione del segnalibro. In presenza di un serbatoio di accumulo nella modalità di riscaldamento, la caldaia funziona sempre nella modalità di combustione a fiamma, il che è possibile grazie al volume significativo del liquido di raffreddamento, che è in grado di assorbire una colossale quantità di energia termica. Per evitare la formazione di condensa, la valvola miscelatrice a tre vie deve essere impostata a una temperatura di almeno 60 ° C. Forse a causa di una diminuzione del delta di temperatura, il trasferimento di calore non sarà così attivo, tuttavia, questo è l’unico modo per escludere il sovrastampaggio dello scambiatore di calore, che faciliterà la pulizia dalla fuliggine e prolungherà la durata dell’unità di riscaldamento.

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