Розміри, розрахунок опалення деревиною, гідроакумуляція, гідроакумуляція, біомаса, зберігання

Накопичення теплової енергії з підігрівом дров

розрахунок

Роль накопичувача енергії полягає в забезпеченні належної роботи котла, навіть коли потреби в енергії низькі (не дуже холодні зимові дні, осінь, весна, літо). Отже, мова йде про поглинання надлишкової енергії, яку буде виробляти котел.

Ця накопичена енергія повертається до опалювальної установки та до гарячої води для побутових потреб, якщо це необхідно, відповідно до попиту. Таким чином, коли накопичувальні резервуари є енергетичними (80 ° C, див. 90 ° C зверху вниз), котел повинен бути порожнім від деревини і більше не підзаряджатися.

Котел буде заряджатись деревиною, коли резервуар (и) буде спорожнено енергії (від 30 ° C до 40 ° C вгорі, залежно від типу установки), лише кількість деревини, необхідна для нагрівання буферної ємності ( s). Можна зарядити дров’яний котел до того, як буферні резервуари повністю спорожняться (наприклад, ввечері перед сном), але завантажуючи лише ту кількість деревини, яка необхідна для нагрівання буферної ємності. .

Тому необхідно завжди проконсультуватися з різними термометрами буферних баків, щоб знати кількість деревини, яку можна завантажити. Ця система забезпечує енергію з оптимальною ефективністю та нормальною роботою, забезпечуючи при цьому автономність.

Отже, ця система дозволяє котлу працювати в найкращих умовах і уникає фаз холостого ходу (котел при температурі, завантажений паливом, дуже низька потреба в енергії). Холостий хід спричиняє несправність, ненормальне засмічення та передчасний знос котла внаслідок корозії через кислоти деревини, які вже не згоряють. Тому життєво важливо ніколи не заряджати котел, коли буферні резервуари наповнені енергією. Необхідно навіть погодитися дозволити гасіння вогню, якщо розрядка буферних резервуарів тривала (низька потреба в енергії).

Принцип гідроакумуляції при опаленні деревини

Резервуар забезпечує комфорт, рівний комфорту паливних або газових котлів, оскільки він відокремлює виробництво тепла (важко контролювати котел на дровах) від розподілу тепла.

Бак гідроакумулятора має 2 функції:

1. Він зберігає надлишок тепла, що виробляється котлом, яке опалювальному контуру не потрібно (особливо в середині сезону).

2. Він повертає це тепло в будівлю, коли котел вимкнений. Зберігання енергії в аеростаті дає змогу подовжувати інтервали між двома паливними навантаженнями.

Переваги гідроакумуляції

Переваги гідроакумуляції численні, такі як:

  • Встановлення регулювання температури нагрівальної рідини.
  • Котел на дровах працює з номінальною потужністю навіть у середині сезону,
  • Покращена ефективність згоряння та встановлення в цілому.
  • Дозволяє зберігати надлишок тепла котел і вимкніть його, особливо в міжсезоння, коли котел на повній швидкості виробляє набагато більше, ніж слід.
  • Зменшеннянакопичення бістра (вид осаду), що призводить до втрати роботи котла.
  • Збільшується автономія час роботи, тобто час, який проходить між двома зарядами. Це, крім усього іншого, дозволяєекономити паливо.

Зазначимо, що екологічні та економічні вигоди настільки сильні, що деякі країни їх уже мають. зроблений обов'язковим для приватних осіб (Німеччина, наприклад).

Важлива примітка: встановлення буферної ємності є технічно обов’язковий у випадку системи опалення, яка використовує дві теплові мережі при різній температурі. Наприклад, у будинках, які обладнані теплими підлогами (щадне тепло) та звичайними радіаторами (нормальне тепло).

Недоліки додавання повітряної кулі ?

  • Висока вартість монтажу
  • Громіздка установка

Вибір потужності котла

Опалювальні установки з котлом на дровах можуть забезпечити всі теплові потреби (опалення + гаряче водопостачання) будинку.

По-перше, вам слід визначити втрати енергії відповідної будівлі щодо базової зовнішньої температури. Якість теплоізоляції будинку відіграє важливу роль при розрахунку потужності опалення.

Вибір потужності котла, що встановлюється, залежить від втрат, і якщо потужність котла, що встановлюється, відповідає втратам у будівлі (відсутність негабаритних розмірів), і якщо досягнута базова температура, котел працює на своєму потужність. номінальна цілодобово.

Звичайний час горіння для заряду (при номінальній потужності) становить від 3 до 6 годин залежно від моделі, що відповідає 4-8 зарядам на день. Дійсно, для негабаритного котла та часу горіння 4 години необхідно 6 завантажень на день. Якщо котел є великим у 2 рази, потрібно лише 3 навантаження на день.

Для більшості користувачів прийнятним обмеженням є 2 навантаження на день, отже, цілком зрозуміло знайти велику величину при визначенні котлів з ручним подаванням.

Для обмеження великих розмірів та залежно від необхідної автономності теплову енергію можна накопичувати в буферному резервуарі шляхом гідроакумуляції, для більшої зручності та тривалості між двома зарядами потужність котла може бути більшою, ніж загальні втрати житла.

Розмір котла

Розрахунок теплової установки опалення деревиною дозволить кількісно визначити енергію, що виділяється під навантаженням деревини, (КЕ) в кВт-год.

І забезпечити достатній корисний об’єм завантаження деревини котла.

  • Deper: Втрати будівлі (базова еталонна зовнішня температура) в кВт
  • Nbre_charges: Кількість разів наповнення котла на день
  • Rch: ККД котла (%)
  • Щільність_Деревина: Щільність деревини (або щільність) у печі котла (Наприклад: Хвойна деревина: 0,29 кг/л, листяна деревина: 0,35 кг/л)
  • PCI: нижча теплотворна здатність деревини, в кВт-год на кілограм.

Нижня теплотворна здатність сухої деревини на кілограм приблизно однакова (4 кВт-год/кг при вологості 20%) для всіх видів деревини, включаючи кору, але деякі сорти деревини щільніші за інші, тому кількість енергії на одиницю об’єму різна залежно від виду споживаної деревини.

Енергетична цінність 1 кг деревини відповідно до її вологості (кВт-год/кг) згідно таблиці, що додається:

Об’єм, який займають колоди, відповідно до виду деревини, що споживається в котлі, вищий, ніж значення щільності, зазначене у таблиці вище, через порожнечі, що залишились між колодами. Значення щільності, як правило, утримувані на дм3 або літр деревини, зайнятої в печі котла, були б такого порядку:

  • Хвойна деревина: 0,29 кг/л
  • Листяна деревина: 0,35 кг/л

Зверніть увагу, що дуже часто деревина, що використовується для опалення, є більш вологою, ніж значення 15%, тому буде забезпечувати менше енергії при однаковій масі.

Енергоефективність котлів

Тепло, яке виробляється при спалюванні деревини в печі котла, не відновлюється на 100%, оскільки враховуються втрати тепла. Енергоефективність - це співвідношення між енергією, виробленою на виході з котла, та енергією, що виробляється під час згоряння.

Джерело: ADEME, теоретичні дані

Розрахунок об'єму буферної ємності шляхом гідроакумуляції:

Рекомендований об’єм буферних установок на деревних котельних дозволяє накопичувати енергію, що виділяється дерев’яним навантаженням, щоб уникнути надмірної потужності на використовуваних контурах, зокрема для опалення.

Енергія, що зберігається в буферному об’ємі, - це енергія, що виділяється вантажем деревини, і визначається (вже зазначено в попередньому розділі) за такою формулою:

Формула розміру буфера (в літрах), рекомендована для котлів на дровах, така (за винятком пропускної здатності мережі):

  • QE: енергія, що виділяється під час згоряння вантажу деревини для ручних котлів або циклу для автоматичних котлів, в кВт-год.
  • D T: різниця температур між верхньою та нижчою точками буферного об'єму, в Кельвінах. (Зберігання 90 ° C - зворотна установка 40 ° C)
  • 0,66 = Час горіння приблизно 8 годин, тобто 1/3 24 годин енергії, яка не надходить у буферний бак, а надходить безпосередньо в опалювальну мережу (під час горіння)
  • 1.163: Кілограм води отримує 1,163 кВт/год нагріву

Зауважте, що чим нижча температура на виході з використання частини (або вхідного отвору), тим ефективнішим є буферний об’єм, оскільки ми можемо отримати більшу користь від накопиченої енергії.

Якщо температура на виході використовуваної частини (або виробничого входу) занадто висока, ємність буферного об'єму повинна бути більшою, оскільки різниця температур тоді менша.

Однак у випадку з дерев’яними установками слід уникати занадто низьких температур води на вході у виробництво, щоб не завдати шкоди нагрівальному корпусу котла (конденсація кислоти).

Приклад розрахунку установки для опалення деревом

Різниця температур між верхньою та нижчою точками буферного об'єму, як правило, визначається на основі вхідних та вихідних температур виробництва. За замовчуванням для котла на дровах вибрана температура на виході становить близько 85 ° C. Тому різницеві значення:

  • 50 K, якщо гаряча вода для домашнього використання виробляється на водяній бані (дно буферного об'єму тоді має температуру F5 ° C) або якщо подається тепла підлога. Це значення зазвичай зберігається;
  • 45 K, якщо гаряча вода для побуту не виробляється Бейн-Марі, і якщо поставляється мережа низькотемпературних радіаторів;
  • 20 К, якщо гаряча вода для побутового використання не виробляється Бейн-Марі та якщо поставляється мережа радіаторів.

Принцип гідроакумуляції

Робота системи: після займання котел працює на максимальній потужності і заряджає об’єм води в резервуарі при бажаній температурі близько 90 ° C. В кінці горіння заряд закінчується, і накопичена в балоні енергія розподіляється і регулюється за допомогою відповідного регулювання. Час нагріву ємності залежить від розміру ємності та потреби в енергії в будинку. Якщо це неможливо, з міркувань простору використовувати один резервуар великого обсягу, можна встановити кілька резервуарів, з'єднаних послідовно/паралельно, залежно від фаз роботи.

Роль гідроакумуляції полягатиме в тому, щоб дати можливість буферному баку оптимально поглинути надлишок енергії, що виробляється котлом, щоб забезпечити більшу автономність роботи центрального опалення.

Принципова схема буферного об'єму з двома форсунками, встановленими в гідроакумуляційній деревині (принцип дії)

У поєднанні з системами, де бажана сильна стратифікація, переважним буде буферний об'єм із двома форсунками, встановленими в гідроакумуляції деревини.

Насправді, встановлення буферного об'єму двома кранами в цій конфігурації (див. Наступні схеми) дає можливість розділити виробничу частину та частину використання, уникаючи паразитних явищ. Це роз'єднання необхідне у випадку дров'яного генератора, оскільки енергія, що виділяється при згорянні, повинна розсіюватися і зберігатися (і бажано повторно використовувати), навіть коли необхідність не потрібна. Крім того, коли циркуляційні схеми працюють, швидкості в буферному обсязі зменшуються, а розшарування збільшується. Нарешті, температура води, яка надходить у споживання, дорівнює температурі води, що залишає виробництво, коли потік на виробничій стороні більший, ніж потік на стороні споживача.

Порівняно з буферним об'ємом з чотирма форсунками, ця схема дозволяє покращити стратифікацію, оскільки циркуляція рідини всередині буферного об'єму здійснюється лише в одному напрямку (один вхід і один вихід) і менша, коли контури виробництва та використання працюють одночасно ( тому обсяг буфера дорівнює різниці між потоками виробництва та використання).

Принцип роботи з буферним баком

Коли котел на дереві піднімається вище 60 ... 65 ° C, або через те, що пласт вуглинки діє за інерцією, або через те, що він був перезаряджений, теплова енергія, що подається котлом, передається в пріоритет в опалювальний контур. Через бак проходить лише перепад витрат між насосом для нагріву котла та переробленим потоком (змішувальним клапаном) насоса контуру опалення.

Коли потреби в опаленні будинку задовольняються, а пристрої регулювання температури (змішувальний клапан і термостатичний кран) зменшують вторинний потік, потік насосного насоса котла в процесі відводиться в буферний резервуар. Надлишок енергії за рахунок гідроакумуляції.

Бажано, щоб швидкість потоку первинного контуру перед буферним резервуаром була подібною до швидкості потоку насоса опалювального контуру, щоб швидкості всередині буферного об'єму були максимально зменшені для поліпшення розшарування температури. регулюючі клапани)

Коли згоряння деревини зменшується або навантаження деревини в котел вичерпується, а температура зворотного котла падає до значення нижче граничного значення (55… 65 ° C відповідно до рекомендацій виробника), 3-ходовий термостатичний клапан обходить потік безпосередньо до зворотного котла.

Циркуляція між котлом та накопичувачем енергії стає відсутньою, поки котел не досяг температури вище 55 ... 65 ° C.

Це буферний резервуар, заряджений енергією за рахунок гідроакумуляції, який бере на себе та постачає житло калоріями відповідно до потреб опалення.

Правила проектування резервуара для гідроакумуляції

Ви повинні вибрати накопичувальний резервуар, який найкраще сприяє явищу розшарування (найгарячіша вода, розташована у верхній частині резервуара і доступна негайно, якщо це необхідно) і яка максимально зберігає накопичене тепло.

Тому, переважно, я буду вертикальним і максимально ізольованим

Для того, щоб отримати найкращий компроміс між тепловими втратами та явищем розшарування, необхідно вибрати резервуар із співвідношенням висота/діаметр, близький до 2.

Бак повинен бути обладнаний трьома термометрами контролю заряду:

  • один вгорі,
  • один в середній частині
  • і один у нижній частині.

Товщина ізоляції повинна становити 40-60 мм поліуретанової або 50-80 мм скловата. Слід уникати турбулентності через вхідні та вихідні отвори води (ефект струменя).

Швидкість струменя повинна залишатися менше 0,6 м/с, отже, необхідність використання дифузорів і правильного розміру форсунок.

Бак може бути оснащений зануреними в воду електричними нагрівальними елементами.

У разі з'єднання декількох резервуарів резервуар для виробництва ГВП повинен розташовуватися в першому резервуарі, підключеному до котла.

Приклади установки для опалення деревиною

Опалення дров’яним котлом та гідроакумуляційним баком + Окреме виробництво гарячої води з баком теплообмінника

Виробництво гарячої води (ГВП) з теплообмінником. Електричне резервне копіювання, розміщене в резервуарі, дозволить підтримувати температуру накопиченої води в середині сезону, влітку або після тривалого невикористання.

Додаткове електричне опалення, якщо температура гарячої води Гаряча потужність комбінованого бака оптимізує час роботи котла.

Нерозумно використовувати котел на дровах для виготовлення лише гарячої води для побуту в літній сезон. У цьому випадку виробництво гарячої води для домашнього використання буде отримано за рахунок електричного опору в баку ГВП.

Опалення за допомогою гідроплити та гідроакумуляційного бака + Окреме виробництво ГВП за допомогою теплообмінника

Опалення + виробництво гарячої води з комбінованим баком + Окреме резервування баком із послідовним складанням

Виробництво гарячої води для гарячого водопостачання (ГВП) з резервуаром "bain marie" всередині резервуара для гідроакумуляції (як на схемі нижче). Допоміжний електричний обігрівач встановлюється послідовно з накопичувальним баком.

Температура води, що подається водонагрівачем Бейн-Марі, може досягати дуже високих рівнів. Це робить необхідним встановлення обмежувача температури на початку розподілу гарячої води. На вході холодної води обмежувача температури повинен бути встановлений зворотний клапан, якщо він не обладнаний.

Можливе коротке замикання влітку або для обслуговування опалення гарячої води безпосередньо на допоміжному електричному водонагрівачі. Установку групи безпеки побутової гарячої води на вході допоміжного електричного бака необхідно перенести на байпас, якщо останній не сприймає високих температур гарячої води (в цьому випадку забезпечити запобіжний клапан на виході з ГВП).

Як і в попередньому розділі, нерозумно використовувати котел на дровах лише для приготування гарячої води для побуту лише в літній сезон. У цьому випадку виробництво гарячої води для домашнього використання буде отримано за рахунок електричного опору в баку ГВП.

Примітка
На цій схемі монтажу відкрита на відкритому повітрі система розширення забезпечена, крім того, зворотним трубопроводом, що дозволяє встановити природну циркуляцію між цим генератором і розширювальним баком у разі перегріву. Розширювальний бак повинен бути розміром щонайменше 20% від обсягу води, що міститься в установці. Це є реальним обмеженням у випадку накопичення енергії шляхом гідроакумуляції.
Переважно було б рухатись до встановлення закритого розширювального бака, пов'язаного із запобіжним клапаном на виході з котла або на виході з нього (захист від надлишкового тиску води) та термозахисного клапана (безпека від перегріву води)

Інша схема, подібна до попередньої, але з дров’яним котлом + 2-й накопичувальний бак послідовноe