Las plantas de calderas de combustible sólido no pueden funcionar durante mucho tiempo sin la intervención de una persona que debe cargar periódicamente leña en el horno. Si esto no se hace, el sistema comenzará a enfriarse y la temperatura en la casa bajará. En el caso de un corte de energía cuando el horno está completamente quemado, existe el peligro de que el refrigerante hierva en la camisa de la unidad y su posterior destrucción. Todos estos problemas se pueden resolver instalando un acumulador de calor para calentar calderas. También podrá realizar la función de proteger las instalaciones de hierro fundido contra el agrietamiento en una caída brusca de la temperatura del agua de suministro.
Conexión de una caldera de combustible sólido con un acumulador de calor.
Cálculo de la capacidad tampón de la caldera.
El papel del acumulador de calor en el esquema de calefacción general es el siguiente: durante el funcionamiento de la caldera en modo normal, acumule energía térmica y, después de que la cámara de combustión se descomponga, entregue a los radiadores durante un cierto período de tiempo. Estructuralmente, un acumulador de calor para una caldera de combustible sólido es un tanque de agua aislado con una capacidad estimada. Se puede instalar tanto en la sala de combustión como en una habitación separada de la casa. No tiene sentido colocar un tanque de este tipo en la calle, ya que el agua se enfriará mucho más rápido que dentro del edificio.
Conexión de un acumulador de calor a una caldera de combustible sólido
Dada la disponibilidad de espacio libre en la casa, el cálculo del acumulador de calor para una caldera de combustible sólido en la práctica se realiza de la siguiente manera: la capacidad del tanque se toma de la proporción de 25-50 litros de agua por 1 kW de potencia requerida para calentar la casa... Para un cálculo más preciso de la capacidad de amortiguación de la caldera, se supone que el agua en el tanque se calienta durante el funcionamiento de la planta de caldera a 90 ⁰С, y después de apagar esta última, emitirá calor y se enfriará. a 50 ⁰С. Para una diferencia de temperatura de 40 ° C, los valores del calor desprendido para diferentes volúmenes de tanque se presentan en la tabla.
Tabla de valores del calor dado para diferentes volúmenes de tanque
| Volumen del acumulador de calor, m3 | 0.35 | 0.5 | 0.8 | 1 | 1.5 | 2 | 3 | 3.5 |
| La cantidad de calor emitida a una diferencia de temperatura de 40 ⁰С, kW / h | 20 | 30 | 45 | 58 | 85 | 115 | 170 | 210 |
Incluso si hay espacio para una gran capacidad en un edificio, esto no siempre tiene sentido. Debe recordarse que se necesitará calentar una gran cantidad de agua, luego la potencia de la caldera en sí debería ser inicialmente 2 veces más de la necesaria para calentar la vivienda. Un tanque demasiado pequeño no realizará su función, ya que no podrá acumular suficiente calor.
Cálculo de la capacidad del acumulador de calor.
La metodología de cálculo puede ser diferente según el esquema de aplicación. Aquí hay una tabla de cálculo aproximada:
- Determinación de la carga máxima de combustible. Por ejemplo, la cámara de combustión tiene capacidad para 20 kg de leña. 1 kg de leña puede liberar 3,5 kWh de energía. Por lo tanto, al quemar un marcador de leña, la caldera dará 20 3.5 = 70 kWh de calor. El tiempo que tarda en grabarse un marcador completo puede determinarse empíricamente o calcularse. Si la potencia de la caldera es, por ejemplo, 25 kW 70:25 = 2,8 h.
- Temperatura del portador de calor en el sistema de calefacción. Si el sistema ya está instalado, es suficiente medir la temperatura en la entrada y salida y determinar la pérdida de calor.
- Determinación de la frecuencia de descarga deseada. Por ejemplo, la carga es posible por la mañana y por la noche, pero no es posible reparar la caldera durante el día y la noche.
Cálculo del acumulador de calor.
Si, por ejemplo, la pérdida de calor de la habitación es de 6,7 kW por hora, entonces será de 160 kW por día. En este ejemplo, esto es un poco más de dos repostajes de combustible.Como se definió anteriormente, una pastilla de leña se quema durante aproximadamente 3 horas, liberando 70 kWh de energía térmica.
La necesidad de calentar la casa es de 6,7 3 = 20,1 kWh, la reserva del tanque de almacenamiento será de 70-20,1 = 49,9, es decir, aproximadamente 50 kWh. Esta energía será suficiente para un período de 50: 6.7, esto es aproximadamente 7 horas, lo que significa que se requieren dos bocadillos completos y uno incompleto por día.
En base a estos cálculos, habiendo considerado varias opciones, nos detendremos en esto: a las 23 horas, se realiza una carga incompleta, a las 6.00 y 18.00 - completa. Si dibuja un gráfico del nivel de carga del acumulador de calor, puede ver que la carga máxima cae en 60 kWh a las 9 am.
Dado que 1 kWh = 3600 kJ, la reserva debe ser 60 3600 = 216000 kJ de energía térmica. La reserva de temperatura (la diferencia entre el indicador máximo de agua y el caudal requerido) es 95-57 = 38 ° С. Capacidad calorífica del agua 4.187 kJ. Por lo tanto, 216000 / (4.18738) = 1350 kg. En este caso, el volumen requerido del acumulador de calor será de 1,35 m3.
El ejemplo considerado da una idea general de cómo se calcula la capacidad del tanque de almacenamiento. En cada caso, es necesario tener en cuenta las peculiaridades del sistema de calefacción y las condiciones de su funcionamiento.
Características de instalar un acumulador de calor.
Antes de instalar el equipo, se debe realizar un diseño detallado. Es necesario tener en cuenta todos los requisitos de los fabricantes de equipos de calefacción. Al instalar el tanque de almacenamiento, se deben observar las siguientes reglas:
- La superficie del contenedor debe tener un aislamiento térmico confiable.
- Se deben instalar termómetros en la entrada y salida para controlar la temperatura del agua.
- Los tanques volumétricos a menudo no encajan en la entrada. Si no es posible traer el tanque antes del final de la construcción, tendrá que usar una versión plegable o varios tanques más pequeños.
- Es deseable un filtro grueso en la tubería de entrada.
- Se debe instalar una válvula de seguridad y un manómetro cerca del tanque. También debe haber una válvula de ventilación de aire en el propio tanque.
- Debe ser posible drenar el agua del tanque.
¡Consejo! Muy a menudo, la presencia de un acumulador de calor es un requisito previo para una garantía por parte del fabricante de una caldera de combustible sólido.
El uso de un acumulador de calor en un sistema con una caldera de combustible sólido aumenta la eficiencia del generador de calor y su vida útil, y también permite un consumo de combustible más económico. La posibilidad de una carga de combustible menos frecuente hace que el uso de la caldera de calefacción sea más conveniente para el consumidor. El cálculo de la capacidad requerida del tanque de almacenamiento debe tener en cuenta el tipo de caldera, las características del sistema de calefacción y las condiciones de su funcionamiento.
Recomendaciones de selección
La selección de un acumulador de calor para una caldera de combustible sólido está influenciada por la presencia de espacio libre en la habitación. Al comprar un tanque de almacenamiento grande, será necesario proporcionar un dispositivo de base, ya que los equipos con una masa significativa no se pueden colocar en pisos ordinarios. Si, según el cálculo, se requiere un tanque con un volumen de 1 m3 y no hay suficiente espacio para su instalación, entonces puede comprar 2 productos de 0.5 m3 cada uno, colocándolos en diferentes lugares.
Acumulador de calor para caldera de combustible sólido
Otro punto es la presencia de un sistema de ACS en la casa. En el caso de que la caldera no tenga su propio circuito de calentamiento de agua, es posible comprar un acumulador de calor con dicho circuito. No es de poca importancia el valor de la presión de trabajo en el sistema de calefacción, que tradicionalmente no debería superar los 3 bar en los edificios residenciales. En algunos casos, la presión alcanza los 4 bar, si se utiliza una potente unidad casera como fuente de calor. Luego, el acumulador de calor para el sistema de calefacción deberá elegirse en un diseño especial, con una cubierta torisférica.
Algunos acumuladores de agua caliente de fábrica están equipados con un elemento calefactor eléctrico instalado en la parte superior del tanque. Tal solución técnica no permitirá que el refrigerante se enfríe por completo después de detener la caldera, la zona superior del tanque se calentará. Funcionará el suministro de agua caliente sanitaria.
Circuito de conmutación simple con aditivo
El dispositivo de almacenamiento se puede incluir en el sistema de diferentes formas. La tubería más simple de una caldera de combustible sólido con un acumulador de calor es adecuada para trabajar con sistemas de suministro de refrigerante por gravedad y funcionará en caso de un corte de energía. Para ello, el depósito debe instalarse encima de los radiadores de calefacción. El circuito incluye una bomba de circulación, una válvula termostática de tres vías y una válvula de retención. Al comienzo del ciclo de calefacción, el agua impulsada por la bomba fluye a través de la línea de suministro desde la fuente de calor a través de la válvula de tres vías hasta los calentadores. Esto continúa hasta que la temperatura de flujo alcanza un cierto valor, por ejemplo 60 ° C.
Acumulador de calor para calentar calderas
A esta temperatura, la válvula comienza a mezclar agua fría en el sistema desde la tubería de ramificación inferior del tanque, observando la temperatura establecida de 60 ⁰С en la salida. El agua caliente comenzará a fluir hacia el tanque a través del ramal superior, conectado directamente a la caldera, y la batería comenzará a cargarse. Con la combustión completa de la madera en la cámara de combustión, la temperatura en la tubería de suministro comenzará a descender. Cuando desciende por debajo de los 60 ° C, el termostato cortará gradualmente el suministro de la fuente de calor y abrirá el flujo de agua del tanque. Ésta, a su vez, se irá llenando paulatinamente con agua fría de la caldera y al final del ciclo la válvula de tres vías volverá a su posición original.
La válvula de retención, conectada en paralelo con el termostato de tres vías, se activa cuando se detiene la bomba de circulación. Luego, la caldera con el acumulador de calor funcionará directamente, el refrigerante irá a los dispositivos de calefacción directamente desde el tanque, que se repondrá con agua de la fuente de calor. En este caso, el termostato no participa en el funcionamiento del circuito.
Dónde poner la bomba de circulación
En la mayoría de los esquemas de tuberías para un acumulador de calor con una bomba de circulación, está ubicado en la tubería de retorno frente a la caldera. En la línea de retorno, porque la temperatura es más baja aquí, pero también puede ponerlo en la alimentación. Las bombas modernas están diseñadas para bombear refrigerante hasta 110 ° C, por lo que se sienten bien allí. El segundo punto: cuando se instala en el suministro, la bomba no creará presión adicional en el intercambiador de calor, lo que extenderá su vida útil.
En cualquier caso, al instalar una bomba de circulación en el suministro o retorno, no existe posibilidad de circulación natural. Es decir, en caso de un corte de energía, la circulación se detendrá, la caldera hervirá inevitablemente. Para evitar esto, se instala una válvula de cuatro vías, a través de la cual se descarga agua sobrecalentada a la alcantarilla y se alimenta con agua fría del suministro de agua fría. De esta manera, se organiza la refrigeración de emergencia del intercambiador de calor y se evita la ebullición del refrigerante.
Una de las formas de evitar el sobrecalentamiento del refrigerante en la caldera de calefacción.
Tenga en cuenta que este esquema solo se puede implementar en intercambiadores de calor de acero o cobre. Con hierro fundido, es imposible. Pueden explotar si se exponen al agua fría.
Hay otra forma. Es más suave en relación con el intercambiador de calor (también apto para hierro fundido) y requiere menos materiales. Puede hacer una tubería entre la caldera y el acumulador de calor para calentar a fin de mantener la circulación natural. En este caso, cuando se corta el suministro de energía, la caldera no hervirá, continuará calentando el agua en el recipiente.
Para preservar la circulación natural del refrigerante, la bomba se coloca en un circuito separado especialmente creado. Para que el circuito funcione, se instala una válvula de retención de pétalo de sección transversal grande en el circuito.
De esta manera, la circulación natural se mantiene incluso en ausencia de suministro de energía.
Cuando la bomba de circulación no está funcionando, pasa el flujo del portador de calor desde el TA. Cuando la bomba de circulación está funcionando, apuntala la válvula con su presión y el refrigerante fluye a través de la bomba. Una tubería de al menos una pulgada de diámetro va a la bomba. Solo en este caso se puede preservar la circulación natural.
Esquema de separación hidráulica
Otro esquema de conexión más complejo, implica un suministro ininterrumpido de electricidad. Si esto no es posible, entonces es necesario proporcionar la conexión a la red a través de una fuente de alimentación ininterrumpida. Otra opción es utilizar centrales eléctricas de diesel o gasolina. En el caso anterior, la conexión del acumulador de calor a la caldera de combustible sólido era independiente, es decir, el sistema podía funcionar por separado del tanque. En este esquema, el acumulador actúa como un tanque de compensación (separador hidráulico). Una unidad de mezcla especial (LADDOMAT) está integrada en el circuito primario a través del cual circula el agua cuando se enciende la caldera.
Conexión de un acumulador de calor a una caldera de combustible sólido
Elementos de bloque:
- bomba de circulación;
- válvula termostática de tres vías;
- la válvula de retención;
- sumidero;
- Válvulas de bola;
- dispositivos de control de temperatura.
Diferencias con el esquema anterior: todos los dispositivos se ensamblan en un bloque y el refrigerante va al tanque y no al sistema de calefacción. El principio de funcionamiento de la unidad de agitación permanece inalterado. Tal tubería de una caldera de combustible sólido con un acumulador de calor le permite conectar tantas ramas de calefacción como desee en la salida del tanque. Por ejemplo, para alimentar radiadores y sistemas de calefacción por suelo o aire. Además, cada rama tiene su propia bomba de circulación. Todos los circuitos están separados hidráulicamente, el exceso de calor de la fuente se acumula en el tanque y se usa cuando es necesario.
Conectando la asistencia técnica a los consumidores
Por otro lado, el acumulador de calor debe estar conectado al sistema de calefacción. Si conectamos solo radiadores, todo es simple: desde una de las salidas superiores, una tubería entra en la tubería de suministro, conectamos la tubería de retorno a la inferior. Pero, en este caso, los radiadores pueden sobrecalentarse. Cuando el agua del tanque se calienta a temperaturas superiores a 60 ° C, puede ser peligroso y la temperatura puede ser de 90 ° C o incluso más. Al tocar estos radiadores calientes, existe una alta probabilidad de sufrir una quemadura grave. Además, claramente hará calor en la habitación.
Conexión de radiadores
Para evitar alimentar un portador de calor demasiado caliente, instale otra válvula mezcladora de tres vías. El circuito funciona igual que el descrito anteriormente. Configuramos la temperatura requerida en el regulador, por ejemplo, 50 ° C. Tan pronto como el refrigerante en el suministro esté caliente, la válvula abrirá la mezcla de agua del retorno.
Uno de los beneficios de instalar un acumulador de calor es la posibilidad de preparar ACS en el mismo recipiente (imagen central en la figura siguiente). Para ello, se incorpora un intercambiador de calor o contenedor en el tanque. Su salida está conectada a un peine de suministro de agua caliente.
Esquemas de tuberías del tanque de compensación desde el costado del sistema de calefacción
Dado que en este caso también es posible un sobrecalentamiento, aquí también se necesita una unidad de mezcla. Solo necesita agregar agua fría del grifo. Esta unidad se implementa utilizando otra válvula mezcladora de tres vías. La salida del suministro de agua fría está conectada a una válvula mezcladora de ACS de tres vías. Para que, en ausencia de análisis de agua caliente, no caiga en el peine de agua fría, colocamos una válvula de retención en la línea de suministro desde el suministro de agua fría.
Este esquema de tuberías del acumulador de calor tiene un inconveniente importante: cuando no se usa agua caliente, el agua de las tuberías se enfría. Para "calentarse", debe verter el enfriado solo en la alcantarilla. Esto es un inconveniente porque hay que esperar y no es rentable.Para resolver el problema, se tira de una línea de retorno desde el último punto de análisis, en el que está instalada su bomba de circulación. Este circuito se llama recirculación. Hasta que se abra el grifo en cualquier lugar, el agua corre en círculo. Por lo tanto, se extrae constantemente agua tibia de todos los grifos. Preste atención a la instalación de válvulas de retención: son obligatorias para el funcionamiento del circuito.
Tubería de acumulador de calor para calefacción individual con todos los elementos funcionales y accesorios
Para el estudio final del esquema, también es necesario estipular el lugar de instalación de los accesorios. Se trata de salidas de aire automáticas que se instalan en los puntos más altos del sistema. También se necesitan llaves de paso. Se instalan cerca de cada unidad funcional grande para que, si es necesario, pueda cerrar los grifos y retirar el equipo para su reparación o mantenimiento.
Cómo alimentar un piso de agua tibia
Un piso cálido se puede conectar muy bien a un acumulador de calor. La tubería en este caso no es diferente del caso de los radiadores. Necesitamos la misma unidad de mezcla con una válvula mezcladora de tres vías, pero debe ajustarse a una temperatura más baja, no superior a + 40 ° C. En este caso, puede conectar una calefacción por suelo radiante sin una unidad de mezcla; la temperatura debe controlarse al salir de la caldera. Pero puede ir a lo seguro: coloque una segunda unidad de mezcla en el colector de distribución de calefacción por suelo radiante.
Tubería de almacenamiento de calor con piso de agua tibia (en un bucle verde)
También hay una segunda opción para conectar un acumulador de calor con un piso cálido: suministre la misma temperatura que el refrigerante que va a los radiadores. La unidad de mezcla lo bajará. La molestia y los costos son menores (solo se necesitan tees para ramificar desde la línea principal), pero la confiabilidad de tal solución es menor. Aunque, este equipo hace frente al refrigerante suministrado por una caldera ordinaria.
El acumulador de calor es una unidad para recolectar y aumentar el calor con el fin de su uso posterior. El dispositivo se utiliza en casas particulares, apartamentos, empresas y motores de precalentamiento. El acumulador de calor para el sistema de calefacción permite reducir los costos de energía para la calefacción de espacios y el suministro de agua caliente. Las unidades se instalan en la tubería de una caldera de combustible sólido o se conectan al sistema solar.
El trabajo de una caldera de combustible sólido en el sistema de calefacción es una cierta ciclicidad. Primero, se le pone combustible, se enciende y luego la caldera alcanza gradualmente su potencia máxima y transfiere energía térmica a través del refrigerante al sistema de calefacción.
El marcador de leña se quema gradualmente, la transferencia de calor disminuye y el refrigerante se enfría. Durante el período de máxima potencia, parte de la energía térmica permanece sin reclamar, y durante la postcombustión del combustible, por el contrario, no será suficiente. Para repetir el ciclo, se debe volver a cargar el combustible sólido.
Ventajas y desventajas
Un sistema de calefacción con acumulador de calor, en el que una planta de combustible sólido sirve como fuente de calor, tiene muchas ventajas:
- Mejorando las condiciones de confort en la casa, ya que una vez que se ha quemado el combustible, el sistema de calefacción continúa calentando la casa con agua caliente del tanque. No es necesario levantarse en medio de la noche y cargar una porción de leña en la cámara de combustión.
- La presencia de un recipiente protege la camisa de agua de la caldera de la ebullición y la destrucción. Si la electricidad se corta repentinamente o los cabezales termostáticos instalados en los radiadores cortan el refrigerante debido a que alcanzan la temperatura deseada, entonces la fuente de calor calentará el agua en el tanque. Durante este tiempo, se puede reanudar el suministro de electricidad o se pondrá en marcha el generador diésel.
- Se excluye el suministro de agua fría desde la tubería de retorno al intercambiador de calor de hierro fundido al rojo vivo después de un arranque repentino de la bomba de circulación.
- Los acumuladores de calor se pueden utilizar como divisores hidráulicos en el sistema de calefacción (flechas hidráulicas). Esto hace que el funcionamiento de todas las ramas del circuito sea independiente, lo que proporciona ahorros adicionales en energía térmica.
El mayor costo de instalación de todo el sistema y los requisitos para la ubicación del equipo son las únicas desventajas del uso de tanques de almacenamiento. Sin embargo, estas inversiones e inconvenientes serán seguidos por costos operativos mínimos a largo plazo.
Resolviendo el problema de la condensación
Una solución lógica al problema del agua demasiado fría en el retorno es agregar agua caliente del suministro. Esto se hace usando un puente y una válvula mezcladora de tres vías ajustable instalada en la rama. La válvula debe ser de tipo mezcla: cuando se alcanza la temperatura establecida, comienza a mover suavemente las válvulas en las dos tuberías conectadas. Así, se obtiene un cambio de temperatura gradual y suave.
Tubería del acumulador de calor: circuito adicional para mezclar agua caliente en el retorno
El agua fría en la tubería de retorno aparece en varios casos: durante la aceleración de la caldera, cuando el agua en el acumulador de calor se ha enfriado fuertemente (después del tiempo de inactividad) y la caldera está en funcionamiento. Echemos un vistazo a cómo funciona este esquema de conexión de acumulador de calor en ambos casos. El movimiento del refrigerante se muestra en las ilustraciones siguientes.
Hasta que la caldera se haya calentado, el refrigerante está completamente frío. En este caso, la válvula de tres vías cierra el flujo de refrigerante al TA y se mueve en un pequeño círculo (imagen de abajo, imagen de arriba a la izquierda). El calentamiento ocurre rápidamente, ya que hay poca agua, el tiempo para la formación de condensación es mínimo. La figura asume que la válvula de 3 vías está ajustada a 55 ° C. Hasta que el agua del círculo pequeño alcance esta temperatura, circula en él.
Cuando el portador de calor en el anillo pequeño se calienta a 55 ° C, la válvula desplaza las aletas y se enciende el acumulador de calor para calefacción. En este caso, tres corrientes van simultáneamente (la figura de la derecha en la fila superior):
- pequeño, como en la primera imagen;
- parte del refrigerante va al TA a través de la válvula;
- desde el TA a lo largo de la línea de retorno, a través de la válvula, a la bomba y al intercambiador de calor de la caldera (tercer círculo).
