Как было бы здорово зарядить аккумулятор теплом, когда оно есть, а потом греться, когда придут холода. Например летом его в избытке, а зимой остаются только воспоминания, за фоточки на память.
На самом деле все это вполне возможно. И вопрос даже стоит не в том, как закачать тепло в бочку, а в том, как его там удержать. Это та же самая проблема, что и со стенами дома или квартиры, которые не позволяют отапливать улицу.
В идеале конечно бы собирать тепло весь теплый сезон, а использовать зимой, но так долго хранить его не получится (утечки никто не отменял), но и абсолютно скупым на солнечное тепло является ноябрь и декабрь. Ну, и половина января в той или иной степени. Потом время от времени появляется солнышко (не такое жаркое как летнее, но все же), да и дополнительные источники энергии можно предусмотреть - например котлы на твердом топливе - хороший резервный вариант. И поднять температуру можно и утилизировать кое-какой хлам.
Классическое использование аккумуляторов тепла в отоплении предполагает использование их в виде буферного объема при использовании котла, как правило на твердом топливе. Такие котлы не так хорошо регулируются, как на жидком или газообразном топливе, а поэтому требуют дополнительной защиты от перегрева. Вот это избыточное тепло и сбрасывается в специальную емкость с теплоносителем, а затем используется, когда котел потушен или его мощность снизилась по мере прогорания топлива.
Жидкостные тепловые аккумуляторы (ТА)
Входы/выходы гидрострелки нарисованы схематично и должны быть расчитаны по соответствующим методикам.
Разница между открытыми и закрытыми ТА сводится к возможности использования давления внутри ТА, а значит ограничения контакта рабочей жидкости с кислородом. Основное преимущество - уменьшение коррозии металлических элементов конструкции. Об этом имеет смысл говорить, если таковые элементы в конструкции присутствуют: емкости, теплообменники, трубопроводы, выполненные из черного металла.
С коррозией можно бороться, используя нержавеющую сталь и медь для теплообменников, а также полимерные оболочки для емкости самого ТА (полипропилен, полиэтилен, жидкие герметики).
Самой распространенной конструкцией является закрытая напорная на 500 литров. Она очень удобно подсоединяется к системе отопления и бонусом позволяет получать горячую воду без дополнительного бойлера.
Но нас такие объемы интересуют мало, поскольку количество тепла, запасенное в таком мизерном объеме просто смехотворное для серьезных намерений.
Выбор объема ТА для пассивного отопления
Нашел вот такую информацию по выбору объема ТА для использования его с котлом: "Есть различные методики расчета рекомендуемого объема буферной емкости. Расчеты и практика показывают, что объем бака должен быть не менее 25 литров на 1 кВт. мощности твердотопливного котла. Оптимальный объем обычно в два раза больше – 50 литров на 1 кВт. С баком - аккумулятором тепла, имеющим оптимальный объем, периодичность топки котла в отопительный сезон составит один раз в 1-3 дня."
То есть, при установке ТТ-котла на 20 кВт, рекомендуется использование ТА объемом 1 м куб.
Упрощенная формула для вычисления объема ТА для ТТ-котла:
https://topstory.su/29/03/2021/33822/kak-vybrat-bufernuyu-emkost.html
мощность котла * коэфф. перевода Ватт с Джоули
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
теплоемкость воды * разницу температур охлаждения и разогревания
(20 кВт * 3600 кДж) / (4,187 кДж/кгС * 25 град.С) = 687 кг (литров)
Что очень близко к минимальному рекомендуемому объему
Использование ТА для солнечного отопления
В литературе указывается минимальный объем ТА исходя из площади коллекторного поля: На 20 кв м коллекторов с высокоселективным абсорбером (10 шт) рекомендуется объем ТА - 1 куб м. При этом обеспечивается эффективность работы зимой и в межсезонье. Летом необходимо предусмотреть возможность сброса лишнего тепла (грунт, бассеин и др.)
Для повышения автономии серьезные производители используют гораздо большие объемы. При этом теплообменник делается сегментированным (разбивается на участки Верх/Середина/Дно или Верх/Дно). В этом случае получаем изменяемый активный объем поверхностного горячего слоя, с которого происходит съем и использование тепла, а оставшийся объем работает как буфер-накопитель. При таком подходе отпадает необходимость в сбросе лишнего тепла - оно остается в нижней части ТА.
Второе преимущество - нижние слои тоже остаются достаточно прогретыми и общая теплоемкость такого ТА позволяет достаточно легко справляться с отсутствием солнца в несколько дней.
https://rusgektar.ru/%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B/dom-na-100-solnechnom-otoplenii.280/
Открытый безнапорный ТА
Как мы видим, немцы постарались на славу и подошли очень технологично. Емкость сделана по принципу бойлера с косвенным нагревом и, на сколько я смог понять, внутри она содержит трехступенчатый бойлер для ГВС.
Переключение контуров нагрева осуществляется электромеханическим 4-ходовым клапаном.
Если умножить теплоемкость воды, на половину объема этого ТА и умножить на 50 градусов (разница температур холодного и заряженного ТА), а затем, полученное число разделить на 3600 кДж для перевода в более удобные кВт, то получаем:
4,187 кДж/кгС * 20 000 кг * 50 С / 3600 кДж = 1163 кВт = 1,2 мВт !!!!!
Т,е, при моих первичных расчетных тепловых потерях в 7 кВт/ч мне хватит этой энергии на 166 часов отопления (компенсации тепловых потерь) - а это 1 неделя зимой при -15 за бортом.
Не плохой результат, на который уже можно опираться.
Прошу заметить, что я не учитывал тепловые потери самой бочки на остывание, потому что бочка находится внутри дома и все потери идут на обогрев этого самого дома!
Но, что это дает для рядового человека, решившего построить себе дом?
- Нужно задаваться объемами в десятки кубометров, так как зарядить полностью весь объем не получится и всегда будет оставаться буферный объем у дна
- Необходимо найти технологию создания такой емкости, которая будет включать тепло- и гидроизоляцию на весь период эксплуатации (лет 50 хотя бы)
- Технология постройки ТА должна быть максимально экономной с точки зрения материалов и времени, а также исключать перемещение крупногабаритных конструкций.
#энергоэффективные дома #экономия денег #конструирование #свой участок #организация пространства #строительство для себя #самореализация #осознанность
