(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как сделать отопление с теплоаккумулятором


Схема отопления с теплоаккумулятором в частном доме

Твердотопливные котлы – отличное оборудование для отопления частного дома в сельской местности или в пригороде, вдали от газовых магистралей. Как и любое другое оборудование котлы на твердом топливе претерпевают изменения, модифицируются и усовершенствуются, поэтому современные модели представлены пиролизными аппаратами, котлами с теплоаккумуляторами, пеллетным оборудованием, оснащены автоматикой и средствами контроля параметров. Стандартная схема отопления с теплоаккумулятором заслуживает особого внимания, так как экономит топливо, которое и без того стоит недешево – ведь платить приходится не только за дрова, торф, пеллеты или уголь, но и за их доставку. Теплоаккумулятор для электрических и твердотопливных котлов отопления эффективнее себя проявит, если подсчет электроэнергии ведется по дневному и ночному тарифам. Отопительное оборудование с тепловым аккумулятором

Устройство отопления с ТА

Тепловой аккумулятор (ТА) для котлов отопления – составная часть отопительной системы, работающая на увеличение временного отрезка между циклами подачи топлива в топочную камеру. Конструктивно это герметичная утепленная емкость большого объема, наполненная теплоносителем из системы отопления, который постоянно циркулирует по контуру (контурам). В качестве теплоносителя используются традиционные жидкости – дистилированная вода, антифриз, водно-глюколевые растворы.

Единственная особенность, которую обязательно нужно учитывать при принятии решения о включении в схему ТА – объем отапливаемых помещений. Чем он меньше, тем меньше смысла в установке теплоаккумулятора – мощности котла и нагревательных приборов (радиаторов, батарей) вполне достаточно для обогрева небольших помещений. Как функционирует отопление с тепловым аккумулятором – упрощенная схема подключения:

  1. Теплоаккумулятор включается в разрыв между котлом и трубной разводкой, то есть, нагретая в котле жидкость сразу направляется в емкость;
  2. Из аккумулятора горячая жидкость перетекает в отопительные приборы посредством трубной разводки;
  3. По обратной подаче жидкость снова направляется в аккумулятор, а из него – в котел для нового цикла нагревания.
Принципиальная схема работы отопления с тепловым аккумулятором

Потоки подачи и обратки должны постоянно смешиваться – это условие эффективной работы теплового аккумулятора. Но нагретый теплоноситель поднимается вверх, а остывший – опускается вниз, поэтому сложность обеспечения работоспособности системы заключается в том, чтобы создать такие условия, при которых некоторый объем горячей жидкости опускался на дно аккумулятора для нагрева остывшей жидкости из обратки. Заряженный аккумулятор – это резервуар, в котором весь объем теплоносителя имеет одинаковую температуру.

После сгорания очередной порции твердого топлива котел перестает нагревать воду, и начинает работать ТА. Горячий теплоноситель продолжает двигаться в системе, отдавая тепло и охлаждаясь в батареях. Циркуляция будет продолжаться до тех пор, пока теплоноситель не остынет полностью, или в котел не загрузится новая порция дров или угля.

При наличии системы автоматики критическое охлаждение теплоносителя не допускается, так как подача твердого топлива в системе отопления с твердотопливным котлом контролируется датчиками температуры: при достижении определенного значения, означающего, что котел перестал поддерживать горение, датчик подает сигнал в исполнительную систему, которая открывает задвижку подачи топлива – угля, пеллет или торфа.

Автоматическая загрузка топлива в твердотопливный котел

Недостатки работы системы отопления с теплоаккумулятором для дачных и садовых домиков с сезонным проживанием:

  1. Помещения прогреваются дольше;
  2. Из-за маленьких размеров ТА увеличивается объем отопительного контура, поэтому самый дешевый теплоноситель для таких систем – вода. Антифриз и другие синтетические жидкости обойдутся слишком дорого.


Но каждый раз по приезде вновь наполнять систему водой – занятие хлопотное, а, если выездите на дачу два-три раза в месяц – просто бессмысленное. Поэтому в ТА встраиваются дополнительные стальные спиральные трубы, выполняющие роль отопительных контуров. Теплоноситель, протекающий по спиралям, не контактирует с теплоносителем в ТА, а является отдельным и автономным контуром отопления или ГВС. Реализацией такого несложного приема можно добиться универсальности применения любого котла, даже простейшего одноконтурного. Причем КПД такого оборудования будет использован максимально. Теплоаккумулятор со спиралевидным контуром

Роль таких пассивных спиралей могут выполнять и активные элементы – электрические ТЭНы, которые могут подключаться к электрической сети или быть автономными – работать от энергии солнца (солнечных аккумуляторов). Такой способ нагрева теплоносителя или ГВС считается вспомогательным.

Схема обвязки с тепловым аккумулятором

Схем отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором можно разработать сколько угодно – все будет зависеть от реальных условий эксплуатации отопления, расположения помещений, их площади, применяемого оборудования, и т.д. Традиционная и стандартная обвязка твердотопливного котла отопления схема с теплоаккумулятором работает следующим образом:

На рисунке ниже стрелками указаны перемещения теплоносителя по системе, при этом обратка вверх двигаться не может. Чтобы забирать теплоноситель из обратки, в схему включается циркуляционный насос между аккумулятором и котлом, который перекачивает больше жидкости, чем насос до ТА. Таким образом, образуется перепад давлений в трубах, и жидкость забирается из трубы обратной подачи в резервуар. Небольшой недостаток этой схемы заключается в том, что контур будет нагреваться дольше. Простейшая схема обвязки с теплоаккумулятором

Для уменьшения этого временного отрезка реализуется такое устройство отопления (рисунок ниже по тексту) с замкнутым циклом прогревания котла. Работает схема так: теплоноситель не поступает из ТА в котел до тех пор, пока она не нагреется в рубашке котла до заданной температуры. После достижения заданного значения некоторый объем жидкости из трубы подачи поступает в аккумулятор, а часть смешивается в системе с жидкостью из ТА, и снова подается в котел. Обвязка теплоаккумулятора с контуром прогревания котла

В результате реализации такой схемы котел всегда принимает нагретую жидкость, что поднимет его КПД, уменьшает время прогрева отопительного контура и позволяет организовать автономный режим работы включением двух байпасов:

  1. При неработающем насосе и перекрытом вентиле нижнего байпаса работает обратный клапан;
  2. При неработающем насосе и обратном клапане работает нижний байпас.


Из-за высокого сопротивления обратного клапана потоку теплоносителя его можно не включать в схему: Обвязка без обратного клапана для системы с естественной циркуляцией теплоносителя

При аварийном отключении электричества шаровый вентиль открывается вручную. При работе схемы только с принудительной циркуляцией теплоносителя обвязка с ТА делается по следующей схеме: Обвязка для системы с принудительной циркуляцией теплоносителя

Как рассчитать требуемый объем теплоаккумулятора

Слишком большой или слишком маленький резервуар для накопления тепла в виде нагретого теплоносителя– это неэффективное решение, поэтому требуемый объем резервуара подлежит математическому расчету, точные результаты которого получить сложно из-за приблизительных первоначальных данных – тепловых потерь в помещении, свойств утеплителя стен и фундамента дома, теплоизолирующих качеств стройматериалов стен, перекрытий и перегородок, этих же параметров оконных и дверных проемов. Но приблизительно провести расчет теплоаккумулятора все же можно, и рассчитан такой прием именно на незнание точных тепловых потерь здания, тем более, если его только предстоит построить.

Выбор размеров и объема резервуара под тепловой аккумулятор можно сделать, отталкиваясь от следующих параметров:

  1. Общая площадь отапливаемых помещений;
  2. Тепловая мощность нагревательного оборудования.

Эти два параметра и определяют объем ТА.

Допустим, необходимо вычислить объем теплового аккумулятора для отопительной системы, исходя из отапливаемой площади помещения. Формула для расчета простая: площадь в квадратных метрах умножается на четыре (Sx 4). Например, для дома общей отапливаемой площадью 50 м2 потребуется резервуар на 200 литров. При таком объеме ТА, как показывает практика, загружать котле твердым топливом можно всего одни раз в сутки. Это – очень хорошая экономия и очень хороший КПД.

Расчет объема теплоаккумулятора отопления

Знающие хозяева скажут, что можно просто установить пиролизный котел, который будет работать так же. Но работа такого котла немного сложнее и менее эффективна, так как:

  1. Сначала топливо возгорается и разгорается;
  2. Затем ограничивается подача воздуха;
  3. Последним активируется тление топлива (пиролиз).

При возгорании топлива температура теплоносителя резко возрастает, а пиролизный процесс поддерживает ее на заданном уровне, причем во время протекания пиролиза много тепловой энергии просто исчезает в трубу дымохода, не обогревая почти ничего. Еще один минус – при открытой системе отопления на пиках разогрева теплоноситель может закипать и выплескиваться из расширительного бачка, а при использовании ПВХ труб для разводки отопления они быстрее выходят из строя от высокой температуры.

 

Как сделать теплоаккумулятор своими руками

В большинстве случаев, как бы то ни было, система отопления состоит из трех основных частей, среди них трубопроводная магистраль, радиаторы отопления и бойлер, который заменяется отопительными приборами. Но системы последнего поколения часто оснащаются и другими полезными устройствами, среди которых можно выделить аккумулятор тепла. Сделать это самостоятельно в домашних условиях довольно просто. С помощью этой добавки вы можете накапливать лишнюю энергию, произведенную в котле и потраченную зря.В большинстве случаев эти варианты представляют собой металлическую емкость, которая оборудована несколькими насадками, расположенными сверху и снизу. К последним подключаются источники тепла, а ко вторым - потребители. Внутри находится жидкость, которую хозяева могут использовать в своих целях.

Произвести манипуляции на производстве можно довольно просто, для этого необходимо подготовить определенный набор инструментов и материалов, а также запастись терпением.

Особенности конструкции

Если вы решили изготовить тепловой аккумулятор своими руками, то для начала необходимо ознакомиться с особенностями и принципами работы этого оборудования.В основе функционирования лежит значительная теплоемкость воды. Трубопровод котла подсоединяется к верхней части бака, последний из которых принимает горячую воду с максимально возможной температурой. Внизу должен располагаться циркуляционный насос, который отвечает за отбор холодной воды и нагнетание ее через систему отопления. Затем жидкость возвращается в котел.

В кратчайшие сроки ранее охлажденная жидкость заменяется вновь нагретой. После того, как котел перестал работать, вода в трубах системы начинает медленно остывать.В процессе циркуляции он попадает в емкость, в которой горячий теплоноситель начинает выдавливаться в трубы. Это позволяет обеспечить отопление на определенный период времени.

Необходимость изготовления теплового аккумулятора

Если вы решили изготовить тепловой аккумулятор своими руками, вы должны знать, какие функции он выполняет. Стоит учесть, что современные накопители тепла - это довольно сложные устройства, выполняющие множество функций. Они обеспечивают жилье горячим водоснабжением, позволяют максимально повысить эффективность систем отопления дома, при этом снижая финансовые затраты на топливо.Помимо прочего, устройство способно стабилизировать температурный режим внутри помещения.

С помощью данного оборудования есть возможность объединить несколько источников тепла, заключив их в единую цепь. Возможна и обратная задача. Теплоаккумулятор своими руками изготавливается просто. Он будет накапливать чрезмерное количество энергии, которую вырабатывает котел.

Недостатки теплового аккумулятора

Если вы решили сделать тепловой аккумулятор для котла сам, необходимо учитывать, что он имеет существенные недостатки, среди которых можно выделить то, что водный ресурс будет зависеть от объема установленной мощности.Емкость - очень ограниченное понятие, поэтому вода имеет свойство заканчиваться. В результате владельцы частных домов часто имеют дополнительную систему отопления. Первый недостаток порождается вторым: он выражается в необходимости внушительной площади, что требует более ресурсоемких установок. Это может быть отдельное помещение, напоминающее котельную. Не в каждом доме есть возможность обустроить такое помещение.

Изготовление простого теплового аккумулятора

Если вам нужен тепловой аккумулятор, своими руками это оборудование будет достаточно простым.В его основе должен быть принцип термоса. Наличие стен, не способных проводить тепло, не позволяет теплоносителю достаточно продолжительное время остывать. Для работы необходимо будет подготовить емкость, объем которой равен 150 литрам и более. Вам понадобится скотч, бетонная плита, утеплитель и медные трубы. Последние можно заменить электронагревателями.

Рекомендации специалиста

При изготовлении тепловых аккумуляторов для отопления своими руками на первом этапе необходимо задуматься о том, как будет выглядеть бак.Чаще всего для его изготовления используется металлическая бочка, которую можно найти даже на территории. Конечный объем можно определить индивидуально, но не стоит использовать тару емкостью менее 150 литров. Это связано с нецелесообразностью работы.

Технология изготовления

Если вы решили сделать своими руками тепловой аккумулятор, чертежи которого можно составить самостоятельно, на первом этапе выбранную бочку обязательно нужно привести в порядок. Для этого его тщательно очищают, удаляют пыль и пыль изнутри.Если есть участки, на которых уже образовалась коррозия, то этот дефект необходимо утилизировать.

Теперь мастер должен подготовить тепловую изоляцию, которая превратит бак. Изоляционный материал отвечает за сохранение тепла внутри ствола в течение более длительного времени. Для самодельного устройства отлично подойдет минеральная вата. Емкость нужно обволакивать снаружи, фиксируя все скотчем. Кроме того, конструкция покрывается листовым металлом, который можно заменить фольгированной пленкой.Ею нужно аккуратно обернуть емкость.

Внутреннее наполнение

Если теплоаккумулятор изготовлен из бочек своими руками, важно определиться, при каком варианте вода внутри начнет нагреваться. Можно использовать электронагреватели, а также змеевик, в последний из которых спускается теплоноситель. Первый вариант довольно сложен, к тому же небезопасен. Именно поэтому от него рекомендуется отказаться. Что касается змеевика, то его можно изготовить самостоятельно, используя медную трубку.Диаметр последних должен составлять 3 см, а длина может варьироваться от 8 до 15 метров. Из этого элемента готовится спираль, которая затем помещается внутрь.

Отделочные работы

В качестве теплового аккумулятора в модели модели является верхняя часть емкости. От него нужно запустить патрубок. В нижней части монтируется еще одна труба, которая будет проемом. По нему будет течь холодная вода. Эти компоненты системы обязательно комплектуются кранами.По этому можно считать, что довольно простое устройство полностью готово к эксплуатации. Однако перед началом использования важно решить один вопрос, связанный с пожарной безопасностью. В правилах написано, что установка должна располагаться только на бетонной плите, по возможности конструкцию следует отгородить стеной.

Особенности подключения

Если вы задумываетесь над тем, как сделать аккумулятор тепла своими руками, то необходимо ознакомиться с особенностями подключения. Транзит через весь контейнер должен проходить по обратному трубопроводу, на концах которого должны быть предусмотрены вход и выход.Изначально мощность и обратку котла нужно соединить между собой. Между ними находится циркуляционный насос. Последний устанавливается со второй стороны, как запорный кран. Подводящий трубопровод подключается по той же технологии, что и предыдущий, но теперь тепловые насосы не устанавливаются.

p> .

Основы всасывающих аккумуляторов в домашних тепловых насосах


Первоначально опубликовано 10 декабря 2013 г.

Для поиска и устранения неисправностей компонентов системы теплового насоса вы должны сначала понять их. Поскольку большая часть Северной Америки перешла в отопительный сезон, сейчас самое подходящее время для обзора компонента, обычно встречающегося в системах тепловых насосов в жилых домах: всасывающего аккумулятора.

Что такое всасывающий аккумулятор?

Накопители на всасывании являются критически важными компонентами тепловых насосов типа воздух-воздух и воздух-вода.

Что делает всасывающий аккумулятор?

Тепловые насосы с воздушным источником должны поддерживать тонкий баланс и надлежащий контроль жидкого хладагента в условиях низких температур окружающей среды, чтобы обеспечить охлаждение компрессора и избежать чрезмерного обратного перетока хладагента. Если жидкий хладагент может протечь через систему и вернуться в компрессор без испарения, это может вызвать повреждение компрессора. В зависимости от типа компрессора это повреждение может варьироваться от закупорки жидкости, потери масла (в компрессоре) или вымывания подшипников.

Для защиты от обратного потока в системах, уязвимых к повреждению жидким хладагентом, таких как тепловые насосы, функция аккумулятора заключается в перехвате жидкого хладагента до того, как он достигнет компрессора. Когда требуется разморозка змеевика, компрессор подвергается внезапным скачкам жидкости, которые могут создать экстремальные напряжения в системе. Аккумулятор может действовать как приемник во время циклов нагрева и оттаивания, когда дисбаланс системы или перезарядка в полевых условиях может привести к чрезмерному содержанию жидкого хладагента в системе.

Аккумулятор может накапливать хладагент до тех пор, пока он не понадобится, и подавать его обратно в компрессор с приемлемой скоростью. Основные движения хладагента происходят в начале и в конце цикла размораживания, и хотя останавливать это движение не обязательно или даже нежелательно, важно контролировать скорость, с которой жидкий хладагент возвращается в компрессор. Наряду с правильным дозированием гидроаккумулятор может эффективно поддерживать температуру картера или днища корпуса в приемлемых пределах.Правильно спроектированный всасывающий аккумулятор может обеспечить отличную защиту от обеих потенциальных опасностей.

Аккумулятор какого типа или размера следует использовать?

Этот компонент должен располагаться на линии всасывания компрессора между испарителем и компрессором. Он должен иметь достаточно большой объем / производительность, чтобы удерживать максимальное количество жидкости, которая может вернуться в него, и иметь условия для положительного возврата масла в компрессор.

Фактическая удерживающая способность хладагента, необходимая для данного аккумулятора, определяется требованиями конкретного применения, и аккумулятор должен быть выбран таким, чтобы удерживать максимальное ожидаемое обратное вытекание жидкости.Типичные аккумуляторы, изготовленные для кондиционирования воздуха или промышленного использования, имеют отверстия для возврата масла диаметром от 0,0625 до 0,125 дюйма. Меньшее отверстие, несомненно, более уязвимо для ограничений со стороны частиц припоя или других посторонних материалов в системе, поэтому было бы целесообразно использовать входной экран, особенно в системах с трубопроводами, устанавливаемыми в поле. Следует также позаботиться о том, чтобы припой и флюс не попали в аккумулятор, поскольку чрезмерное количество посторонних материалов может закупорить измерительное отверстие, эффективно задерживая компрессорное масло в аккумуляторе.

Обратите внимание, что вход хладагента смещен от верха J-трубки. Когда хладагент и масло попадают в сосуд, происходит разделение по скоростям, и хладагент расширяется из-за окружающей температуры, создавая источник тепла. В этот момент поступающее масло (вместе с любым жидким хладагентом) отделяется от парообразного хладагента и падает на дно. Пар хладагента движется по J-трубке, поскольку компрессор вызывает перепад давления между входом и выходом аккумулятора.Когда хладагент проходит через J-образную трубку, это вызывает эффект Вентури через отверстие, втягивая масло со дна емкости. Парообразный хладагент переносит масло обратно в компрессор с контролируемой скоростью.


Читать далее: Руководство подрядчика по ремонту или замене систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, поврежденных наводнением

.

Как работает тепловой насос | HVAC

В тепловом насосе с воздушным источником тепла используются передовые технологии и цикл охлаждения для обогрева и охлаждения вашего дома. Это позволяет тепловому насосу обеспечивать комфорт в помещении круглый год независимо от времени года.

Тепловой насос в режиме кондиционирования воздуха

При правильной установке и функционировании тепловой насос может поддерживать прохладную комфортную температуру, снижая при этом уровень влажности в вашем доме.

  1. Теплый воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
  2. Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента между внутренним испарителем и наружными конденсаторными блоками.
  3. Теплый воздух в помещении затем направляется к воздухообрабатывающему устройству, в то время как хладагент перекачивается из внешнего змеевика конденсатора во внутренний змеевик испарителя. Хладагент поглощает тепло, проходя через воздух в помещении.
  4. Этот охлажденный и осушенный воздух затем проталкивается через соединительные внутренние воздуховоды к вентиляционным отверстиям по всему дому, снижая внутреннюю температуру.
  5. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный метод охлаждения.


Тепловой насос в тепловом режиме

Тепловые насосы уже много лет используются в регионах с более мягкими зимами. Тем не менее, технология тепловых насосов с воздушным источником тепла претерпела значительные изменения, что позволяет использовать эти системы в районах с продолжительными периодами отрицательных температур.

  1. Тепловой насос может переключаться из режима кондиционирования воздуха в режим нагрева путем реверсирования цикла охлаждения, в результате чего внешний змеевик работает как испаритель, а внутренний змеевик - как конденсатор.
  2. Хладагент проходит через замкнутую систему холодильных линий между наружным и внутренним блоком.
  3. Хотя наружные температуры низкие, достаточно тепловой энергии поглощается из внешнего воздуха змеевиком конденсатора и выделяется внутри змеевиком испарителя.
  4. Воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
  5. Хладагент перекачивается из внутреннего змеевика во внешний змеевик, где он поглощает тепло из воздуха.
  6. Этот нагретый воздух затем проталкивается через соединительные каналы к вентиляционным отверстиям по всему дому, повышая внутреннюю температуру.
  7. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный способ согреться.

Детали теплового насоса


Чтобы лучше понять, как ваш воздух нагревается или охлаждается, полезно немного узнать о деталях, составляющих систему теплового насоса. Типичная система с воздушным тепловым насосом представляет собой систему, состоящую из двух или двух частей, в которой в качестве источника энергии используется электричество.Система содержит наружный блок, похожий на кондиционер, и комнатный кондиционер. Тепловой насос работает вместе с устройством обработки воздуха, распределяя теплый или прохладный воздух по внутренним помещениям. Помимо электрических компонентов и вентилятора, система теплового насоса включает:

Компрессор: Перемещает хладагент по системе. Некоторые тепловые насосы содержат спиральный компрессор. По сравнению с поршневыми компрессорами спиральные компрессоры тише, имеют более длительный срок службы и обеспечивают на 10–15 ° F более теплый воздух в режиме нагрева.

Плата управления: Определяет, должна ли система теплового насоса находиться в режиме охлаждения, обогрева или размораживания.

Змеевики: Конденсатор и испарительный змеевик нагревают или охлаждают воздух в зависимости от направления потока хладагента.

Хладагент: Вещество в холодильных линиях, которое циркулирует через внутренний и наружный агрегаты.

Реверсивные клапаны: Измените поток хладагента, который определяет, охлаждается или нагревается ваше внутреннее пространство.

Термостатические расширительные клапаны: Регулируют поток хладагента так же, как кран крана регулирует поток воды.

Аккумулятор: Резервуар, который регулирует заправку хладагента в зависимости от сезонных потребностей.

Холодильные линии и трубы: Подсоедините внутреннее и внешнее оборудование.

Нагревательные полосы: Электрический нагревательный элемент используется для дополнительного нагрева. Этот добавленный компонент используется для добавления дополнительного тепла в холодные дни или для быстрого восстановления после низких температур.

Воздуховоды: Служат воздушными туннелями в различные помещения внутри вашего дома.

Термостат или система управления: Устанавливает желаемую температуру

.

Как работают тепловые батареи?

Что такое тепловая батарея?

Любую тепловую массу можно по определению назвать тепловой батареей, поскольку она способна накапливать тепло. В контексте дома это означает плотные материалы, такие как кирпич, кладка и бетон. Даже кувшин с водой, стоящий в солнечном окне, представляет собой своего рода тепловую батарею, поскольку она улавливает, а затем выделяет тепло от солнца.

Хорошо утепленный бетонный пол также действует как тепловая батарея; как только вы накачаете его полным теплом, он долго остынет (в зависимости от толщины), и в течение этого времени он регулирует внутреннюю температуру.

Одно из практических применений для получения максимальной отдачи от излучающего бетонного пола, поскольку тепловая батарея может быть в областях с колеблющимися затратами на электроэнергию - вы можете настроить пол на таймер, чтобы он включался только в часы с низким тарифом (с 19:00 до 7:00 в Онтарио например). В течение двенадцати часов, когда он выключен, он действует как аккумулятор, медленно выделяя накопленное тепло, поэтому вам не придется платить по более высоким тарифам в часы пик.

MIT Solar House через Викимедиа

По мере того, как вы переходите в зону активных систем аккумулирования тепла, одним из наиболее распространенных типов тепловых батарей (хотя их не так много) является огромный резервуар для воды, закопанный в землю, который нагревается. солнечными тепловыми панелями.

Даже этот тип системы не нов, первый дом в Соединенных Штатах с активной системой солнечного отопления был построен в 1939 году на территории кампуса Массачусетского технологического института (Массачусетского технологического института) и располагался на вершине огромного резервуара с водой, который нагревается. тепловыми солнечными батареями.

Тепловая батарея MIT Solar House через Викимедиа

Что такое тепловые батареи с фазовым переходом?

Использование «фазового перехода» немного поднимает планку - оставайтесь со мной, это будет весело, обещаю :)

Для превращения материала из твердого в жидкое требуется значительное количество энергии.Эта энергия высвобождается позже, когда материал снова затвердевает. Пока происходят эти преобразования, и материал либо поглощает, либо выделяет энергию, температура остается постоянной. Как только фазовый переход завершится, материал снова начнет изменять температуру.

Так что это означает в реальном выражении? Это означает, что для того, чтобы растопить воду, воск, металл, камень или что-то еще, вам нужно накормить его тонной энергии. но при этом температура не меняется.Таким образом, ваша «батарея» имеет больше энергии, и вы можете хранить больше тепла в том же объеме пространства.

Трудно использовать температуру плавления 0 ° Цельсия, но воск плавится при температуре около 37 ° Цельсия (в зависимости от его точного химического состава), что идеально подходит для сбора и хранения тепла от солнечных тепловых коллекторов.

Как построить тепловую батарею:

Если у вас есть солнечная панель, собирающая тепло (непосредственно нагревающая воздух или жидкость, а не генерирующая энергию с помощью фотоэлектрических элементов), вы можете использовать ее для зарядки тепловой батареи.Представьте себе это - большой резервуар с воском (или водой), который нагревается нагретыми змеевиками солнечного коллектора. Через этот же резервуар проходит другой змеевик, который отбирает тепло, чтобы перекачивать его через ваш лучистый пол или любую другую систему распределения тепла, которая у вас есть.

Удельная теплоемкость:

Если вы возьмете твердый парафин (теплоемкость Cp = 2,5 кДж / кг · K и теплота плавления 210 кДж / кг), скажем, 1 кг при комнатной температуре, вам потребуется 2,5 кДж (килоджоулей) тепла, чтобы Блок 1 кг выдерживает температуру от 20 ° C до 21 ° C.Чтобы температура повысилась с 21 ° C до 22 ° C, вам также потребуется 2,5 кДж (то есть такое же количество энергии).

Парафин плавится примерно при 37 ° C. Если она упадет до 36 ° C, вам снова потребуется всего 2,5 кДж, чтобы вернуть ее к 37 ° C, но вам потребуется 210 кДж (в 84 раза больше), чтобы перейти с 37 до 38 ° C.

Это связано с тем, что для плавления необходимо разорвать некоторые химические связи в твердой решетке, а это требует дополнительной энергии. Итак, в целом, если при температуре 20 ° C лежит килограмм парафина, вам понадобится 252 штуки.5 кДж, чтобы довести его до 38 ° C.

Бетон является одним из наиболее распространенных строительных материалов с высокой теплотворной способностью. В отличие от парафина, для 1 кг бетона (Cp = 0,88 кДж / кг · K) потребуется 15,8 кДж. Для воды (Cp = 4,18 кДж / кг · К) необходимое количество энергии составит 75,2 кДж.

Количество вложенной энергии - это количество энергии, хранящейся в материале, поскольку эта энергия позже будет высвобождаться, когда материал снова остынет до 20 ° C или комнатной температуры. Хотя существует множество материалов, которые можно использовать для аккумулирования тепла, это всего лишь краткое сравнение некоторых из наиболее широко доступных.

Итак, парафин может сохранять в 16 раз больше тепла на килограмм, чем бетон, и в 3,4 раза больше, чем вода. Таким образом, хотя вода может быть не лучшим материалом для хранения тепла, она, безусловно, является наиболее доступной по цене и легкодоступной.

Значение Cp, указанное в тексте выше, относится к теплоемкости материалов.

q = м Cp ΔT

где:

q = энергия [Дж]

m = масса материала [кг]

Cp = теплоемкость материала [кДж / (кг · K)]

ΔT = разница температур [K или ° C]

Подробнее о дизайне пассивных солнечных домов здесь

Схема термобатареи предоставлена ​​компанией Alternative-Photonics.com /

Диаграммы тепловых батарей любезно предоставлены компанией Alternative Photonics.

.

Смотрите также