Теплоаккумулятор для отопления. Расчет.

Уж не первый раз получаю такой вопрос: А можно ли сделать такой теплоаккумулятор, чтобы летом его нагреть от солнечной энергии, а зимой его использовать?

Вопрос, конечно, интересный... Почему же нельзя? Если обеспечить тепловой аккумулятор достаточной емкостью и теплоизоляцией - то запросто. Вот только обеспечение это, наверное, будет не столь простым. Ну что ж, Мастер, давай посчитаем.

Мы понимаем с тобой, что необходимое количество тепловой энергии строго равняется уровню теплопотерь. Для нашего примера теплопотери вычислить нетрудно, для этого воспользуемся упрощенной формулой, не учитывающей разные дополнительные факторы. Отапливаемую площадь возьмем такую не очень крутую: 100 квадратов.

Q = S/10, поскольку на 10 квадратов отапливаемой площади приходится 1 кВт теплопотерь. Это, конечно, весьма примерно, но все же дает какое-то представление. Итак, для отопления на наши 100 квадратов необходимо тратить 10 кВт тепловой энергии в час.

А за месяц получается - 10 * 24 * 30 = 7200 кВт. Столько нужно на месяц.

Хорошо бы еще узнать, сколько надо воды и сколько градусов в ней, чтобы обеспечить такое восполнение теплопотерь. Теплоаккумуляторы других типов в расчет не берем, а то сейчас начнем про поиск материалов, способных накапливать и т.п. Так вот, примем следующее:

Удельная теплоемкость воды при 20° C_уд = 4,18 кДж/кг•°C или ~1 ккал/кг•°C
Разницу температур возьмем Т = 80-30 = 50°C
Удельный вес г = 1000 кг/м³
Объем v = 1 м³
И количество запасенной энергии при таких условиях:
Э = C*Т*v*г = 1*50*1*1000 = 50000 ккал = 58 кВт·ч

А сколько надо? А надо 7200. Таким образом, чтобы накопить нужное количество тепла, надо нагреть до 80 градусов 7200/58 = 124 кубометра воды. Ух-хех... Дальше считать что-то расхотелось. Это ж какую емкость надо поставить! Круглый такой бочоночек диаметром в 5 с половиной метров и высотой 5 метров...

Не. Месячный теплоаккумулятор что-то не складывается. А давай обойдемся хотя бы суточным? Какую емкость надо, чтобы сохранить тепло в течение суток? Нам тепла-то надо на сутки всего 10*24=240 кВт. Значит, какой нужен объем воды? 240/58=4 кубометра. Вот! Это еще куда ни шло!

Только по опыту я тебе так скажу: это тоже слишком много. Для случая, в котором возможно применение аккумулятора - много. А применен он может быть разве только тогда, когда нагревается один раз в сутки. Чем? Котлом. Каким котлом? Вот тут вопрос серьезный.

Если это что-то типа буржуйки (серийного металлического твердотопливного котла), то нужно, чтобы эта буржуйка обеспечивала необходимую мощность. Нам надо ни много ни мало 240 киловатт выработать максимум за пару часов, тут вынь да положь. Иначе какой смысл городить все это городилово, если топить эту буржуйку мощностью в 20 киловатт все 24 часа?

Это почему же при мощности 20 киловатт 24 часа надо подкидывать? Потому что КПД этих буржуек ниже плинтуса. Не веришь? Хочешь доказательств? Приходи сюда, сразимся.

Выходит, котел надо гораздо мощнее. Можно, конечно, купить стальное чудовище нужной мощности где-нить за 200000 рублей, разломать стену в доме и затащить это чудо, установить. Плюс 4 куба аккумулятор. Но это слишком дорого, да и КПД приемлемого все равно нет.

И остается вариант с нормальной традиционной кирпичной печью-котлом. Только она способна выработать такое количество тепла за такой короткий срок, причем, половину выработанного отдаст теплоаккумулятору, а другую половину сохранит в своем массиве. Это утверждение хотя и утрированно, но дает четкое понимание того, что массив кирпичного котла - это тоже теплоаккумулятор, ничуть не уступающий, а даже и превосходящий водяной.

И что из этого следует? А это означает, что емкость водяного теплоаккумулятора мы можем еще вдвое уменьшить. О как! А два куба, это уже не четыре, и для 100 квадратов площади такая экономия более чем существенна.

Но это тоже еще не все. Я ведь хитрый, не сразу тебя гружу, постепенно подвожу к результату. Я только что обмолвился о том, что массив котла превосходит по аккумулирующим свойствам водяной. И это действительно так. Я в этом убедился полностью и воочию. На мои 100 квадратов площади нет необходимости греть воду до столь высокой температуры. Максимум, до каких значений поднимается температура моего теплоаккумулятора - это 60-65 градусов. И опускается за сутки до минимум 35-40 градусов.

И это очень даже неплохо, потому что нет необходимости, оказывается, городить огромный расширительный бак. У меня на 2 кубометра воды расширителем служит 20 литровая полиэтиленовая канистра. Только и всего. И по уровню воды в нем я нормально ориентируюсь, насколько прогрет таплоаккумулятор.

Так ведь это же совсем немного тепла накапливается! - воскликнешь ты. И правильно скажешь. Потому что основное количество - в массиве котла остается. Так на фига нам тогда водяной аккумулятор? А вот тут погодь, Мастер, не спеши открещиваться.

Нагрел ты котел без аккумулятора, а как будешь распределять тепло по комнатам? Если ты придумал воздушное распределение, без применения труб, воды, батарей - молодец. Правда, там тоже нужны воздуховоды, тоже клапаны для регулирования и тоже желательна автоматика - так что тоже городилово, никуда от этого не уйдешь.

Кроме того, воздушная система отопления не столь беспроблемна и при накоплении тепла в кирпичном массиве имеет очень существенный недостаток: воздушные каналы в теплообменнике котла очень быстро наполняются пылью, поэтому нужны еще и фильтры, и вентиляторы... вобщем, не так все с этим просто тоже.

А мы давай вернемся к классической водяной системе распределения тепла. Так вот, опять вопрос: нагрел ты котел до 100 градусов и более в его массиве. У тебя в нем регистры с водой. Попробуй перекрыть систему, оставить воду в регистрах без движения! Чуешь, чем пахнет? Слышишь хлопки в системе? Это регистры кипеть начали. Открывай скорее батареи, гони воду, охлаждай регистры. И готовь веник березовый, потому что в гостиной твоей теперь можно начинать париться.

Это почему так? А потому, что у тебя теплоаккумулятора водяного нет. Водяной теплоаккумулятор - это как бы дополнение для кирпичного теплоаккумулятора, способного придержать в себе значительное количество тепла. Это тепло (Внимание!) еще долгое время продолжает отдавать котел после того, как закрыта труба и топка закончена.

В его внутренностях один топливник только нагрет до 500 градусов и выше, представляешь? Пусть это всего лишь сотня кирпичей, но при таких температурах только топливник накопил в себе до 25 кВт. А еще остальной массив, в котором не менее 2000 кирпичей. Сложно, конечно, все просчитывать до точностей, но по практике своей скажу так: большой емкости водяного аккумулятора при кирпичном котле не требуется.