Sistemas de calefacción con acumuladores de calor.

El contenido del artículo

• ¿Qué es un dispositivo de almacenamiento de calor?
• ¿Qué aporta la instalación de un acumulador de calor?
• Criterios de selección del tanque de compensación
• Cálculo del acumulador de calor.
• Características de instalación y operación.

Existe una manera de acercar la conveniencia de usar una caldera de combustible sólido a la comodidad que brinda la calefacción con gas natural. El acumulador de calor no solo reduce la frecuencia de encendido, sino que también proporciona importantes ahorros en calefacción eléctrica con un sistema de pago multitarifa..

¿Qué es un dispositivo de almacenamiento de calor?

La tarea de conservar la energía térmica es uno de los problemas más acuciantes del sector energético mundial. En primer lugar, se requiere su solución para optimizar el funcionamiento de los sistemas de conversión de energía solar, pero el mismo tipo de problema también ocurre en los hogares comunes. Algunos propietarios de casas de campo no se sienten atraídos por la idea de convertirse en bomberos, mientras que los que usan electricidad para calefacción se preocupan principalmente por la reducción de costos..

Todas estas tareas se pueden resolver instalando un acumulador de calor, que acumula energía en el modo de funcionamiento activo del calentador y luego la transfiere al sistema durante mucho tiempo. Para evitar confusiones, conviene señalar de inmediato que los dispositivos de almacenamiento de calor son de dos tipos:

1. Acumuladores de calor de magnesita instalados en dispositivos de calefacción eléctrica.
2. Tanques de compensación con agua: una sustancia natural con la mayor capacidad calorífica.

El primer tipo de almacenamiento de calor se conoce desde hace aproximadamente medio siglo y sirve como reemplazo de los convectores eléctricos donde el pago de múltiples tarifas por la electricidad es relevante. El calor almacenado de la cáscara de magnesita es capaz de dar de 8 a 12 horas, calentando la casa durante el día sin consumir electricidad. La principal desventaja de dichos acumuladores de calor es la necesidad de calcular con precisión la capacidad térmica individualmente para cada habitación, teniendo en cuenta la inercia de las estructuras del edificio, la pérdida de calor y el volumen de aire. Los errores en los cálculos conducen a una violación del régimen climático y, como consecuencia, a la absoluta incompetencia de usar acumuladores de calor de este tipo..

El tanque intermedio es un tanque de agua integrado en el sistema de calefacción hidráulico. El calentamiento del refrigerante del búfer se puede llevar a cabo directamente; dichos tanques se denominan de circuito único o mediante un intercambiador de calor, es decir, los refrigerantes en diferentes circuitos están aislados entre sí. La multifuncionalidad del almacenamiento de agua permite que se utilice tanto para la transferencia de calor uniforme en modos transitorios como para el almacenamiento de energía durante el período de la tarifa nocturna. Este tipo de acumuladores de calor es el más interesante para el consumidor ruso, y lo analizaremos en detalle..

¿Qué aporta la instalación de un acumulador de calor?

El acumulador de calor no se puede clasificar como una actualización económica del sistema de calefacción. El costo promedio comienza desde 120-140 mil rublos. y puede llegar a medio millón, y el rango de precios especificado es relevante para sistemas que proporcionan calor a viviendas con un área de hasta 150 m². Surge una pregunta natural: ¿cuál es la justificación para la compra de equipos tan costosos??

Para comprender la viabilidad de instalar un dispositivo de almacenamiento de calor, debe comprender bien los detalles de su funcionamiento. En primer lugar, vale la pena recordar que no proporciona ventajas tangibles en conjunto con una caldera que funciona con gas natural, fuel oil, es decir, con suministro automático de combustible. Tiene sentido instalar un acumulador de calor con unidades eléctricas o de combustible sólido con carga manual, así como en conjunto con colectores solares. En este orden, se pueden distinguir una serie de ventajas:

1. Mejora de la comodidad operativa de una caldera de combustible sólido: la cantidad de leña se puede reducir a una por día, y esto es cierto tanto fuera de temporada como en el período más frío de cinco días..
2. Mayor ahorro: funcionando a máxima potencia, la caldera de combustible sólido no pierde calor junto con los productos de combustión. El agua a baja temperatura circula en la bobina todo el tiempo, absorbiendo efectivamente la energía generada.
3. Prolongación de la vida útil de la caldera por protección contra sobrecalentamiento. En el modo de combustión de llama activa, el intercambiador de calor permanece seco todo el tiempo; debido a la ausencia de condensado, la contaminación de los canales de humo con alquitrán se ralentiza significativamente y se excluye el efecto sobre el metal de la bobina de los ácidos formados cuando el humo entra en contacto con la humedad..
4. Si el sistema es alimentado por un colector solar, el acumulador de calor es insustituible, porque es gracias a él que es posible calentar el volumen habitable no solo durante el día, sino también por la noche..
5. Las características de diseño del acumulador de calor facilitan al máximo la implementación de un sistema de ACS, incluso con recirculación..

Criterios de selección del tanque de compensación

Como ya se mencionó, el rango de precios para dispositivos de almacenamiento de calor de idéntica capacidad es muy alto. Para tomar la decisión correcta, necesita saber qué determina la calidad y durabilidad del equipo. El material del cuerpo del recipiente es de primordial importancia:

• El acero al carbono se puede utilizar en sistemas que no tienen una reposición regular de agua, lo que significa que las partes metálicas no están constantemente expuestas al oxígeno disuelto..
• El acero inoxidable tiene propiedades anticorrosión, un contenedor de este tipo es completamente incapaz de causar la formación de lodos en el sistema y se considera el tipo más avanzado de almacenamiento de calor, pero es más caro que otros..
• Una caja de metal con un recubrimiento de polímero: en este caso, la resistencia a la corrosión del material base del tanque no es crítica, porque la cubierta protectora garantiza la pureza del líquido. Sin embargo, debe tener cuidado: algunos compuestos poliméricos pueden reaccionar con transportadores de calor especiales, además, el grosor de la carcasa de metal debe ser lo suficientemente alto como para soportar el estrés mecánico.

Diseños de acumuladores de calor: 1 – conexión directa de circuitos; 2 – con un intercambiador de calor; 3 – con dos intercambiadores de calor

Los tanques intermedios hechos completamente de plástico no deben considerarse seriamente. Dichos dispositivos de almacenamiento no pueden soportar la carga del líquido que se expande cuando se calienta; además, a altas temperaturas, muchos materiales poliméricos pierden sus propiedades..

No solo el material en sí es importante, sino también las características estructurales de la carcasa. Por lo tanto, la mejor opción es una forma cilíndrica con un fondo esférico estampado de una pieza. El equipo importado, entre otras cosas, se caracteriza por una mayor calidad de soldadura, se prueba mediante una mayor presión hidráulica antes de la entrega de los productos al mercado. La complejidad del equipo también juega un papel: los acumuladores más simples se incluyen directamente en el sistema, pero si se usa un portador de calor especial en la calefacción, la transferencia de calor se lleva a cabo de acuerdo con el esquema: circuito de caldera – almacenamiento – circuito de calefacción a través de intercambiadores de calor. En este caso, la protección contra la congelación del agua en el tanque de almacenamiento se implementa mediante la instalación de un calentador eléctrico, que mantiene una temperatura positiva del agua en modo inactivo. El consumo de energía es insignificante gracias al aislamiento térmico continuo del tanque intermedio.

Otro matiz es el tipo y la calidad del aislamiento térmico, que también incide directamente en el coste. Los modelos económicos están revestidos con una carcasa de lana mineral y poliestireno expandido, que no son los materiales más ideales en términos de durabilidad y seguridad contra incendios. Los modelos más avanzados tienen aislamiento térmico de espuma de poliuretano y los más caros son el poliisocianurato. Estos materiales retienen el calor mejor que otros; en condiciones de funcionamiento del variador, sirven durante decenas, si no cientos de años, mientras que no representan una amenaza de desarrollo de incendios..

Las siguientes adiciones opcionales también pueden afectar el costo del dispositivo de almacenamiento de calor:

• Carcasa rígida para mejorar la estética y proteger el aislamiento térmico de daños mecánicos.
• La presencia de un elemento calefactor eléctrico o una tubería de derivación para su instalación..
• Grifos adicionales de la batería de ACS o intercambiadores de calor adicionales.
• Termómetros integrados, manómetros, cápsulas para instalar sensores electrónicos.

Cálculo del acumulador de calor.

De hecho, el único parámetro del acumulador de calor que debe determinarse para una integración adecuada en el sistema de calefacción es su capacidad. El cálculo se realiza de acuerdo con un esquema simple: se determina el tiempo durante el cual el sistema se enfría a un valor incómodo en ausencia de suministro de energía. Debe dividir el tiempo de autonomía deseado por este valor, luego aplicar el coeficiente resultante a la propia capacidad del sistema de calefacción.

Por ejemplo, si, con un volumen del sistema de 100 litros, el enfriamiento se produce en una hora y se requiere calor durante 12 horas de una leña, la cantidad total de refrigerante debe ser de 1,2 toneladas, respectivamente, la capacidad de almacenamiento requerida es de 1100 litros. Al mismo tiempo, se deben tener en cuenta las crecientes pérdidas de calor del sistema, que no superan el 10% incluso en las opciones de almacenamiento más presupuestarias..

Fórmula aproximada para seleccionar el volumen del acumulador de calor:

m = (P? t) / (c? T)

Dónde: metro– volumen
PAGS– potencia de la caldera, W
?– eficiencia de la caldera, 0,98%
t– tiempo de calentamiento, h
C– capacidad calorífica específica del agua, Wc / kg K
?T– delta de temperatura, K

Cuando se opera desde una unidad de calefacción eléctrica, la capacidad del tanque de compensación se calcula de acuerdo con la potencia de la caldera y la potencia de conexión eléctrica permitida de la instalación. Conociendo la cantidad de energía requerida para calentar el agua con una diferencia de temperatura dada, es necesario seleccionar tal volumen para que el tanque intermedio se caliente completamente durante la tarifa baja. Por ejemplo, para calentar un litro de agua con un delta de 80 ° C, se requieren 93 W / h de electricidad con la eficiencia del sistema igual a la unidad, mientras que la duración del calentamiento será de unos tres minutos. Para no confundirse con las complejidades de las fórmulas, puede usar una conveniente calculadora en línea.

Otro aspecto del dimensionamiento del sistema está relacionado con la potencia de la caldera. Debe ser aproximadamente el doble de lo necesario para un sistema sin acumulador de calor. En primer lugar, esto permitirá aumentar la carga de combustible y el encendido en el modo de alta potencia, lo que significa que tendrá que arrojar leña con menos frecuencia cuando el sistema esté calentando. En segundo lugar, con un aumento en la potencia de la caldera, el área de superficie del intercambiador de calor aumenta, respectivamente, la cantidad de calor que no absorbe será menor.

Características de instalación y operación.

La tubería del tanque de almacenamiento no depende de la presencia y número de intercambiadores de calor intermedios. Al conectar un acumulador de calor, se acostumbra separar los circuitos de la caldera y del radiador. Cada uno de ellos requiere la instalación de válvulas de tres vías:

• Es necesaria una válvula mezcladora en el circuito de la caldera para que la caldera no funcione en modo de condensación mientras se calienta todo el volumen de agua en el acumulador de calor. Mezclar agua caliente del suministro al retorno de la caldera le permite mantener la temperatura del intercambiador de calor a un nivel en el que el hollín no se humedecerá.
• Una válvula de control en el circuito del radiador le permite regular la temperatura del agua suministrada a los calentadores. En primer lugar, esto le permite extender la vida útil de la batería, además, es posible cumplir con las restricciones de temperatura para sistemas con tuberías de plástico o calefacción por suelo radiante sin medios técnicos adicionales..

Diagrama de conexión para una caldera de combustible sólido con un acumulador de calor: 1 – caldera de combustible sólido; 2 – termostato; 3 – grupo de seguridad; 4 – separador de aire; 5 – bomba de circulación; 6 – válvula de retención; 7 – tanque de compensación (acumulador de calor); 8 – válvula de tres vías; 9 – automatización; 10 – circuito de calefacción; 11 – sensor de temperatura de superficie; 12 – tanque de expansión; 13 – sensor de funcionamiento en seco; 14 – válvula de compensación

Al instalar un acumulador de calor, se forman dos circuitos de circulación forzada con bombas separadas. Al mismo tiempo, se suministra agua caliente a los dispositivos de calefacción lo antes posible después de encender la caldera, ya que el refrigerante se toma de la parte superior del tanque, donde se absorbe el líquido con la temperatura más alta. Es importante no permitir la instalación de bombas después del ramal para alimentar las válvulas, de modo que si están completamente cerradas, la circulación del sistema no se detenga. Al mismo tiempo, no hay diferencia en si la bomba está instalada en la rama de suministro o de retorno, no hay.

Cuando se opera una caldera de combustible sólido con un tanque de compensación, no se debe permitir que funcione en modo de condensación. En sistemas sin acumulador de calor, se acostumbra limitar el suministro de oxígeno, por lo que puede extender el tiempo de combustión del marcador. En presencia de un tanque intermedio en el modo de calefacción, la caldera funciona en el modo de combustión de llama todo el tiempo, lo que es posible debido al volumen significativo del refrigerante, que es capaz de absorber una cantidad colosal de energía térmica. Para evitar la formación de condensación, la válvula mezcladora de tres vías debe ajustarse a una temperatura no inferior a 60 ° C. Quizás debido a una disminución en el delta de temperatura, la transferencia de calor no será tan activa, sin embargo, esta es la única forma de excluir la sobrehumectación del intercambiador de calor, lo que facilitará la limpieza del hollín y extenderá la vida útil de la unidad de calefacción..