Розрахунок теплоакумулятора – на скільки вистачає?

Теплоакумулятор – це пристрій, який дає змогу накопичувати і зберігати тепло, що виділяється вашим твердопаливним котлом, для його подальшого використання. Це особливо актуально для опалення, де йде процес горіння вугілля або дров, який не завжди можна контролювати детально.

Щоб зрозуміти, на скільки вистачить теплоакумулятора, необхідно спочатку провести розрахунок, який враховуватиме всі тонкощі. Тепловтрати будинку, потужність обігрівального обладнання, обсяг буферної ємності, вид опалення. Давайте ми детально розберемо, як розрахувати, наскільки ємності вашого бака вистачить, і визначимо час його “розрядки”. А також врахуємо всі ключові параметри, що можуть стати в пригоді під час вибору та встановлення системи опалення.

Тепловтрати будинку

Перш ніж приступити до розрахунку теплоакумулятора, важливо розрахувати, а скільки взагалі ваше приміщення або об’єкт втрачає тепла. Це база і основа до якої проводяться всі розрахунки в майбутньому.

Основні елементи, через які відбуваються тепловтрати

Оболонка будівлі:

1. Дах. Значна частка втрат відбувається через дах, особливо якщо він погано ізольований і виготовлений з металу. Тепле повітря має властивість розумітися вгору, тому якісна ізоляція даху має критичне значення.
2. Стіни. Через стіни йде значне тепло. Все залежать від їхньої товщини, використовуваного матеріалу, наявності утеплення і якості монтажу та правильність їхнього монтажу.
3. Вікна. Основне джерело втрат через низький термічний опір (легко пропускають тепло) скла і можливі витоки через щілини або погану герметичність. Застарілі одношарові вікна втрачають більше тепла, ніж сучасні склопакети.
4. Двері. Через двері відбуваються витоки тепла, особливо якщо немає додаткового утеплення або ущільнювачів. Плюс двері часто використовуються, що додатково випускає тепло.

Вентиляція та інфільтрація:

1. Вентиляція необхідна для забезпечення припливу свіжого повітря, але вона також є джерелом значних тепловтрат. А так само вона основа реакції горіння через яку наш котел і гріє. Її наявність для 90 % обігрівального обладнання обов’язкова.
2. Інфільтрація повітря. Неконтрольований приплив холодного повітря через щілини у вікнах, дверях і конструкціях збільшує загальні втрати тепла і від них нікуди не втекти.

Гаряче водопостачання:

1. Актуально в разі використання бойлера непрямого нагріву. Витрати енергії на нагрівання води для побутових потреб також роблять внесок у загальні тепловтрати будівлі.

Розрахунок загальних тепловтрат

Для ефективного розрахунку тепловтрат існують досить детальні сайти калькулятори. Але так само можна обійтися і грубим ручним підрахунком.
Для прикладу виберемо невеликий заміський котедж. Прямокутної форми

Довжиною 10 метро, шириною 8 метрів, висотою 3 метри.

Добре утеплені стіни і дах. Дах 80 м2.

5 вікон із сучасними склопакетами. Давайте для такого прикладу порахуємо тепловтрати. Теплий регіон де взимку -10∘ C. Бажана температура всередині +20 C∘

1. Необхідно розрахувати площу кожної поверхні:
   • Стіни. Довжина × висота × кількість стін.
   •  Дах. Площа залежить від форми даху (зазвичай прямокутник або трикутник).
   • Вікна та двері. Сума площ усіх вікон і дверей.Приклад:
     Стіни. 10 м(довжина)×3 м(висота)×4(кількість)=120 м2
     Дах: 10 м(Довжина)×8 м(ширина)=80 м2
     Вікна та двері: 2 м(висота)×1,5 м(ширина)×5(кількість)=15 м2
     Уточнення коефіцієнтів теплопровідності (U-значення)
     Коефіцієнт теплопровідності U для кожного елемента:
     U=1/R(опір теплопередачі матеріалу)Значення U для прикладу:
     Стіни: U=0.3 Вт/м2
     Дах: U=0.25 Вт/м2
     Вікна: U=1.1 Вт/м(2
2. Розрахунок втрат тепла через кожну поверхню
   • Q=U×A×ΔT = U
   • Q – втрати тепла (Вт),
   •  A – площа елемента (м²),
   • ΔT – різниця температур всередині та зовні (°C).Приклад:
     Внутрішня температура: 20 C,∘
     Зовнішня температура: -10 C,∘
     ΔT=20-(-10)=30 C.∘
     Стіни:
     Q стіни=0.3×120×30=1080 Вт
     Дах:
     Q дах=0.25×80×30=600 Вт
     Вікна:
     Q вікна=1.1×15×30=495 Вт
3. Розрахунок втрат тепла через кожну поверхню
   Q=U×A×ΔT = U
    Q – втрати тепла (Вт),
   •     A – площа елемента (м²),
   •     ΔT – різниця температур всередині та зовні (°C).

   Приклад:

   •     Внутрішня температура: 20 C,∘
   •     Зовнішня температура: -10 C,∘
   •     ΔT=20-(-10)=30 C.∘
   •     Стіни:
     Q стіни=0.3×120×30=1080 Вт
   •     Дах:
     Q дах=0.25×80×30=600 Вт

   Вікна:
   Q вікна=1.1×15×30=495 Вт

4. Облік вентиляції та інфільтрації
   Q вентиляція=0.33×n×V×ΔT
   • n – кратність повітрообміну (раз/год),
   • V – об’єм будівлі (м³),
   • ΔT – різниця температур усередині та зовні (°C)Приклад:
     Обсяг: 10 м×8 м×3 м=240 м3
     n=0.5 раз/год.Q вентиляция=0.33×0.5×240×30=1188
     Підсумовуємо всі втрати:
     Q загальні=Q стіни+Q дах+Q вікна+Q вентиляція

Підставляємо значення:

Q загальні=1080+600+495+1188=3363 Вт

Ось ми й порахували базово яке споживання нашого котеджу на годину. За температури зовнішнього повітря до -10 градусів.

Норми теплових втрат будинку

Норми теплових втрат залежать від клімату, будівельних норм і використовуваних матеріалів. У більшості країн вони регулюються будівельними стандартами і енергозберігаючими нормативами, які встановлюють максимальні значення тепловтрат для різних елементів будівлі.

В Україні норми теплових втрат регулюються державними будівельними нормами (ДБН) і стандартами енергоефективності будівель. Основним документом є ДБН В.2.6-31:2021 “Теплова ізоляція будівель”, а також Закон України “Про енергоефективність будівель”.

Вони задають вимоги до опору теплопередачі. Україна ділиться на дві основні кліматичні зони, що впливає на вимоги до теплової ізоляції:

1. I кліматична зона. Холодні регіони (наприклад, Львів, Київ, Харків, Суми).
2. II кліматична зона. Тепліші регіони (Одеса, Миколаїв, Херсон).

Температурні параметри для розрахунків:

•     Внутрішня температура: +20 C.∘
•     Зовнішня температура (зимовий розрахунок): -18∘ C для зони I і -12∘ C для зони II.

Загальна норма тепловтрат для сучасних будівель в Україні становить:

40-50 Вт/м² загальної площі для звичайних будівель.

Але повторимося: кожен будинок, приміщення, ангар та інше. Унікальний і кожен тип будівлі має свої тепловтрати. Оскільки щось побудовано 20 років тому, а щось закінчили будувати вчора. Хтось у горах, а хтось біля берега моря.

Потужність котла

Потужність – це один із ключових параметрів, який необхідно враховувати під час розрахунку теплоакумулятора. Існує Грубий варіант розрахунку 1 кВт = 10 м2.

Вона визначає, скільки котел може виробити ват за одиницю часу. Для твердопаливних агрегатів потужність зазвичай вказується в кіловатах (кВт). Тут починається багато подробиць, оскільки паспортні дані вказані для максимальних значень. Наприклад, візьмемо котел 24 кВт, що працює на 65∘ C, а значить, уже потужність буде 19.5 кВт, оскільки за паспортом він повинен працювати на 80 градусів. Так само якщо використовується інший тип рідини, наприклад пропіленгліколь, то це ще -20 % від загальної потужності. А це вже 15.6 кВт

Для розрахунку потужності використовується така формула:

P = Q / (t × η),

•     P – потужність котла (кВт),
•     Q – тепловтрати будинку (кВт),
•     t – час роботи (год),
•     η – ККД обладнання (зазвичай 0,8-0,9).

Однак на практиці завжди вибирають котел із запасом потужності, щоб врахувати можливі пікові навантаження.
Як розрахувати детально об’єм теплоакумулятора для вашої будівлі можна вивчити в нашій статті: https://kotel-zubr.com/blog/rozrakhunok-obyemu-teploakumulyatora-dlya-tverdopalyvnoho-kotla

У країнах Європи використання теплоакумулятора обов’язкове. Навіть найменший теплоакумулятор дасть змогу уникнути безлічі проблем, а також економити на опаленні.

Розрахунок тепло акумулятора для твердопаливного котла

Теплоакумулятор – це за своєю суттю добре утеплений бак, що дає змогу накопичувати надлишкове тепло, що виробляється вашим обігрівальним обладнанням, і використовувати його в періоди, коли воно не працює або закінчилося паливо. Для розрахунку ємності цього бака необхідно враховувати все. Тепловтрати будинку, потужність агрегату і час, протягом якого ви плануєте забезпечувати опалення без увімкненого обладнання.

Формула розрахунку ємності

V = (Q × t) / (c × ΔT),

•     V – об’єм теплоакумулятора (м³)(м3=1000л),
•     Q – тепловтрати будинку (кВт),
•     t – час автономної роботи (год),
•     с – теплоємність води (4,2 кДж/кг-°C),
•     ΔT – різниця температур води в теплоакумуляторі (°C).

Приклад розрахунку

Припустимо, тепловтрати будівлі становлять 6 кВт, а бак має забезпечувати опалення протягом 10 годин. Температура води в теплоакумуляторі змінюється від 90°C до 40°C. Розрахуємо об’єм:

Різниця температур:

ΔT = 90 – 40 = 50°C.

Обсяг:

V = (6 × 10) / (4,2 × 50) ≈ 2,86 м³.

Таким чином, для цього котеджу потрібен бак об’ємом близько 2,9 м³ (2900л).

Час “розрядки” теплоакумулятора

Час “розрядки” – це період, протягом якого ваш бак може забезпечувати опалення без роботи котла. Він залежить від ємності самого бака, тепловтрат будинку і температури води.

Для розрахунку часу використовується формула:

t = (V × c × ΔT) / Q,

•     t – час “розрядки” (год),
•     V – об’єм теплоакумулятора (м³),
•     с – теплоємність води,
•     ΔT – різниця температур води,
•     Q – тепловтрати будинку (кВт).

Наприклад, якщо об’єм теплоакумулятора становить 2,9 м³ (2900л), тепловтрати будівлі – 6 кВт, а різниця температур води – 50°C, то час “розрядки” буде:

t = (2,9 × 4,2 × 50) / 6 ≈ 10,15 год.

Розрахунок теплоакумулятора – це важливий етап під час проектування системи опалення з твердопаливним обладнанням. Щоб визначити, на скільки вистачає бака, необхідно враховувати тепловтрати будинку, потужність котла та об’єм буферної ємності. Правильний розрахунок дає змогу створити ефективну й економічну систему опалення, яка забезпечить комфорт у вашому приміщенні будь-якого типу навіть у найхолодніші дні.

Враховуйте, що кожна система унікальна і навіть 2 схожих на вигляд за площею об’єкта можуть мати повністю різні значення.