Расчет теплоаккумулятора – на сколько хватает?

Теплоаккумулятор – это устройство, которое позволяет накапливать и сохранять тепло, выделяемое вашим твердотопливным котлом, для его последующего использования. Это особенно актуально для отопления, где идет процесс горения угля или дров который не всегда можно контролировать детально.

Чтобы понять, на сколько хватит теплоаккумулятора, необходимо сначала провести расчет, который будет учитывать все тонкости. Теплопотери дома, мощность обогревательного оборудования, объем буферной емкости, вид отопления. Давайте мы подробно разберем, как рассчитать насколько емкости вашего бака, хватит и определим время его «разрядки». А так же учтем все ключевые параметры, что могут пригодиться при выборе и установке системы отопления.

Теплопотери дома

Прежде чем приступить к расчету теплоаккумулятора, важно рассчитать, а сколько вообще ваше помещение или объект теряет тепла. Это база и основа к которой проводятся все расчеты в будущем.

Основные элементы, через которые происходят теплопотери

Оболочка здания:

1. Крыша. Значительная доля потерь происходит через крышу, особенно если она плохо изолирована и изготовлена из метала. Тёплый воздух имеет свойство пониматься вверх, поэтому качественная изоляция крыши имеет критическое значение.
2. Стены. Через стены уходит значительное тепло. Все зависят от их толщины, используемого материала, наличия утепления и качества монтажа и правильность их монтажа.
3. Окна. Основной источник потерь из-за низкого термического сопротивления(легко пропускают тепло) стекла и возможных утечек через щели или плохую герметичность. Устаревшие однослойные окна теряют больше тепла, чем современные стеклопакеты.
4. Двери. Через двери происходят утечки тепла, особенно если нет дополнительного утепления или уплотнителей. Плюс двери часто используются что дополнительно выпускает тепло.

Вентиляция и инфильтрация:

1. Вентиляция необходима для обеспечения притока свежего воздуха, но она также является источником значительных теплопотерь. А так же она основа реакции горения через которую наш котел и греет. Ее наличие для 90 % обогревательного оборудования обязательно.
2. Инфильтрация воздуха. Неконтролируемый приток холодного воздуха через щели в окнах, дверях и конструкциях увеличивает общие потери тепла и от них никуда не убежать.

Горячее водоснабжение:

1. Актуально в случае использования бойлера непрямого нагрева. Расходы энергии на нагрев воды для бытовых нужд также вносят вклад в общие теплопотери здания.

Расчёт общих теплопотерь

Для эффективного расчета теплопотерь существуют довольно детальные сайты калькуляторы. Но так же можно обойтись и грубым ручным подсчетом.
Для примера выберем небольшой загородный коттедж. Прямоугольной формы

Длиной 10 метро, Шириной 8 метров, Высота 3 метра.

Хорошо утеплённые стены и крыша. Крыша 80 м2.

5 окон с современными стеклопакетами. Давайте для такого примера посчитаем теплопотери. Теплый регион где зимой -10∘C. Желаемая температура внутри +20∘C

1. Необходимо рассчитать площадь каждой поверхности:
   • Стены. Длина × высота × количество стен.
   • Крыша. Площадь зависит от формы крыши (обычно прямоугольник или треугольник).
   • Окна и двери. Сумма площадей всех окон и дверей.Пример:
     Стены. 10 м(длина)×3 м(высота)×4(количество)=120 м2
     Крыша: 10 м(Длина)×8 м(ширина)=80 м2
     Окна и двери: 2 м(высота)×1,5 м(ширина)×5(количество)=15 м2
     Уточнение коэффициентов теплопроводности (U-значения)
     Коэффициент теплопроводности U для каждого элемента:
     U=1/R(сопротивление теплопередаче материала)Значения U для примера:
     • Стены: U=0.3 Вт/м2
     • Крыша: U=0.25 Вт/м2
     • Окна: U=1.1 Вт/м2
2. Уточнение коэффициентов теплопроводности (U-значения)
   Коэффициент теплопроводности U для каждого элемента:U=1/R(сопротивление теплопередаче материала)Значения U для примера:

   Стены: U=0.3 Вт/м2

   Крыша: U=0.25 Вт/м2

   Окна: U=1.1 Вт/м2

   

3. Расчёт потерь тепла через каждую поверхность Q=U×A×ΔT = U
   • Q – потери тепла (Вт),
   • A – площадь элемента (м²),
   • ΔT – разница температур внутри и снаружи (°C).

   Пример:

   • Внутренняя температура: 20∘C,
   • Наружная температура: −10∘C,
   • ΔT=20−(−10)=30∘C.
   • Стены:
     Q стены=0.3×120×30=1080 Вт
   • Крыша:
     Q крыша=0.25×80×30=600 Вт

   Окна:
   Q окна=1.1×15×30=495 Вт

4. Учет вентиляции и инфильтрации
   Q вентиляция=0.33×n×V×ΔT
   • n – кратность воздухообмена (раз/ч),
   • V – объем здания (м³).
   • ΔT – разница температур внутри и снаружи (°C)

   Пример:

   • Объем: 10 м×8 м×3 м=240 м3,
   • n=0.5 раз/ч.

   Q вентиляция=0.33×0.5×240×30=1188

   Суммируем все потери:

   Q общие=Q стены+Q крыша+Q окна+Q вентиляция

   Подставляем значения:

   Q общие=1080+600+495+1188=3363 Вт

   
   Вот мы и посчитали базово какое потребление нашего коттеджа в час. При температуре наружного воздуха до -10 градусов.

Нормы тепловых потерь дома

Нормы тепловых потерь зависят от климата, строительных норм и используемых материалов. В большинстве стран они регулируются строительными стандартами и энергосберегающими нормативами, которые устанавливают максимальные значения теплопотерь для различных элементов здания.

В Украине нормы тепловых потерь регулируются государственными строительными нормами (ДБН) и стандартами энергоэффективности зданий. Основным документом является ДБН В.2.6-31:2021 “Теплова ізоляція будівель”, а также Закон Украины “Об энергоэффективности зданий”. 

Они задают требования к сопротивлению теплопередаче. Украина делится на две основные климатические зоны, что влияет на требования к тепловой изоляции:

1. I климатическая зона. Холодные регионы (например, Львов, Киев, Харьков, Сумы).
2. II климатическая зона. Более тёплые регионы (Одесса, Николаев, Херсон).

Температурные параметры для расчётов:

• Внутренняя температура: +20∘C.
• Наружная температура (зимний расчёт): −18∘C для зоны I и −12∘C для зоны II.

Общая норма теплопотерь для современных зданий в Украине составляет:

40–50 Вт/м² общей площади для обычных зданий.

Но повторимся каждый дом, помещение, ангар и прочее. Уникально и каждый тип здания имеет свои теплопотери. Поскольку что-то построено 20 лет назад, а что-то закончили строить вчера. Кто-то в горах, а кто-то у берега моря.

Мощность котла

Мощность – это один из ключевых параметров, который необходимо учитывать при расчете теплоаккумулятора. Существует Грубый вариант расчета 1 кВт = 10 м2.

Она определяет, сколько котел может выработать ватт за единицу времени. Для твердотопливных агрегатов мощность обычно указывается в киловаттах (кВт). Тут начинается много подробностей так как паспортные данные указаны для максимальных значений. К примеру возьмем котел 24 кВт работающий на 65 ∘C а значит уже мощность будет 19.5 кВт поскольку по паспорту он должен работать на 80 градусов. Так же если используется другой тип жидкости, например пропиленгликоль то это еще -20 % от общей мощности. А это уже 15.6 кВт

Для расчета мощности используется следующая формула:

P = Q / (t × η),

• P – мощность котла (кВт),
• Q – теплопотери дома (кВт),
• t – время работы (ч),
• η – КПД оборудования (обычно 0,8–0,9).

Однако на практике всегда выбирают котел с запасом мощности, чтобы учесть возможные пиковые нагрузки.
Как рассчитать детально объем теплоаккумулятора для вашего здания можно изучить в нашей статье: https://kotel-zubr.com/blog/rozrakhunok-obyemu-teploakumulyatora-dlya-tverdopalyvnoho-kotla

В странах европы использование теплоаккумулятора обязательно. Даже самый маленький тепло аккумулятор позволит избежать множества проблем, а так же экономить на отоплении.

Расчет тепло аккумулятора для твердотопливного котла

Теплоаккумулятор это по своей сути хорошо утеплённый бак, что позволяет накапливать избыточное тепло, вырабатываемое вашим обогревательным оборудованием, и использовать его в периоды, когда оно не работает или закончилось топливо. Для расчета емкости этого бака необходимо учитывать все. Теплопотери дома, мощность агрегата и время, в течение которого вы планируете обеспечивать отопление без включённого оборудования.

Формула расчета емкости 

• V = (Q × t) / (c × ΔT),
• V – объем теплоаккумулятора (м³)(м3=1000л),
• Q – теплопотери дома (кВт),
• t – время автономной работы (ч),
• с – теплоемкость воды (4,2 кДж/кг·°C),
• ΔT – разница температур воды в теплоаккумуляторе (°C).

Пример расчета

Допустим, теплопотери здания составляют 6 кВт, а бак должен обеспечивать отопление в течение 10 часов. Температура воды в теплоаккумуляторе изменяется от 90°C до 40°C. Рассчитаем объем:

Разница температур:

ΔT = 90 – 40 = 50°C.

Объем:

V = (6 × 10) / (4,2 × 50) ≈ 2,86 м³.

Таким образом, для данного котеджа потребуется бак объемом около 2,9 м³(2900л).

Время «разрядки» теплоаккумулятора

Время «разрядки» – это период, в течение которого ваш бак может обеспечивать отопление без работы котла. Оно зависит от емкости самого бака, теплопотерь дома и температуры воды.

Для расчета времени используется формула:

t = (V × c × ΔT) / Q,

• t – время «разрядки» (ч),
• V – объем теплоаккумулятора (м³),
• с – теплоемкость воды,
• ΔT – разница температур воды,
• Q – теплопотери дома (кВт).

Например, если объем теплоаккумулятора составляет 2,9 м³(2900л), теплопотери здания – 6 кВт, а разница температур воды – 50°C, то время «разрядки» будет:

t = (2,9 × 4,2 × 50) / 6 ≈ 10,15 ч.

Расчет теплоаккумулятора – это важный этап при проектировании системы отопления с твердотопливным оборудованием. Чтобы определить, на сколько хватает бака, необходимо учитывать теплопотери дома, мощность котла и объем буферной емкости. Правильный расчет позволяет создать эффективную и экономичную систему отопления, которая обеспечит комфорт в вашем помещении любого типа даже в самые холодные дни.

Учитывайте, что каждая система уникальна и даже 2 похожих с виду по площади объекта могут иметь полностью разные значения.