Heizsysteme mit Wärmespeichern

Es gibt eine Möglichkeit, den Komfort eines Festbrennstoffkessels dem Komfort einer Erdgasheizung näher zu bringen. Der Wärmespeicher reduziert nicht nur die Häufigkeit des Anzündens, sondern bietet auch erhebliche Einsparungen bei der elektrischen Heizung mit einem mehrtarifären Zahlungssystem.

Was ist ein Wärmespeicher?

Die Einsparung von Wärmeenergie ist eines der dringendsten Probleme im weltweiten Energiesektor. Zuallererst ist seine Lösung erforderlich, um den Betrieb von Solarenergieumwandlungssystemen zu optimieren, aber das gleiche Problem tritt auch bei normalen Haushalten auf. Einige Eigentümer von Landhäusern fühlen sich von der Idee, Feuerwehrmann zu werden, nicht angezogen, während diejenigen, die Strom zum Heizen verwenden, in erster Linie über Kostensenkungen besorgt sind.

All diese Aufgaben können gelöst werden, indem ein Wärmespeicher installiert wird, der im aktiven Betriebsmodus des Heizgeräts Energie speichert und diese dann für eine lange Zeit an das System überträgt. Um Verwirrung zu vermeiden, sollte sofort angemerkt werden, dass es zwei Arten von Wärmespeichergeräten gibt:

1. In elektrischen Heizgeräten installierte Magnesit-Wärmespeicher.
2. Puffertanks mit Wasser – eine natürliche Substanz mit der höchsten Wärmekapazität.

Die erste Art der Wärmespeicherung ist seit etwa einem halben Jahrhundert bekannt und dient als Ersatz für elektrische Konvektoren, bei denen die Zahlung mehrerer Tarife für Elektrizität relevant ist. Die gespeicherte Wärme der Magnesitschale kann 8 bis 12 Stunden betragen und das Haus tagsüber heizen, ohne Strom zu verbrauchen. Der Hauptnachteil solcher Wärmespeicher besteht in der Notwendigkeit, die Wärmekapazität für jeden Raum individuell genau zu berechnen, wobei die Trägheit der Gebäudestrukturen, der Wärmeverlust und das Luftvolumen berücksichtigt werden. Fehler in den Berechnungen führen zu einer Verletzung des Klimaregimes und folglich zu der absoluten Unzweckmäßigkeit der Verwendung solcher Wärmespeicher.

Der Puffertank ist ein Wassertank, der in das hydraulische Heizsystem integriert ist. Die Erwärmung des Pufferkühlmittels kann direkt erfolgen – solche Tanks werden als Einzelkreislauf oder durch einen Wärmetauscher bezeichnet, dh die Kühlmittel in verschiedenen Kreisläufen sind voneinander isoliert. Die Multifunktionalität des Wasserspeichers ermöglicht es, ihn sowohl zur gleichmäßigen Wärmeübertragung im Übergangsmodus als auch zur Energiespeicherung während des Nachttarifs zu nutzen. Es ist diese Art von Wärmespeichern, die für den russischen Verbraucher am interessantesten ist, und wir werden im Detail darauf eingehen..

Was bringt die Installation eines Wärmespeichers?

Der Wärmespeicher kann nicht als Budget-Heizsystem-Upgrade eingestuft werden. Die durchschnittlichen Kosten beginnen bei 120-140 Tausend Rubel. und kann eine halbe Million erreichen, und die angegebene Preisspanne ist relevant für Systeme, die Wohnungen mit einer Fläche von bis zu 150 m mit Wärme versorgen². Es stellt sich natürlich die Frage: Was ist die Rechtfertigung für den Kauf einer so teuren Ausrüstung??

Um die Machbarkeit der Installation eines Wärmespeichers zu verstehen, müssen Sie die Besonderheiten seines Betriebs genau kennen. Zuallererst ist daran zu erinnern, dass es keine greifbaren Vorteile in Verbindung mit einem Kessel bietet, der mit Erdgas, Heizöl, dh mit automatischer Brennstoffversorgung, betrieben wird. Es ist sinnvoll, einen Wärmespeicher entweder mit elektrischen oder festen Brennstoffen mit manueller Beladung sowie in Verbindung mit Solarkollektoren zu installieren. In dieser Reihenfolge können eine Reihe von Vorteilen unterschieden werden:

1. Verbesserung des Betriebskomforts eines Festbrennstoffkessels – die Anzahl der Anzünder kann auf einen pro Tag reduziert werden. Dies gilt sowohl für die Nebensaison als auch für den kältesten Fünf-Tage-Zeitraum.
2. Erhöhte Einsparungen: Bei maximaler Leistung verliert der Festbrennstoffkessel zusammen mit den Verbrennungsprodukten keine Wärme. Niedertemperaturwasser zirkuliert ständig in der Spule und absorbiert effektiv die erzeugte Energie.
3. Verlängerung der Lebensdauer des Kessels durch Überhitzungsschutz. Bei der aktiven Flammenverbrennung bleibt der Wärmetauscher die ganze Zeit trocken – aufgrund der Abwesenheit von Kondensat wird die Verschmutzung der Rauchkanäle mit Teer erheblich verlangsamt und die Auswirkung von Säuren auf das Metall der Säule, die beim Kontakt von Rauch mit Feuchtigkeit entsteht, wird ausgeschlossen.
4. Wenn das System von einem Solarkollektor angetrieben wird, ist der Wärmespeicher unersetzlich, da dank ihm das bewohnbare Volumen nicht nur tagsüber, sondern auch nachts erwärmt werden kann.
5. Die Konstruktionsmerkmale des Wärmespeichers machen es so einfach wie möglich, ein Warmwassersystem zu implementieren, auch mit Umwälzung.

Auswahlkriterien für einen Puffertank

Wie bereits erwähnt, ist die Preisspanne für Wärmespeicher mit identischer Kapazität sehr hoch. Um die richtige Wahl zu treffen, müssen Sie wissen, was die Qualität und Haltbarkeit der Geräte bestimmt. Das Material des Behälterkörpers ist von vorrangiger Bedeutung:

• Kohlenstoffstahl kann in Systemen verwendet werden, die nicht regelmäßig mit Wasser gefüllt sind. Dies bedeutet, dass Metallteile nicht ständig gelöstem Sauerstoff ausgesetzt sind.
• Edelstahl hat Korrosionsschutzeigenschaften. Ein solcher Behälter kann keine Schlammbildung im System verursachen und gilt als die fortschrittlichste Art der Wärmespeicherung, ist jedoch teurer als andere.
• Ein Metallgehäuse mit Polymerbeschichtung – in diesem Fall ist die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials des Tanks nicht kritisch, da die Schutzhülle die Reinheit der Flüssigkeit garantiert. Sie müssen jedoch vorsichtig sein: Einige Polymerverbindungen können mit speziellen Wärmeträgern reagieren. Außerdem muss die Dicke der Metallhülle hoch genug sein, um mechanischen Beanspruchungen standzuhalten.

Wärmespeicherkonstruktionen: 1 – direkter Anschluss von Stromkreisen; 2 – mit einem Wärmetauscher; 3 – mit zwei Wärmetauschern

Puffertanks, die vollständig aus Kunststoff bestehen, sollten nicht ernsthaft in Betracht gezogen werden. Solche Speichervorrichtungen sind nicht in der Lage, der Belastung durch die Flüssigkeit zu widerstehen, die sich beim Erhitzen ausdehnt, und außerdem verlieren viele Polymermaterialien bei hohen Temperaturen ihre Eigenschaften..

Nicht nur das Material selbst ist wichtig, sondern auch die strukturellen Merkmale des Gehäuses. Die beste Option ist also eine zylindrische Form mit einem einteiligen geprägten Kugelboden. Importierte Geräte zeichnen sich unter anderem durch eine höhere Schweißqualität aus, werden vor der Auslieferung von Produkten auf den Markt durch erhöhten Hydraulikdruck geprüft. Die Komplexität der Ausrüstung spielt ebenfalls eine Rolle: Die einfachsten Akkumulatoren sind direkt im System enthalten. Wenn jedoch ein spezieller Wärmeträger zum Heizen verwendet wird, erfolgt die Wärmeübertragung gemäß dem Schema: Kesselkreislauf – Speicher – Heizkreislauf durch Wärmetauscher. In diesem Fall wird der Schutz gegen das Einfrieren von Wasser im Speichertank durch die Installation einer elektrischen Heizung implementiert, die im Leerlauf eine positive Wassertemperatur aufrechterhält. Der Energieverbrauch ist dank der kontinuierlichen Wärmedämmung des Puffertanks vernachlässigbar.

Eine weitere Nuance ist die Art und Qualität der Wärmedämmung, die sich auch direkt auf die Kosten auswirkt. Budget-Modelle tragen eine Hülle aus Mineralwolle und expandiertem Polystyrol – nicht die idealsten Materialien für Haltbarkeit und Brandschutz. Fortgeschrittenere Modelle haben eine Wärmedämmung aus Polyurethanschaum, und die teuersten bestehen aus Polyisocyanurat. Diese Materialien speichern die Wärme besser als andere und dienen unter Betriebsbedingungen des Antriebs zehn, wenn nicht sogar Hunderte von Jahren, während sie keine Brandgefahr darstellen..

Die folgenden optionalen Ergänzungen können sich auch auf die Kosten des Wärmespeichers auswirken:

• Starre Schale zur Verbesserung der Ästhetik und zum Schutz der Wärmedämmung vor mechanischen Beschädigungen.
• Das Vorhandensein eines elektrischen Heizelements oder eines Abzweigrohrs für dessen Installation.
• Zusätzliche Abgriffe von der Warmwasserspule oder zusätzliche Wärmetauscher.
• Eingebaute Thermometer, Manometer, Kapseln zur Installation elektronischer Sensoren.

Berechnung des Wärmespeichers

Tatsächlich ist der einzige Parameter des Wärmespeichers, der für eine ordnungsgemäße Integration in das Heizsystem bestimmt werden muss, seine Kapazität. Die Berechnung erfolgt nach einem einfachen Schema: Die Zeit, für die das System ohne Energieversorgung auf einen unangenehmen Wert abkühlt, wird bestimmt. Sie müssen die gewünschte autonome Betriebszeit durch diesen Wert dividieren und dann den resultierenden Koeffizienten auf die eigene Kapazität des Heizungssystems anwenden.

Wenn beispielsweise bei einem Systemvolumen von 100 Litern die Kühlung in einer Stunde erfolgt und 12 Stunden lang Wärme von einem Anzünder benötigt wird, sollte die Gesamtmenge an Kühlmittel 1,2 Tonnen betragen, die erforderliche Pufferkapazität beträgt 1100 Liter. Gleichzeitig sollten die zunehmenden Wärmeverluste des Systems berücksichtigt werden, die selbst bei den kostengünstigsten Speicheroptionen 10% nicht überschreiten.

Eine ungefähre Formel für die Auswahl des Volumens des Wärmespeichers:

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

Wo: m– Lautstärke
P.– Kesselleistung, W.
?– Kesselwirkungsgrad 0,98%
t– Aufheizzeit, h
c– spezifische Wärmekapazität von Wasser, Wc / kg K.
?T.– Temperaturdelta, K.

Beim Betrieb mit einer elektrischen Heizeinheit wird die Kapazität des Puffertanks anhand der Kesselleistung und der zulässigen elektrischen Anschlussleistung der Anlage berechnet. In Kenntnis der Energiemenge, die zum Erhitzen von Wasser mit einem bestimmten Temperaturunterschied erforderlich ist, muss ein solches Volumen ausgewählt werden, damit der Puffertank während des niedrigen Tarifs vollständig aufgewärmt wird. Um beispielsweise einen Liter Wasser mit einem Delta von 80 ° C zu erwärmen, sind 93 W / h Strom erforderlich, wobei der Systemwirkungsgrad gleich eins ist, während die Heizdauer etwa drei Minuten beträgt. Um nicht in die Feinheiten von Formeln verwickelt zu werden, können Sie einen praktischen Online-Rechner verwenden.

Ein weiterer Aspekt der Systemdimensionierung hängt mit der Kesselleistung zusammen. Sie sollte etwa doppelt so hoch sein wie für ein System ohne Wärmespeicher erforderlich. Erstens können Sie so die Kraftstoffbeladung und das Anzünden im Hochleistungsmodus erhöhen, was bedeutet, dass Sie beim Heizen des Systems weniger häufig Brennholz werfen müssen. Zweitens nimmt mit zunehmender Kesselleistung die Oberfläche des Wärmetauschers zu, bzw. die von ihm nicht aufgenommene Wärmemenge wird geringer.

Merkmale der Installation und des Betriebs

Das Rohrleitungsschema des Speichertanks hängt nicht vom Vorhandensein und der Anzahl der Zwischenwärmetauscher ab. Beim Anschluss eines Wärmespeichers ist es üblich, den Kessel- und den Kühlerkreislauf zu trennen. Jedes von ihnen erfordert die Installation von Dreiwegeventilen:

• Ein Mischventil am Kesselkreislauf ist erforderlich, damit der Kessel nicht im Kondensationsmodus arbeitet, während sich das gesamte Wasservolumen im Wärmespeicher erwärmt. Durch Mischen von heißem Wasser von der Zufuhr zum Kesselrücklauf können Sie die Temperatur des Wärmetauschers auf einem Niveau halten, bei dem der Ruß nicht angefeuchtet wird.
• Über ein Steuerventil am Kühlerkreislauf können Sie die Temperatur des den Heizgeräten zugeführten Wassers regeln. Dies ermöglicht Ihnen zum einen eine Verlängerung der Batterielebensdauer, außerdem können Temperaturbeschränkungen für Systeme mit Kunststoffrohren oder Fußbodenheizung ohne zusätzliche technische Mittel eingehalten werden.

Anschlussplan für einen Festbrennstoffkessel mit Wärmespeicher: 1 – Festbrennstoffkessel; 2 – Thermostat; 3 – Sicherheitsgruppe; 4 – Luftabscheider; 5 – Umwälzpumpe; 6 – Rückschlagventil; 7 – Puffertank (Wärmespeicher); 8 – Dreiwegeventil; 9 – Automatisierung; 10 – Heizkreis; 11 – oberflächenmontierter Temperatursensor; 12 – Ausgleichsbehälter; 13 – Trockenlaufsensor; 14 – Nachfüllventil

Bei der Installation eines Wärmespeichers werden zwei Zwangsumlaufkreise mit getrennten Pumpen gebildet. Gleichzeitig wird den Heizgeräten so bald wie möglich nach dem Starten des Kessels heißes Wasser zugeführt, da das Kühlmittel aus dem oberen Teil des Tanks entnommen wird, wo die Flüssigkeit mit der höchsten Temperatur sorbiert wird. Es ist wichtig, die Installation von Pumpen nach dem Zweig nicht zuzulassen, um die Ventile zu versorgen, damit die Zirkulation des Systems nicht stoppt, wenn sie vollständig geschlossen sind. Gleichzeitig gibt es keinen Unterschied, ob die Pumpe im Vor- oder Rücklauf installiert ist, es gibt keinen.

Wenn ein Festbrennstoffkessel mit einem Puffertank betrieben wird, darf er nicht im Kondensationsmodus betrieben werden. In Systemen ohne Wärmespeicher ist es üblich, die Sauerstoffzufuhr zu begrenzen, damit Sie die Brenndauer des Lesezeichens verlängern können. In Gegenwart eines Puffertanks im Heizmodus arbeitet der Kessel die ganze Zeit im Flammenverbrennungsmodus, was aufgrund des erheblichen Volumens des Kühlmittels möglich ist, das eine kolossale Menge an Wärmeenergie aufnehmen kann. Um die Bildung von Kondenswasser zu vermeiden, muss das Dreiwege-Mischventil auf eine Temperatur von mindestens 60 ° C eingestellt werden. Möglicherweise ist die Wärmeübertragung aufgrund einer Abnahme des Temperaturdeltas nicht so aktiv. Dies ist jedoch die einzige Möglichkeit, eine Überfeuchtung des Wärmetauschers auszuschließen, wodurch die Reinigung von Ruß erleichtert und die Lebensdauer der Heizeinheit verlängert wird.

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