Навигация :

Новости

Тепловой аккумулятор

Для каркасного дома нужно иметь тепловой аккумулятор (ТА) для снижения скачков температуры днем и ночью. О сезонном аккумулировании тепла - отдельная тема, пока рассмотрим суточное или многосуточное тепловое аккумулирование.

Реальных вариантов для материала для ТА всего 3:

Для аккумуляторов одинаковой тепловой емкости масса воды для водяного аккумулятора  примерно в 4 раза меньше. Однако, исходя из объема, разница между водяным и бетонным ТА получается не 4, а около 2 раз, т.к. бетон тяжелее воды.

Удельная теплоёмкость воды 4.19 кДж/(кг*K), при плотности 1000 кг/м.куб, у бетона удельная теплоёмкость 1.13 кДж/(кг*K), плотность 2242 кг/м.куб. Соответственно теплоёмкость воды на м. куб 4190, у бетона 2533. Отсюда получаем коэффициент 1.65, соответственно 200 м. куб бетона по теплоемкости соответствует 121.2 м3 воды.

Есть расчеты, что по стоимости ТА из воды процентов на 10-15 дешевле, чем ТА из бетона. Скорее всего эта разница не включает расходы на усиление фундамента.

Преимущества водяного ТА

  1. Меньшие масса и объем
  2. Возможность использовать температурную стратификацию
  3. Возможность установки нескольких теплообменников на разной высоте

Недостатки водяного ТА:

  1. Вода все-таки может протечь
  2. Вода может замерзнуть, поэтому нужно размещать водяной ТА таким образом, чтобы исключалась возможность его замерзания. Как вариант - размещение его под землей
  3. В конструкции водяного ТА  можно применять пластиковые емкости, которые не боятся замораживания. Если разместить их горизонтально с небольшим недоливом, то разрыв из-за замерзания будет исключен. Тут нужно продумать конструкцию, чтобы можно было легко заменять воду и проводить техническое обслуживание.

Идеи с forumhouse.ru

#458 Я так понял надо иметь три ТА. Длительный типа 5 кубов бетона с залитыми трубками под домом, суточный с водой и теплообменником, моментальный где при кристаллизации хим вещества выделяется тепло (принять душ, помыть посуду). 

#459 Тоже думаю о ТА.
1 Бетон и грунт- фундамент утепленный. Сброс излишков от СК, нагрев воздухом летом.
2 ТА низкотемпературный (+28С - +35С) для СК, когда пасмурно и сезонные емкости нагретые летом("длительные"). Использовать для нагрева фасадных стен (конечно внури дома) и холодной воды.
3 Возможно и еще более низкотемпературный ТА (+5С -+10С) утилизации уже после рекуператора ТО и канализации, такие температуры любит ТН. Догрев после ГК.
4 Конечно высокотемпературный ТА (+60С-+90С), для котла, ГВС, СК. 

 

По поводу большого ТА под домом - закапывать емкость с водой - опасно и недолговечно. Пластиковые баки дорогие - 10 кубов стоят около 73 тыр. Хотя, на avito.ru нашел кубовые пластиковые емкости в металлическом каркасе за 2,5 тыр. Они не для высоких температур - материал еврокубов HDPE (полиэтилен высокой плотности), температура плавления 130-135 градусов. Температура размягчения, 80-100 градусов для разных марок. #254, #260

 

Если делать металлический бак - возникает проблема коррозии. Водяной бак надо периодически чистить, следить, чтобы флора-фауна всякая не завелась. С форума подсказали, что можно делать бак из кровельной меди, она не ржавеет и бактерицидна, но на такой большой объем даже не представляю цену.

 

Вопрос - нужен ли отдельный фундамент для таких емкостей под домом? Как вписать эту конструкцию в УШП? Не будет ли потом сожалений из-за того, что или баки потекут-покосятся, или, еще хуже, УШП вокруг и на них прогнется-вспухнет-поломается?

 

Бетон десятками кубов заливать - неоправданно дорого.

Поэтому еще раз нужно внимательно посмотреть в сторону грунтового ТА. У меня под домом будет глина не несколько метров глубиной, вода через нее не проходит, УГВ низкий (на 5-6 метрах воды точно нет). Огородить объем грунта теплоизоляцией из ЭППС с организацией дренажа вокруг него - наверняка дешевле, чем заливать почти такой же объем бетоном.

 

Остается вопрос о тепловой стратификации, которая является большом преимуществом водяного ТА - но в грунтовом она тоже в какой-то мере должна быть.

Нужно продумать размещение труб теплообменника. Наверное, проще решать вопрос отбора тепла из различных зон установкой нескольких контуров теплообменника (например, внешние и внутренние петли) и тепловым насосом.

Нагревать ТА в грунте и бетоне более 20 градусов вряд ли получится, поэтому без ТН не обойтись.

 

Такой грунтовый ТА нужен не для сезонного аккумулирования тепла - его, даже полностью заряженного, все равно хватит только на несколько недель, - а для многосуточного аккумулирования излишков солнечной энергии и для сброса излишков тепла от СК летом.

 

С учетом вышесказанного, пока рабочий вариант такой:

1. Небольшой ТА на 500 л с несколькими теплообменниками и температурной стратификацией - для ГВС. Излишки из него идут во второй ТА. Также, можно предусмотреть переключение контура СК (или его части) на второй ТА после нагрева первого до 80С - это усложнит систему, но может повысить эффективность СК за счет уменьшения разницы между температурами окружающей среды и теплоносителя. Можно увеличить этот ТА до 700-1000 л, чтобы иметь запас ГВС на несколько пасмурных дней, чтобы уменьшить потребление электроэнергии. #273

Также, переключение или разделение СК необходимо будет при увеличении количества СК больше 5-4 шт.  #278 , т.к. мощности теплообменника в баке не будет хватать для полного отбора тепла от большого СК. 

2. Многосуточный ТА для накопления солнечной энергии и как буферный ТА для пеллетной или дровяной печи. Думаю, кубов на 5-8. Разместить под домом на этапе строительства фундамента. Сделать бетонную или металлическую коробку размером примерно 2,5*2,5*2 м, утеплить ее снаружи немного пенопластом (максимум 10 см. С него скидывать излишки тепловой энергии от СК летом. Не думаю, что вода там будет сильно греться, максимум до 60-70 градусов.

 

Другой вариант реализации многосуточного ТА - галечный по образцу, описанного в книге Андерсона "Солнечное проектирование".

 

 

В этом варианте появляется возможность использования воздушных солнечных коллекторов. При этом в зимнее время галечный ТА будет служить аккумулятором солнечной энергии и энергии от пеллетного камина. В летнее время можно использовать его для охлаждения помещения. 

В ТА нужно сделать несколько воздухозаборов/отверстия для выхода

1. забор воздуха

- в верхней части ТА - для подачи горячего воздуха от СК на стене и из чердака.

- в верхней части помещений - для забора горячего воздуха летом из помещений

- в нижней части со стороны столовой, со стороны кухни - для создания тяги через теплый ТА и выброса теплого воздуха из помещения наружу, для охлаждения ТА ночью, чтобы днем он мог охлаждать помещение.

2. выход воздуха - из нижней части ТА, прогретый СК воздух передается в помещение через ТА.

Летний режим. Запасать тепло внутри дома не нужно, а наоборот, нужно ночную прохладу. Вокруг ТА можно сделать теплоизоляцию, но скорее всего она не нужна. Если ночью нужно дополнительное тепло, можно запасать его днем, так как ТА имеет большую инерционность, то как раз к вечеру он прогреется от СК и можно будет от него забирать тепло. Если же ночью нужна прохлада, то в дневное время воздух от СК через этот ТА не прокачивается, а направляется на чердак в теплообменник грунтового или большого водяного ТА.

 

 

3. Грунтовый ТА под домом. Сделать несколько петель из ПНД в рамках периметра дома, вокруг второго ТА. Потери от второго ТА будут нагревать грунт, плюс, на эти петли можно летом скидывать тепло от фанкойлов. По периметру дома сделать вертикальную теплоизоляцию из ЭППС 10-15 см на глубину до 2-3 м. С учетом того, что большая часть земляных работ все равно должна производиться при обустройстве УШП, добавка к стоимости на такой ГТА должна быть небольшой - стоимость пары сотен метров ПНД с их укладкой, стоимость ЭППС для теплоизоляции периметра на глубину 2-3 м, стоимость траншеи по периметру для размещения этой теплоизоляции.

 

4. Ну и, конечно, тепловым аккумулятором будет ФП. Она должна обеспечить охлаждение летом и отопление зимой. 

По материалу второго ТА - т.к. он будет самодельным, то важен выбор материала. #275


 

Взято тут - http://www.c-o-k.com.ua/content/view/1344Получается, что пластиковый бак с точки зрения развития легионелл и прочей живности - не вариант. Хотя воду оттуда пить не будут, но периодически его нужно обеззараживать, а пластик к химии слабостоек. Учитывая, что бак закапывается в грунт практически навсегда, то такая экономия может выйти боком.

 

Основное отопление будет грунтовым ТН. Пока не решил - будет ли это многоэтажка или несколько скважин метров по 8-10 глубиной. Говорят, 20 таких скважин хватает на отопление дома 200 м2 (хорошо утепленный, но без фанатизма, каркасник).

См. также #313

 

Стена Тромба

Большие окна - это хорошо с точки зрения поступления света. Но зачастую (особенно летом) слишком много света "напрягает", а излишняя открытость солнечному свету приводит к выцветанию мебели, тканей, ковров и т.п., находиться на ярком солнце тоже некомфортно. Есть вариант размещения тепплоаккумулирующей массы внутри дома пере окнами

 

 

В этом случае полезная солнечная энергия улавливается стеной, но яркий свет не проникает вглубь помещений.

Ссылки по теме

Phase Change Material Trombe Wall

Масса и место размещения теплоаккумулятора

Еще интересная информация по тепловым аккумуляторам

Немецкий ТА с использованием энергии замораживания воды. Энергия кристаллизации 1 л воды - 0.8 кВт*ч, что равнозначно энергии нагрева 1 л воды с 0 до 80С.

Демонстрационный дом в Мичигане, США. Построен в 1994 году.

Грунтовый ТА из песка, изолирован от фундаментной плиты 5 см ЭППС. Тепло сохраняется несколько месяцев. На 42 минуте видео показана таблица переключения кранов для перераспределения солнечной энергии между грунтовым ТА (ГТА), фундаментной плитой (ФП) и т.п. Солнечная система - drainback, одноконтурная, одна и та же вода проходит через коллекторы и через ГТА и ФП.

 

На 49 минуте говорится о том, что для разогрева даже такого суперутепленного дома необходимо минимум полдня, т.к. дом имеет большую термическую массу в виде фундамента и дровяной печи. Что, в принципе, подтверждается цитатой  #229

"... конструктор каркасников советовал держать круглогодичную температуру не ниже +7...+10грЦ, если хозяева собираются периодически приезжать на выходные зимой. (Если зимой совсем не пользоваться, то можно без проблем консервировать) Он же предупреждал, что ТП в плите прогревает помещение не за пару- тройку часов, а сутки- двое."

 

Дом не имеет кондиционеров, летом не бывает жарко. В восточной части дома 2 спальни, соединенные с солярием, который позволяет также иметь комфортную температуру в течение всего года.

На 54 минуте показаны трубы, которые были использованы в ГТА и в ФП. На 56 минуте говорится о том, что нужно делать теплоизолированую дверь и хорошо теплоизолировать помещение, где расположены баки и т.п., т.к. иначе тепло проникает в помещения и летом нагревает их, что нежелательно.

Фотоэлектрическая система старая, силовая электроника тоже. СБ были установлены б/у с какой то большой станции.

 

Thermal Storage Solutions - Roy House В этом доме применен водяной ТА примерно на 9 кубов, который может запасать до 440 кВт*ч энергии. В системе гликолевая петля от СК, через теплообменник отдает тепло теплым полам (вода). Также есть аварийная петля с насосом постоянного тока для сброса излишков тепла от СК в землю. Контроллеры и аварийный насос питаются от АБ 12В.

Тепловой аккумумулятор на 50 м3
Еще ТА на 130 м3



19.09.2017