Теплоаккумуляторы

В системе в качестве теплоаккумуляторов (ТА) имется

1. Первый Водяной ТА (ВТА) объемом около 300 л с 2 теплообменниками. Используется для ГВС. Греется от водяных СК и от ТЭН. ТЭН питается от излишков электроэнергии от солнечных фотоэлектрических панелей и электроэнергией от сети по ночному тарифу. После нагрева до 70-75С излишки тепла через 2 теплоомбенник направляются во второй водяной ТА. При разности температур в 50 градусов его теплоемкость оценивается в 17,4 кВт*ч
2. Второй ВТА объемом 1 м3 с 4 или 3 теплообменниками. Данный ТА греется зимой по ночному тарифу встроенными ТЭНами. Используется для отопления через теплые полы. Служит также для исключения частого срабатывания реле включения-выключения внешнего электрического котла, который может питать теплые полы напрямую (без предварительного нагрева ТА), а превышение генерации тепла над потреблением ТП и ТС идет в ТА. Тем самым продлевается срок службы электрокотла. Имеет 6 встроенных ТЭНов по 2 кВт, для того чтобы успеть нагреть воду на день по ночному тарифу. При разности температур в 50 градусов его теплоемкость оценивается в 58 кВт*ч (для 1 м³ при равномерном распределении температуры по всему объему ТА)
   Этот ТА может использоваться как узел подмеса/отбора тепла от различных источников энергии — ТН, СК, электричества. Количество теплообменников должно соответствовать количеству источников энергии и потребителей (теплые полы, теплые стены, контуры ГТА и ТА в фундаменте и т.д.).
3. ТА в плите под домом (ПТА). Этот ТА нагревается в межсезонье, если второй ВТА уже нагрет, а есть излишки энергии от солнечных коллекторов или солнечных батарей, эти излишки направляются в плиту под домом. Летом, если 1 м3 ТА греть ненужно, то можно направлять излишки тепла сразу в плиту. При разности температур в 20 градусов его теплоемкость оценивается в примерно 400 кВт*ч.
   В плите разложено 3 петели труб для теплого пола PEX ø20 мм. Петли располагаются так, чтобы одна (самая теплая) петля разложена в центре площади дома, остальные — вокруг нее ближе к периметру дома. В первую очередь зимой нужно будет греть центральную петлю, потом внешние.
   В летнее время воздушные СК площадью 24 м², расположенные вертикально на стене могут вырабатывать до 3 кВтч/м²*24м²*0.7=50 кВт*ч (КПД ВСК принят около 70%). Весной (март-апрель) на вертикальную поверхность приходит примерно столько же энергии, и в феврале и сентябре — примерно по 2,5 кВт*ч/м², в остальное время — 1-1,5 кВт*ч/м². Нужно учитывать, что КПД ВСК в холодное время года будет ниже (0,4-0,5).
   Соответственно, за летние месяцы (май-август). ВСК может выработать около 50*30*4=6000 кВт*ч тепла. Это количество энергии можно попробовать запасать в грунтовом ТА (ГТА) под домом.
   В остальные месяцы предполагается, что вся выработка тепла от СК будет использоваться напрямую для отопления дома. Примерная дневная выработка в ноябрь-январь оценивается на уровне 1,5 кВтч/м²*24м²*0.4=14 кВт*ч, в феврале и октябре — 2 кВтч/м²*30м²*0.5=24 кВт*ч.
4. Грунтовый ТА под домом. Организован путем утепления периметра дома на глубину 1,2 м. В верхней части грунта, под песчаной подсыпкой, уложено 100 м трубы ПНД-32 в качестве теплоомбенника. Таким образом, под домом получается теплоизолированный с 3 сторон объем грунта около 250-300 м³. При нагреве данного ТА на 10 градусов (с 5 до 15 градусов) можно запасти до 1500 кВт*ч. С учетом примерно 50% потерь в этом ТА, а также возможно оптимистичной оценке выработки тепла воздушными СК, теплоемкость ГТА примерно соответствует выработке. Возможно, удастся поднять температуру и до 20 градусов, но при этом будут усиленные теплопотери в начале холодного времени года, поэтому нужно будет забирать тепло в первую очередь из ГТА до уменьшения температуры до примерно 15°С.
5. Стяжка теплых полов. Толщина бетона около 5 см. Общая площадь — около 180 м2 (на 2 этажах, без учета хозблока). При разнице температур общая запасаемая энергия в стяжке ТП 2,2*180*0,05/3,6=5,5 кВт*ч.

Тепло из ГТА и ПТА, скорее всего, придется забирать тепловым насосом (ТН), т.к. для теплых полов требуется температура около 30С, а в этих ТА температура будет от 5 до 20С.

В зависимости от температуры, выходящей из ТА и из ГК (грунтового коллектора), можно перед подачей рассола с  выхода ТА/ГК на вход ТН  прогонять его через теплоомбенник воздушного рекуператора. Такое решение применено в доме с ГТА в Швеции. В такой системе входящий свежий воздух не подогревается.

Объем фундамента будет использоваться для охлаждения в летнее время путем закольцевания циркуляции теплоносителя между теплыми полами и плитой, а также для сброса излишков тепла от солнечных коллекторов. Для этого нужно решить ряд инженерных задач.

Какие датчики нужно установить в ТА

Для исследования режимов работы и эффективности системы с тепловыми аккумуляторами необходимо контролировать температуры в различных частах тепловых аккумуляторов.

Нужно измерять температуры:

1. на входе и выходе ГК и ТН
2. На входе и выходе рекуператора
3. На входе и выходе каждого ТА
4. На входе и выходе в теплый полов
5. В баке ГВС
6. В разных точках ПТА
7. В разных точках и на различных уровнях ГТА

Также нужно измерять энергию, потребляемую циркуляционными насосами, вентиляторами, теплообменниками и ТН.

Важность измерения температур объясняется также тем, что необходимо соблюдать баланс между температурами в плите и ГТА. Об этом говорится в статье про шведский дом с ГТА.

«Летом ГТА может нагреваться до высоких температур — выше или такой же, как и плита. Если такое положение будет иметь место продолжительное время, то возможна миграция влаги из грунта в бетонную плиту, что может привести к проблемам. Для минимизации риска нужно тщательно проектировать и выполнять фундамент, с барьерами для диффузии влаги и с установкой средств для контроля температур в плите и в грунте. Если плита выше на 4 градуса, чем грунт по дней, то влажность плиты не будет подниматься выше 80%. Очень важно, чтобы в плите не попались любые органические материалы»

У меня основная плита заключена между 2 теплоизолирующими слоями ЭППС — 5см сверху и 10см снизу. Под нижним слоем ЭППС — битумная гидроизоляция, которая должна задерживать влагу снизу. Летом, особенно начиная с середины лета, температура ПТА может быть выше температуры стяжки. Это будет приводить к переносу влаги снизу из плиты в стяжку. Чтобы этого избежать, на плиту уложена ЭППС 50 мм, а на нее специальный фольгированный пенофол  для ТП. Стыки его проклеены скотчем. Он служит гидроизоляцией — как для того, чтобы при заливке стяжки раствор не проливался в ЭППС, так и для того, чтобы предотвращать перенос влаги из плиты в стяжку ТП.