Принцип работы теплоаккумулятор для отопления: Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Содержание

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Твердым топливом отапливают дома в регионах, где нет газопровода, а дрова и уголь обходятся дешевле затрат на электроэнергию. Но, возникает неудобство, которого лишены газовые и электрические котлы и заключено в необходимости постоянно находиться рядом с котлом и загружать очередную порцию топлива вручную. Чтобы делать это реже, котел нужно оборудовать теплоаккумулятором (далее ТА), который будет накапливать избыточное тепло и отдавать его когда дрова или уголь уже сгорели.

Что такое теплоаккумулятор и какую функцию он выполняет

При сильном горении происходит перегрев системы, при слабом она остывает. Сократить амплитуду и увеличить период колебаний можно за счет вместительного бака с теплоаккумулятором. Последний представляет собой теплообменник с большой емкостью, заполненой теплоностилем. Одна часть системы забирает излишки энергии с котла, вторая постепенно отдает тепло в отопительную систему, не давая температуре резко упасть. Весь это процесс происходит автоматически через змеевики под управлением трехходовых клапанов.

Другими словами. ТА позволит Вам загрузить полную топку дров и не переживать что вода в котле закипит. После догорания топлива система отопления еще некоторое время сможет работать за счет накопленного в емкости тепла.

Принцип действия

Теплоаккумулятор – это емкость, внутри которого циркулирует горячий жидкий теплоноситель. Температура поддерживается в нужном диапазоне благодаря дозированию энергии, передаваемой в контур. Разогретый бак отдает тепло в комнаты постепенно. В результате пропадает необходимость постоянно поддерживать горение в топке котла.

Видео обзор такой системы

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

  1. Снижение затрат на энергоносители.
  2. Увеличение КПД отопительной системы.
  3. Отсутствие перегрева.
  4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
  5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
  6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

  1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
  2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
  3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
  4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
  5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей. Это может быть важно если они имеют различные химические составы.

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС. 

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

Схемы подключения

Полная схема подключения ТА для системы отопления

Простейшая схема подключения предполагает наличие контурного кольца прогрева котла. Это даст возможность сократить время разогрева основного контура. Термостат не позволит прогонят через теплоаккумулятор холодный теплоноситель (воду или гликоль), пока температура не установится на требуемом уровне.

Как только это произойдет, теплоноситель распределяется в двух направлениях:

  1. Прогрев ТА.
  2. Прогрев основного бака.

В последнем случае предполагается перемешивание с теплоносителем и перенаправление в бак. Благодаря тому увеличивается КПД и сокращается время прогрева основного контура. Такое подключение дает возможность работать системе автономно (при выключенном насосе).

Отдельный контур сообщает ТА и радиаторы. Чтобы исключит необходимость контролировать работу отопительной системы, в ее состав вводится два байпаса:

  1. Содержит шаровый клапан, который перекрывается при выключенном насосе. В работу включается обратный клапан.
  2. Если насос остановлен, а шаровый клапан вышел из строя, прокачка теплоносителя производится по второму (резервному) байпасу.

Схему можно упростить, исключив обратный клапан. Это делают, мотивируя тем, что он характеризуется высоким сопротивлением потока. Прибегая к такому шагу нужно помнить, что в случае прекращения подачи электроэнергии придется вручную открывать шаровый клапан.

Более сложная система с использованием альтернативного источника энергии и контура горячего водоснабжения

Если отключения возможны, в систему включают альтернативный источник питания или бесперебойник. Это потребует дополнительных затрат. Целесообразность покупки данного оборудования проявляется после подсчета стоимости труб, фитингов, насоса и клапанов, которые могут прийти в негодность. В результате приобретение ИБП (источник бесперебойного питания) не кажется слишком дорогим удовольствием.

Подробный видео обзор системы

Расчет объема теплонакопителя

Слишком малый объем неэффективен, большой нецелесообразен с точки зрения затрат и потери полезной площади помещения. Точный расчет выполнить невозможно ввиду отсутствия информации о теплопотери здания, особенно, если оно находится в стадии проектирования.

Однако есть возможность рассчитать максимально приближенно. В качестве исходных данных служит мощность котла и суммарная площадь всех отапливаемых помещений. Расчеты производятся следующим образом:

  1. Мощность нагревателя в киловаттах находится в прямой зависимости с площадью. 1КВт способен обогреть 10 м2. Если дом 120 м2, то котел должен выдавать 12 КВт. Необходимо заложить запас, чтобы оборудование не работало на предельной нагрузке (средний коэффициент – 1,5). Получается, нужно устанавливать котел 18 КВт.
  2. Пренебрегая объемом жидкости в трубах и радиаторах, принимается, что каждый киловатт мощности расходуется на разогрев 25 л. теплоносителя в теплоакуумуляторе. Перемножив две величины, получаем 450 л. Эта величина не предельная, ведь на прошлом шаге был заложен запас мощности 50%.

Заложенного запаса хватит на самую холодную зиму. Оборудование будет работать не на пределе возможности, а значит, прослужит долго.

Расчет по формуле

Существует множество сложных математических формул, позволяющих произвести вычисления

Самая простая формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,

Где:

  • Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
  • m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
  • Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
  • 1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.

Онлайн калькулятор

*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.

Пояснения:

Паспортная мощность котла, она указана производителем. Если документы на оборудование не сохранились, найти характеристики можно с сети интернет.

Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Рассчитывается специалистами по сложной форме, которая включает: объем помещения, систему отопление, энергоэффективность всего дома.

Температура подачи и обратки. Если в системе не установлены термометры, ее можно снять любым теплосъемником.

Как сделать теплоаккумулятор своими руками

Такой вопрос возникает когда человек узнает цену на такое оборудование, в зависимости от количества змеевиков и материала изготовления, она колеблется в пределах 400-1500 уе. Что не всем по карману.

Схема устройства

ТА представляет собой цилиндрическую емкость или прямоугольной формы, изготовленную из металла. Размеры определяет требуемый объем, полученный в результате расчетов, приведенных ранее. Толщина стенки 2-3 мм.

Лист раскраивается при помощи плазмореза, болгарки, гильотины или сварочного аппарата. Сшивается он также при помощи сварки. Максимальное качество шва обеспечивает газовая сварка, но и инверторной можно получить желаемый результат. В любом случаи качество сварных швов необходимо будет проверить под давлением до 4 атмосфер. Торцевые стенки цилиндра закрываются плоскими металлическими кругами той же толщины.

Сталь или нержавка

Сегодня на рынке можно приобрести такие емкости как с черной стали так и с нержавеющей. Производители же утверждают что стоит брать только последний вариант так как он не подвержен коррозии, но и стоит в 2-2.5 раза дороже. Что же выбрать? На самом деле, есть нет денег на нержавку смело берите черный металл. Толщины 3 мм хватит на многие годы, так как эта емкость постоянно заполнена водой, содержащегося в ней кислорода недостаточно для образования коррозии.

Единственная проблема, это когда сливается вода, определенное время внутри сохраняется сырость. Но, запаса толщины металла достаточно чтобы это не было проблемой. Из моей практики: теплоаккумуляторы эксплуатируются уже около 10 лет, никаких проблем с коррозией при ревизии не обнаруживалось.

В качестве теплообменника выступает изогнутая гладкая или гофрированная труба. Покупка магниевого анода избавит от опасности быстрого покрытия конструкции коррозией.

Пример чертежа

Необходимо заблаговременно изготовить чертеж и отметить входное и выходное отверстия для врезки теплообменника и еще два подключения к главному контуру. Входное сверху, выходное внизу. В стенки врезаются штуцеры. Дополнительных два отверстия с патрубками нужно сделать в днище и верхней крышке. Одно для слива теплоносителя, второе для воздухоотводчика (избавит от переизбытка давления внутри бака).

Чтобы емкость, особенно если форма не цилиндрическая, после заполнения не раздуло, по периметру, на расстоянии 320-380 мм друг от друга устанавливаются ребра жесткости (снаружи бака). Их изготавливают из металлической полосы толщиной 3 мм. Внутри каждое кольцо стягивается двумя диаметральными усилителями стенок, перпендикулярными друг другу. То же самое делают с торцевыми стенками (усилитель соединяет центры окружностей).

Вся конструкция сваривается. Для установки потребуются опоры. Они будут прилажены к днищу. В этих местах снаружи бака прилаживают дополнительные ребра жесткости из такой же полосы, чтобы под массой ТА днище не деформировалось. На штуцеры нарезается резьба (если соединение с трубами планируется выполнить при помощи муфт). Это можно сделать до их установки на ТА.

Как альтернативу применяют сварное соединение контура. Это неудобно с точки зрения обслуживания. В случае выхода ТА из строя придется резать трубы. Муфту можно раскрутить, а после ремонта смонтировать все заново. Если в качестве змеевика используют сплавы цветных металлов, понадобится аргоновая сварка.

Когда система предполагает использование нескольких спиралей теплообменника, их устанавливают одна внутри другой. То есть диаметр первой меньше диаметра второй. Возможна конструкция с расположением друг над другом, если такое позволяет высота потолков в помещении.

Материалом для бака может служить углеродистая сталь с антикоррозийным покрытием, нанесенным гальваническим методом. Это дешевле, нежели сделать бак из нержавейки. Но последняя прослужит дольше. Единственное уязвимое место – сварочные швы. Их лучше обработать. Естественно, сварочный аппарат должен иметь возможность варить нержавеющую сталь.

В качестве дополнительного оборудования можно врезать электрический ТЭН. Включая его вы сократите время запуска и прогрева системы. Контрольно-измерительные приборы тоже не будут лишними (термометр, контроллер уровня теплоносителя и т.д.). В качестве устройств, обеспечивающих безопасность работы теплоаккумулятора, применяют предохранительный выпускной воздушный клапан. Такая система надежна, долговечна и неприхотлива.

Изготовление змеевика

Для изготовления этого элемента используется медная трубка 20-30 мм диаметром. Форма должна быть цилиндрическая, поскольку всегда являются слабым местом в системах с постоянно циркулирующей водой.

Что бы сделать такую спиральную конструкцию можно использовать простейшее приспособление в виде деревянно-фанерного каркаса, на который наматывается трубка.

С обеих краев трубки нужно приварить или припаять штуцеры с резьбой для дальнейшего подключения их в систему. Для спайки лучше всего использовать мягкий припой.

Проверка герметичности

Теперь необходимо проверить нашу конструкцию на протекание, причем сделать это необходимо под давлением. Во первых система отопления работает в пределах 0.8-3.5 атмосферы, во вторых давление может скакать достаточно резко при быстром прогреве системы и на это необходимо сделать определенный напуск. давления 4 Бар будет достаточно.

Наполняем резервуар водой максимально как только позволяет конструкция. Далее можно применить компрессор или даже автомобильный насос и накачать им необходимое давление. Подсоединить его можно через одно из технологических отверстий, о которых я писал выше.

Оставить в таком состоянии емкость на некоторое время и проверить не проявляется ли вода или сырость на швах.Если такая проблема возникла ее необходимо исправлять.

Теплоаккумулятор для котлов отопления — назначение, расчет и монтаж

Отсутствие возможности использовать в качестве источника энергии для обогрева жилья относительно недорогой природный газ вынуждает хозяев домов искать другие приемлемые решения. Так, в регионах, где нет особых проблем с заготовкой или приобретением дров, на помощь приходят твёрдотопливные котлы. Случается и так, что единственной альтернативой становится электрическая энергия. Кроме того, все активнее используются новые технологии, позволяющие направлять на нужды отопления энергию солнечного излучения.

Теплоаккумулятор для котлов отопленияТеплоаккумулятор для котлов отопления

Все эти подходы не лишены существенных недостатков. Так, к ним можно отнести неравномерность, выраженную периодичность поступления тепловой энергии. В случае с электрическим котлом основным негативным фактором будет высокая стоимость потребленной энергии. Очевидно, что существенно поднять экономичность системы отопления, улучшить эффективность, равномерность ее работы, максимально упростить эксплуатационные операции помогло бы включение в общую схему специального прибора, который стал бы накапливать невостребованную в текущий момент тепловую энергию и отдавать ее по мере необходимости. Именно такую функцию выполняет теплоаккумулятор для котлов отопления.

Основное предназначение теплоаккумулятора системы отопления

  • Простейшая система отопления с твердотопливным котлом обладает выраженной цикличностью работы. После загрузки дров и их розжига, котел постепенно выходит на максимальную мощность, активно передавая тепловую энергию в контуры отопления. Но по мере прогорания загрузки теплоотдача начинает постепенно снижаться, и теплоноситель, разносимый по радиаторам, остывает.

Работа обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и "провалов" в выработке тепловой энергииРабота обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и «провалов» в выработке тепловой энергии

Получается, что в период пиковой выработки тепла оно может остаться невостребованным, так как настроенная, оснащенная термостатическим регулированием система отопления лишнего не возьмет. Но в период догорания топлива и, тем более, простоя котла тепловой энергии будет явно недоставать. В итоге часть топливного потенциала расходуется просто впустую, но при этом хозяевам приходится достаточно часто заниматься загрузкой дров.

В определенной степени остроту этой проблемы можно снизить установкой котла длительного горения, но полностью снять – не получается. Несовпадение пиков выработки тепла и его потребления может оставаться достаточно существенным.

  • В случае с электрокотлом на первый план выступает высокая стоимость потребляемой энергии, что заставляет хозяев задуматься о максимальном использовании оборудования в периоды действия льготных ночных тарифов и минимизации потребления в дневные часы.

2016-03-04_142901Выгоды использования дифференцированной тарификации электроэнергии

При грамотном подходе к потреблению электроэнергии льготные тарифы могут принести весьма ощутимую экономию средств. Об этом подробно рассказано в специальной публикации портала, посвященной двухтарифным электросчетчикам.

Напрашивается очевидное решение – накапливать тепловую энергию ночью, чтобы достичь минимального потребления ее днем.

  • Еще ярче выражена периодичность выработки тепловой энергии в случае использования солнечных коллекторов. Здесь прослеживается зависимость не только от времени суток (ночью поступление вообще нулевое).

Работа солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погодыРабота солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погоды

Не поддаются никакому сравнению пики нагрева в яркий солнечный день или в пасмурную погоду. Понятно, что напрямую ставить свою систему отопления в зависимость от текущих «капризов» природы – никак нельзя, но и пренебрегать столь мощным дополнительным источником энергии также не хочется. Очевидно, что требуется какое-то буферное устройство.

Эти три примера, при всей их разноплановости, объединяет одно общее обстоятельство – явное несовпадения пиков выработки тепловой энергии с рациональным равномерным ее использованием на нужды отопления. Для устранения этого дисбаланса и служит специальный прибор, называемый теплоаккумулятором (тепловым накопителем, буферной емкостью).

Цены на теплоаккумуляторы Hajdu

теплоаккумулятор Hajdu

Принцип его действия основан на высокой теплоемкости воды. Если значительный ее объем в период пикового поступления тепловой энергии разогреть до необходимого уровня, то в течение определенного периода можно для нужд отопления использовать этот накопленный энергетический потенциал. Для примера, если сравнивать теплофизические показатели, то всего один литр воды при остывании на 1°С способен разогреть кубометр воздуха на целых 4 °С.

Тепловой аккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар с эффективной внешней термоизоляцией, подключенный к контуру (контурам) источника тепла и контурам отопления. Простейшую схему лучше рассмотреть на примере:

Наглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятораНаглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятора

Самый простой по конструкции теплоаккумулятор (ТА) – это вертикально расположенный объемный бак, в который с двух противоположный сторон врезаны четыре патрубка. С одной стороны он подключён к контуру твердотопливного котла (КТТ), а  с другой – к разведенному по дому контуру отопления.

После загрузки и розжига котла циркуляционный насос (Nк) этого контура начинает прокачивать теплоноситель (воду) через теплообменник. Из нижней части ТА в котел поступает остывшая вода, а в верхнюю прибывает разогретая в котле. Из-за существенной разницы плотности остывшей и горячей воды ее активного перемешивания в баке не будет – в процессе горения топливной закладки будет происходить постепенное заполнение ТА горячим теплоносителем. В итоге, при правильном расчете параметров, после полного прогорания заложенного горючего, емкость будет заполнена горячей водой, разогретой до расчетного уровня. Вся потенциальная энергия топлива (за вычетом, конечно, неизбежных потерь, отраженных в КПД котла), преобразована в тепловую, которая накоплена в ТА. Качественная термоизоляций позволяет сохранять температуру в баке в течение многих часов, а иногда даже – и дней.

Вторая стадия – котел не работает, но функционирует система отопления. С помощью собственного циркуляционного насоса контура отопления происходит прокачка теплоносителя по трубам и радиаторам. Забор производится сверху, из «горячей» зоны. Интенсивного самостоятельного перемешивания опять же не наблюдается – по уже упомянутой причине, и в трубу подачи поступает горячая вода, снизу возвращается охлажденная, и бак постепенно отдает свой нагрев в направлении снизу вверх.

На практике, в процессе топки котла отбор теплоносителя в систему отопления, как правило, не прекращается, и ТА будет накапливать лишь избыточную энергию, которая в текущий момент остается невостребованной. Но при правильном расчете параметров буферной емкости, ни один киловатт тепловой энергии не должен пропасть даром, и к концу цикла топки котла ТА должен быть в максимальной мере «заряжен».

Понятно, что цикличность работы подобной системы с установленным электрическим котлом будет завязана на льготные ночные тарифы. Таймер блока управления включит и выключит питание в установленный срок вечером и утром, а в течение дня контуры отопления будут питаться только (или преимущественно) из теплоаккумулятора.

Конструктивные особенности и основные схемы подключения различных теплоаккумуляторов

Итак, теплоаккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар вертикального цилиндрического исполнения, имеющий высокоэффективную термоизоляцию и снабженный патрубками для подключения контуров генерации тепла и его потребления. А вот внутренняя конструкция может различаться. Рассмотрим основные типы существующих моделей.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Теплоаккумулятор с прямым подключением контуров выработки и потребления тепловой энергииТеплоаккумулятор с прямым подключением контуров выработки и потребления тепловой энергии

1 – Самый простой тип конструкции ТА. Подразумевается прямое подключение и источников тепла, и контуров потребления. Такие буферные емкости используются в следующих случаях:

  • Если в котле и во всех контурах отопления применяется одинаковый теплоноситель.
  • Если максимально допустимое давление теплоносителя в контурах отопления не превышает аналогичный показатель котла и самого ГА.

В том случае, когда требование выполнить невозможно, подключение контуров отопления может производиться через дополнительные внешние теплообменники

  • Если температуры в трубе подачи на выходе их котла не превышает допустимой температуры в контурах отопления.

Впрочем, это требование также может быть обойдено при установке на контуры, требующие более низкого температурного напора, смесительных узлов с трёхходовыми кранами.

Теплоаккумулятор со встроенным теплообменникомТеплоаккумулятор со встроенным теплообменником

2 – Теплоаккумулятор снабжен внутренним теплообменником, расположенным в нижней части емкости. Теплообменник обычно представляет собой спираль, свитую из стальной нержавеющей трубы, обычной или гофрированной. Таких теплообменников может быть несколько.

Подобный тип ТА применяется в следующих случаях:

  • Если показатели давления и достигаемой температуры теплоносителя в контуре источника тепла существенно превосходят допустимые значения для контуров потребления и для самой буферной емкости.
  • Если есть необходимость подключения нескольких источников тепла (по бивалентному принципу). Например, на помощь котлу приходят гелиосистема (солнечный коллектор) или геотермальный тепловой насос. При этом чем меньше температурный напор источника тепла, тем ниже должен в ТА размещаться его теплообменник.
  • Если в контурах источника тепла и потребления используется различный тип теплоносителя.

В отличие от первый схемы, такому ТА свойственно активное перемешивание теплоносителя в емкости – нагрев происходит в нижней ее части, и менее плотная горячая вода стремится вверх.

На схеме по центру ГА показан магниевый анод. За счет более низкого электропотенциала он «оттягивает» на себя ионы тяжелых солей, не допуская зарастания накипью внутренних стенок бака. Подлежит периодической замене.

Теплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабженияТеплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабжения

3 – Теплоаккумулятор дополнен проточным контуром горячего водоснабжения. Вход холодной воды осуществляется снизу, подача до точки горячего водоразбора, соответственно, снизу. Большая часть теплообменника расположена в верхней части ТА.

Такая схема считается оптимальной для условий, когда потребление горячей воды отличается достаточной стабильностью и равномерностью, без выраженных пиковых нагрузок. Естественно, теплообменник должен быть исполнен из металла, отвечающего нормам пищевого водопотребления.

В остальном же схема схода с первой, с прямым подключением контуров генерации тепла и его потребления.

Теплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабженияТеплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабжения

4 – Внутри теплоаккумулятора размещен бак для создания запаса горячей воды для бытового потребления. По сути, такая схема напоминает встроенный бойлер косвенного нагрева.

Применение подобной конструкции в полной мере оправдано в случаях, когда пик выработки тепловой энергии котлом не совпадает с пиком потребления горячей воды. Иными словами, когда сложившийся в доме бытовой уклад предполагает массовое, но довольно непродолжительное расходование горячей воды.

Все перечисленные схемы могут варьироваться в различных комбинациях – выбор конкретной модели зависит от сложности создаваемой системы отопления, количества и типа источников тела и контуров потребления. Обратите внимание, в большинстве теплоаккумуляторов предусмотрено множество выходных патрубков, разнесенных по вертикали.

Разнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиентРазнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиент

Дело в том, что при любой схеме внутри буферной емкости так или иначе образуется температурный градиент (разница в температурном напоре по высоте). Появляется возможность подключения контуров системы отопления, требующих различных температурных режимов. Это существенно облегчает окончательное термостатическое регулирование теплообменных приборов (радиаторов или «теплых полов»), с минимальными ненужными потерями энергии и снижением нагрузки на регулирующие устройства.

Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов

Теперь можно рассмотреть основные схемы установки теплоаккумуляторов в систему отопления.

Иллюстрация Краткое описание схемы
схема 1 Температурный режим и давление одинаковы в котле и в контурах отопления.
Требования к теплоносителю совпадают.
На выходе из котла и в ТА поддерживается постоянная температура.
На приборах теплообмена регулировка ограничивается только количественным изменением проходящего через них теплоносителя.
схема 2 Подключение в самому теплоаккумулятору, в принципе, повторяет первую схему, но регулировка режимов работы теплообменных приборов осуществляется по качественном принципу – с изменением температуры теплоносителя.
Для этого в схему включены термостатические узлы смешения, например, трехходовые клапаны.
Такая схема позволяет наиболее рационально использовать накопленный теплоаккумулятором потенциал, то есть его «заряда» хватит на более продолжительное время.
схема 3 Такая схема, с циркуляцией теплоносителя в малом контуре котла через встроенный теплообменник, применяется, когда давление в этом контуре превышает допустимое в приборах отопления или в самой буферной емкости.
Второй вариант – в котле и в контурах отопления применены разные теплоносители.
схема 4 Исходные условия аналогичны схеме №3, но применен внешний теплообменник.
Возможные причины такого подхода:
— площади теплообмена встроенного «змеевика» недостаточно для поддержания требуемой температуры в телоаккумуляторе.
– ранее уже был приобретён ТА без внутреннего теплобменника, а модернизация системы отопления потребовала именно такого подхода.
схема 5 Схема с организацией проточного обеспечения горячей водой через встроенный спиралевидный теплообменник.
Рассчитана на равномерное потребление горячей воды, без пиковых нагрузок.
схема 6 Такая схема, с использованием теплоаккумулятора со встроенным баком, рассчитана на пиковое потребление горячей воды, но не отличающееся высокой положительностью.
После расходования созданного запаса и, соответственно, заполнения ёмкости холодной водой, нагрев до требуемой температуры может занять достаточно много времени.
схема 7 Бивалентная схема, позволяющая задействовать в системе отопления дополнительный источник тепловой энергии.
В данном случае упрощенно показан вариант с подключением солнечного коллектора.
Этот контур подключается к теплообменнику в нижней части теплоаккумулятора.
Обычно подобная система рассчитывается таким образом, что основным источником является именно солнечный коллектор, а котел включается по мере необходимости, для догрева, при недостаточности энергии от основного.
Солнечный коллектор, конечно, не догма – на его месте может быть и второй котел.
схема 8 Схема, которую можно назвать мультивалентной.
В данном случае показано применение трех источников тепловой энергии. В роли высокотемпературного выступает котел, который, опять же, может играть лишь вспомогательную роль в общей схеме нагрева.
Солнечный коллектор – по аналогии с предыдущей схемой.
Кроме того, используется еще один низкотемпературный источник, который, вместе с тем отличается стабильностью и независимостью от погоды и времени суток – геотермальный тепловой насос.
Чем меньше температурный напор из подключенного источника энергии, тем ниже место его подключения к теплоаккумулятору.

Безусловно, схемы даны в очень упрощенном виде. А на деле подключение теплоаккумулятора в сложные, разветвленные системы, с различными контурами отопления, да еще и получающие нагрев от источников различной мощности и температуры, требуют высокопрофессионального проектирования с инженерными теплотехническими расчетами, с применением множества дополнительных регулировочных устройств.

Один из примеров – показан на рисунке:

Пример системы с несколькими источниками тепла и различными контурами отопления и ГВСПример системы с несколькими источниками тепла и различными контурами отопления и ГВС

1 – твёрдотопливный котёл.

2 – электрический котел, включающийся лишь по мере необходимости и только в период действия льготного тарифа.

3 – специальный блок подмешивания в контуре высокотемпературного котла.

4 – гелио-станция, солнечный коллектор, который в погожие дни может выполнять роль основного источника тепловой энергии.

5 – теплоаккумулятор, к которому сходятся все контуры генерации тепла и его потребления.

6 – высокотемпературный контур отопления с радиаторами, с регулировкой режимов по количественному принципу – только и использованием запорной арматуры.

7 – низкотемпературный контур отопления – «теплый пол», в котором обязательно предусматривается качественное регулирование температуры нагрева теплоносителя.

8 – проточный контур горячего водоснабжения, снабженный собственным смесительным узлом для качественного регулирования температуры бытовой горячей воды.

Кроме всего перечисленного, в теплоаккумулятор могут быть встроены собственные электрические нагреватели – ТЭНы. Иногда бывает выгодно поддерживать с их помощью заданную температуру, не прибегая, например, лишний раз к неплановой растопке твердотопливного котла.

Дополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системойДополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системой

Специальные дополнительные ТЭНы можно приобрести отдельно – их монтажная резьба обычно адаптирована к гнездам подключения, имеющимся на многих моделях тепловых аккумуляторов. Естественно, подключение электричество подогрева потребует установки дополнительного термостатического блока, который обеспечит включение ТЭНов только при падении температуры в ТА ниже установленного пользователем уровня. Некоторые нагреватели уже оснащены встроенным  терморегулятором подобного типа.

Цены на теплоаккумуляторы S-Tank

Теплоаккумулятор S-Tank

Видео: Рекомендации специалиста по созданию системы отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором

Что необходимо учитывать при выборе теплоаккумулятора

Безусловно, подбор теплоаккумулятора рекомендуется проводить еще на стадии проектирования системы отопления дома, руководствуясь расчетными данными специалистов. Тем не менее, обстоятельства бывают разными, и знать основные критерии оценки такого прибора – все же нужно.

  • На первом месте всегда будет стоять вместительность этой буферной емкости. Эта величина рассчитывается в соответствии с параметрами создаваемой системы, мощностью котла, необходимого количества энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения. Одним словом, ёмкость должна быть таковой, чтобы обеспечить накопление всего избыточного на данный момент тепла, не допуская его потерь. О некоторых правилах расчета емкости будет рассказано ниже.
  • От емкости, естественно, напрямую зависят габариты изделия и его масса. Эти параметры также являются определяющими – далеко не всегда и не везде получается разместить в выделенном помещении теплоаккумулятор необходимого объема, так что вопрос должен продумываться заранее. Случается, что баки большого объёма (свыше 500 литров) не проходят в стандартные дверные проемы (800 мм). При оценке массы ТА она должна учитываться вместе во всем объемом воды полностью заполненного прибора.
  • Следующий параметр – максимально допустимое давление в создаваемой или уже функционирующей системе отопления. Аналогичный показатель ТА должен быть, во всяком случае, не ниже. Это будет зависеть от толщины стенок, типа материала изготовления, и даже формы емкости. Так, в буферных емкостях, рассчитанных на давление свыше 4 атмосфер (бар) обычно верхняя и нижняя крышки имеют сферическую (тороидальную) конфигурацию.

Теплоаккумулятор из нержавеющей стали, с крышками тороидальной формы, заключенный в термоизоляционный кожух.Теплоаккумулятор из нержавеющей стали, с крышками тороидальной формы, заключенный в термоизоляционный кожух.

  • Материал изготовления емкости. Баки из углеродистой стали, с антикоррозийным покрытием стоят дешевле. Емкости из нержавейки, безусловно, дороже, но и гарантийный срок их эксплуатации тоже значительно выше.
  • Наличие дополнительных встроенных теплообменников для контуров отопления или горячего водоснабжения. Об их предназначении уже упоминалось выше – выбираются модели в зависимости от общей сложности системы отопления.
  • Наличие дополнительных опций – возможности встраивания ТЭНов, установки контрольно-измерительных приборов, устройств обеспечения безопасности – предохранительных клапанов, воздухоотводчиков и т.п.
  • Обязательно оценивается толщина и качество внешней термоизоляции корпуса ТА, чтобы не пришлось заниматься этим вопросом самостоятельно. Чем лучше изолирован бак, тем естественно, дольше будет в нем храниться «тепловой заряд».

Особенности монтажа тепловых аккумуляторов

Установка теплового аккумулятора подразумевает соблюдение определенных правил:

  • Все подключаемые контуры должны подсоединяться резьбовыми муфтами или фланцами. Сварных соединений не допускается.
  • Подключаемые трубы не должны оказывать на патрубки ТА никакой статической нагрузки.
  • Рекомендуется на всех подключаемых к ТА трубах установить запорную арматуру.
  • На всех используемых входах и выходах устанавливаются приборы визуального контроля температуры (термометры).
  • В нижней точке ТА или на трубе в непосредственной близости от него должен стоять дренажный вентиль.
  • На всех трубах входа в теплоаккумулятор устанавливаются фильтры механической очистки воды – «грязевики».
  • Во многих моделях сверху предусмотрен патрубок для подсоединения автоматического воздухоотводчика. Если такового нет, то воздухоотводчик обязательно устанавливается на самом верхнем выходном патрубке.
  • В непосредственной близости от теплоаккумулятора предусматривается установка манометра и предохранительного клапана.
  • Вносить какие бы то ни было самостоятельные изменения в конструкцию теплоаккумулятора, не оговоренные производителем – категорически запрещается.
  • Установка ТА должна проводиться только в отапливаемом помещении, исключающем вероятность замерзания жидкости.
  • Заполненный водой резервуар может иметь весьма значительную массу. Площадка род него должна быть способна выдержать столь высокую нагрузку. Нередко для этих целей приходится подливать специальный фундамент.
  • Как бы ни устанавливался теплоаккумулятор, при этом должен обеспечиваться свободный поход к ревизионному люку.

Проведение простейших расчетов параметров теплоаккумулятора

Как уже упоминалось выше, всесторонний расчет системы отопления с несколькими контурами выработки и потребления тепловой энергии – это задача, посильная только специалистам, так как приходится учитывать очень много разносторонних факторов. Но определённые вычисления можно провести и собственными силами.

Например, в доме установлен твердотопливный котел. Известна его мощность, вырабатываемая при полной топливной загрузке. Экспериментальным путем определено время сгорания полной закладки дров. Планируется приобретение теплоаккумулятора, и необходимо определить, какой объем потребуется, чтобы гарантированно полезно использовать все выработанное котлом тепло.

За основу возьмем известную формулу:

W = m × с × Δt

W — количество тепла необходимое, чтобы нагреть массу жидкости (m) с известной теплоемкостью (с) на определенное количество градусов (Δt).

Отсюда несложно вычислить массу:

m = W / (с × Δt)

Не помешает принять в расчет КПД котла (k), так как потери энергии так или иначе неизбежны.

W = k × m × с × Δt, или

m = W / (k × с × Δt)

Теперь разбираемся с каждым из значений:

  • m – искомая масса воды, из которой, зная плотность, несложно будет определить и объем. Не будет большой ошибкой посчитать из расчета 1000 кг = 1 м³.
  • W – избыточное количество тепла, вырабатываемое в период топки котла.

Его можно определить, как разницу значений энергии, выработанной за время сгорания топливной закладки и затраченной в тот же период на отопление дома.

Максимальная мощность котла обычно известна – это паспортная величина, рассчитанная на оптимальные воды твёрдого топлива. Она показывает количество тепловой энергии вырабатываемой котлом в единицу времени, например, 20 кВт.

Любой хозяин всегда довольно точно знает, в течение какого времени у него прогорает топливная закладка. Допустим, это будет 2,5 часа.

Далее, необходимо знать, какое количество энергии в это время может быть израсходовано на отопление дома. Одним словом, необходимо значение потребности конкретного здания в тепловой энергии для обеспечения комфортных условий проживания.

Такой расчет, если значение необходимой мощности неизвестно, можно произвести самостоятельно – для этого есть удобный алгоритм, приведенный в специальной публикации нашего портала.

2016-03-05_182628Как самостоятельно провести тепловой расчет для собственного дома?

Информация о количестве необходимой тепловой энергии для отопления дома бывает достаточно часто востребована – при выборе оборудования, расстановке радиаторов, при проведении утеплительных работ. С алгоритмом расчета, включающим удобный калькулятор, читатель может познакомится, открыв по ссылке публикацию, посвященную требованиям к установке газовых котлов.

Например, для отопления дома требуется 8,5 кВт энергии в час. Значит, за 2,5 часа сгорания топливной закладки будет получено:

20 × 2,5 = 50 кВт

За этот же период будет потрачено:

8,5 × 2,5 = 21,5 кВт

Избыточное тепло, которое необходимо сохранить в теплоаккумуляторе:

W = 50 – 21,5 = 28,5 кВт

  • k – КПД котельной установки. Обычно указывается в паспорте изделия в процентах (например, 80%) или десятичной дробью (0,8).
  • с – теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч/кг×°С или 1,16 кВт/м³×°С.
  • Δt – разница температур, на которую необходимо подогреть воду. Ее можно определить для своей системы опытным путем, промерив значения на трубе подачи и обратки при работе системы на максимальной мощности.

Допустим, что это значение равно

Δt = 85 – 60 = 35 °С

Итак, все значения известны, и осталось лишь подставить их в формулу:

m = 28500 / (0,8 × 1,164 × 35) = 874,45 кг.

Таким образом, чтобы полностью сохранить все выработанное котлом тепло при его работе на полной мощности потребуется 875 кг воды, то есть емкость примерно в 0,875 м³.

Такой же подход можно применить и в случае, если рассчитывается объем теплоаккумулятора, подключённого к электрическому котлу. Единственная разница – для расчета принимается не время топки, а временной интервал льготного тарифа, например, с 23.00 до 6.00 = 7 часов. Чтобы «унифицировать» эту величину, ее можно назвать, например, «период активности котла».

Чтобы упростить читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит быстро рассчитать рекомендуемый объем теплового аккумулятора для имеющегося (планируемого к установке) котла.

Калькулятор расчета необходимого объема теплоаккумулятора

Перейти к расчётам

Полученное значение округляется в большую сторону и становится ориентиром при подборе оптимальной модели теплоаккумулятора. Они в специальных магазинах представлены в различном объемном исполнении.

Достоинства и недостатки включения в систему отопления теплоаккумулятора

Итак, подводя итоги публикации, вкратце сформулируем «плюсы» и «минусы» применения теплоаккумуляторов.

К достоинствам можно смело отнести следующее:

  • Достигается экономия энергоресурсов, особенно в приложении к твёрдому топливу – выработанное тепло используется в максимальной мере. Возрастает КПД котла и всей системы отопления в целом.
  • Котлы и другие элементы системы отопления получают надежную защиту от перегрева.
  • Сводится до возможного минимума необходимость вмешательства в работу системы, сокращается количество загрузок твёрдого топлива.
  • Вся система работает более плавно и легко поддается контролю и точным регулировкам. Обеспечивается стабильный установленный нагрев во всех помещениях дома.
  • Появляется возможность подключения альтернативных источников энергии. При грамотном подходе это дает нешуточную экономию денежных средств. Например, в дневное время основная нагрузка ложится на гелио-станцию, ночью, пока действует льготный тариф, «эстафету» перехватывает тепловой насос, а возможную недостачу компенсирует компактный газовый котел.
  • Установкой теплового аккумулятора одновременно можно решить и проблему горячего водоснабжения своего жилья.

Недостатков немного, но о них тоже следует упомянуть:

  • Установка будет иметь какой-то смысл, если мощность котла или иных источников тепла существенно, как минимум вдвое, превышает расчетные значения потребной тепловой энергии для отопления жилья.
  • Система с теплоаккумулятором всегда обладает очень высокой инерционностью, то есть от момента пуска д выхода в расчетный режим работы может пройти немало времени. Нет смысла применять ее в с системах отопления, где требуется быстрый нагрев помещений, например, в загородных домах, которые посещаются хозяевами зимой лишь время от времени.
  • Оборудование, как правило, очень громоздкое, что создает немало проблем при его транспортировке, разгрузке, заносе в помещения и монтаже. Так как обязательным условием является установка ТА в непосредственной близости к котлу, для котельной потребуется весьма немалая площадь.
  • Тепловые аккумуляторы относятся к категории дорогостоящих покупок – их цена вполне сопоставима, а нередко даже превосходит стоимость котлов. Правда, высока вероятность того, что затраты быстро окупятся экономией на энергоресурсах.

Правда, последний из перечисленных недостатков подвигает народных умельцев к разработке и монтажу собственных моделей теплоаккумуляторов.

2016-03-05_202332Сложно ли изготовить теплоаккумулятор самостоятельно?

Наверное, российскому самодеятельному мастеру – все по плечу! Для примера — технологические рекомендации по самостоятельному изготовлению теплового аккумулятора приведены в специальной публикации нашего портала.

Видео: преимущества системы отопления со встроенным теплоаккумулятором

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы

Оглавление статьи

Доброго всем дня! Если вы зашли на эту страницу моего блога, то значит вас интересует как минимум 2 вопроса:

  • Что такое теплоаккумулятор?
  • Как устроен теплоаккумулятор?

Начну отвечать на эти вопросы по порядку.

Что такое теплоаккумулятор?

Для ответа на этот вопрос нужно дать определение. Звучит оно следующим образом, теплоаккумулятор — это емкость, в которой накапливается большой объем горячего теплоносителя. Снаружи емкость покрывается теплоизоляцией из минеральной ваты или вспененного полиэтилена.

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Зачем нужен теплоаккумулятор?

Вы спросите: «А зачем нужен этот термос-переросток?» Тут все очень просто, он позволяет оптимальнее использовать тепло, отданное котлом. В паре с теплоаккумулятором всегда работает мощный котел (чаще всего твердотопливный). Котел быстро и без остановок отдает тепло от сжигаемого топлива в тепловой аккумулятор, а он в свою очередь медленно и в нужном режиме отдает это тепло в систему отопления. Объем системы гораздо меньше, чем объем емкости аккумулятора. Это позволяет «растянуть» тепло от топлива по времени. Получается по сути котел длительного горения. При нагреве емкости аккумулятора, котел постоянно работает на полную мощность, а это позволяет избежать появления смолистого конденсата в дымоходе и котле.

Как устроен теплоаккумулятор?

Как уже было сказано выше, ТА — емкость, в которой накапливается горячая вода (или другой теплоноситель). Чтобы все было наглядно, посмотрите на следующий рисунок:Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Емкость имеет несколько патрубков для подключения различного оборудования:

  • Генератора тепловой энергии — котла, солнечного коллектора, теплового насоса.
  •  Пластинчатого теплообменника для нагрева горячей воды.
  • Различного котельного оборудования — группа безопасности, расширительный бак и так далее.

Материалы водосодержащей емкости.

Водосодержащая емкость может быть изготовлена изготовлена из различных материалов:

  • Углеродистая сталь различных марок с нанесением (или без него) защитной эмали или лака на внутреннюю поверхность — наиболее дешевый и поэтому распространенный материал.
  • Нержавеющая сталь — самый долговечный материал, который не подвержен коррозии. Его главным недостатком является высокая цена.
  • Стекловолокно — из этого «экзотического» материала изготавливают разборные теплоаккумуляторы, которые собирает непосредственно на месте. Такой метод позволяет пронести ТА по самой узкой лестнице и собрать его точно в нужном месте. Если интересно, посмотрите а видео как это выглядит

Схема подключения теплоаккумулятора.


Теперь давайте рассмотрим как аккумулятор включается в систему отопления:

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Из этой схемы видно, что ТА включается в систему отопления как гидравлический разделитель (гидрострелка). Рекомендую прочитать отдельную статью посвященную этому полезному девайсу. Скажу вкратце, что такая схема включения исключает взаимное влияние разных циркуляционных насосов и позволяет обеспечить котел нужным объемом теплоносителя, что положительно сказывается сроке жизни теплообменника.

Теплоаккумулятор и горячее водоснабжение.

Еще одним важным вопросом является устройство в доме горячего водоснабжения. Здесь ТА тоже может прийти на помощь. Конечно, использовать воду непосредственно из системы отопления для санитарных нужд нельзя. Но здесь есть как минимум два решения:

  • Подключение к ТА пластинчатого теплообменника, в котором будет нагреваться санитарная вода — применяется на самых простых моделях ТА.
  • Покупка теплоаккумулятора со встроенной системой ГВС — она может быть реализована при либо помощи отдельного теплообменника (змеевика), либо по схеме «бак в баке».

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

Теплоаккумулятор, его устройство и принцип работы.

 

Можно, конечно, еще отдельно приобрести бойлер косвенного нагрева, но я считаю, что это можно сделать только при наличии необходимого места у вас в котельной.

Резюме.

Теплоаккумулятор — еще один способ увеличить время между закладками топлива в котел. Кроме этого ТА может применяться в системах с солнечными коллекторами и тепловыми насосами. Чаще всего ТА применяют как замену котлам длительного горения. Альтернатива, безусловно, интересная и достойная вашего внимания. На этом я завершаю свой рассказ. Жду ваших вопросов в комментариях.

назначение, критерии при выборе, схема подключения

Содержание статьи:

В домах, где отсутствует газ или централизованное отопление, используются отопительные индивидуальные системы, включающие твердотопливные и электрические котлы или гелиосистемы, работающие на солнечной энергии. У этих систем есть важный недостаток – неравномерность нагрева теплоносителя ввиду принципиальных особенностей функционирования или влияния внешних факторов. Оптимизировать их можно с помощью теплоаккумулятора для отопления, который сыграет роль буфера между источником тепла и потребителями.

Назначение теплоаккумулятора

Теплоаккумуляторную емкость можно подключать к любому типу котла

Теплоаккумулятор для различного типа котлов отопления представляет собой заполненный водой резервуар внушительного размера, который позволяет решить проблемы, возникающие при работе отопительного котла:

  • перерасход энергии;
  • избыточная мощность отопления;
  • перегрев воды в котле;
  • периодические колебания температуры нагрева из-за неравномерности самого процесса горения и несвоевременной закладки дров, угля;
  • несовпадение пиков выработки и потребления тепловой энергии.

Часть проблем можно решить путем установки пиролизного котла длительного горения, но в последнем случае он не поможет. Особенность работы котла в том, что после закладки топлива мощность отдачи тепловой энергии постепенно увеличивается, достигая пиковых значений, а затем также постепенно уменьшается. Если вовремя не добавить топливо в котел, он останавливается, теплоноситель начинает остывать, а вместе с этим падает температура в доме. В период пиковой выработки тепла система не в состоянии эффективно распределять всю энергию, поскольку оснащена терморегуляторами, поэтому часть тепла растрачивается впустую. Если котел электрический, гораздо выгоднее накапливать тепло в ночные часы, когда электроэнергия рассчитывается по льготному ночному тарифу, чтобы днем потреблять электричество как можно меньше.

Резервуар теплоаккумулятора для системы отопления выполнен из нержавеющей или обычной стали, изнутри может быть покрыт защитным лаком. Стенки сверху окрашиваются теплоустойчивой краской, затем закрываются теплоизоляционным материалом и кожзаменителем. Фактически при подключении теплоаккумулятора объем теплоносителя в системе отопления увеличивается, что позволяет компенсировать пиковую мощность котла и одновременно накопить тепло для передачи ее теплоносителю при падении мощности выработки тепловой энергии котлом. Благодаря качественному утеплению вода в теплоаккумуляторе остывает долго. Она сохраняется в нагретом состоянии в течение нескольких часов и даже дней и посредством насоса подается в систему. Принцип действия теплоаккумулятора основан на разной теплоемкости различных сред, в частности воды и воздуха. Уменьшение температуры 1 л воды на один градус приводит к повышению температуры воздуха объемом 1 м3 на 4 градуса.

Если при использовании твердотопливных и электрических котлов установка теплового аккумулятора желательна, но не обязательна, то присутствие теплоаккумулятора в гелиосистеме – необходимое условие функционирования, поскольку в вечернее и ночное время солнечную энергию невозможно получить, а осенью и зимой в пасмурные дни использование системы сильно ограничено.

Плюсы и минусы

Можно установить теплоаккумулятор, в котором имеются функции бойлера

Плюсы использования теплового аккумулятора:

  • Сохраняет тепловую энергию в течение нескольких часов и дней.
  • Исключается перегрев котла.
  • Тепловая энергия не расходуется зря, а накапливается, чтобы быть использованной в дальнейшем, благодаря этому увеличивается КПД котла и отопительной системы в целом.
  • Позволяет экономить финансовые средства.
  • Температура воздуха в помещениях легко поддерживается на оптимальном уровне, резкие скачки температуры исключены.
  • Нет необходимости в частых загрузках топлива.
  • Дополнительно к твердотопливному котлу можно установить гелиосистему, являющуюся бесплатным источником тепловой энергии.
  • Некоторые модели термоаккумуляторов для отопления могут совмещать функции бойлера.

Недостатки системы:

  • Долгий нагрев – оптимальна установка в домах, предназначенных для постоянного проживания. В дачных коттеджах, которые посещаются зимой в выходные, пользу такой прибор не принесет.
  • Высокая стоимость – они стоят примерно столько же, сколько и котел, а иногда и дороже.
  • Значительные габариты и вес – из-за этого возникают определенные сложности при транспортировке и монтаже. Кроме того, теплонакопитель, предназначенный для отопления, устанавливают в непосредственной близости к котлу, там же должно находиться дополнительное оборудование, поэтому нередко приходится выделять для установки приборов специальное помещение и подготавливать его специальным образом: обустраивать опорную площадку, способную выдержать вес накопителя. В заполненном состоянии резервуар может весить 3-4.
  • Требуется котел высокой мощности – покупка накопителя оправдана, если мощность котла не используется в полной мере, имеется как минимум двойной запас мощности, в противном случае прибор будет бездействовать.

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками из нержавейки и медной трубы

При изготовлении теплоаккумулятора своими руками удастся сэкономить значительную сумму. Самая простая конструкция изготавливается из стальной нержавеющей бочки или даже листовой нержавейки толщиной не менее 3 мм. Также потребуется медная трубка диаметром 3 см и длиной 14 м. Ее сгибают в виде спирали и помещают внутрь бака. Снизу делают подводку холодной воды, сверху отвод для горячей, устанавливают на отводы запорные краны. Обязательно нужно утеплить теплоаккумулятор, сделанный своими руками для твердотопливного котла, иначе он будет неэффективен. Также необходимо установить датчики давления и температуры.

Если цилиндрическую емкость сварить не получается, можно изготовить теплоаккумулятор для отопления в форме параллелепипеда – своими руками резервуар такой формы сделать проще. Углы дополнительно усиливают, снаружи дополняют конструкцию ребрами жесткости – приваривают их на расстоянии 30-35 см друг от друга. Соотношение диаметра и высоты прибора – 1:3(4).

Критерии при подборе

Выбирают теплоаккумулятор, учитывая параметры системы отопления и вид теплоносителя

Подбирать тепловой аккумулятор необходимо в соответствии с точными расчетами, учитывающими параметры домашней системы отопления. Однако помимо расчетных значений принимают во внимание общие характеристики тепловых накопителей.

  • Давление в системе отопления. По этому параметру тепловой аккумулятор должен соответствовать системе отопления. Во всяком случае значение может быть выше, но не ниже. Какое давление сможет выдержать накопитель, зависит от толщины стенок, формы резервуара, материала изготовления. Теплоаккумуляторы для котлов, выдерживающие более 4 бар, имеют выпуклые нижнюю и верхнюю крышки.
  • Объем буферной емкости. Этот параметр считают наиболее важным и стараются выбрать емкость такого объема, чтобы накопитель мог аккумулировать все лишнее тепло. Но в то же время и излишне объемный прибор не нужен.
  • Наружные размеры и вес. Вопросы транспортировки и размещения оборудования решать придется, поэтому необходимо тщательно все рассчитать: пройдет ли бак в дверной проем, выдержат ли перекрытия при полностью заполненном водой резервуаре.
  • Оснащение дополнительными теплообменниками. Они позволяют еще более оптимизировать функционирование системы. Модели подбирают в соответствии со сложностью всей системы.
  • Возможность установки дополнительных устройств. Совместно с аккумуляторным буфером обмена устанавливают дополнительные ТЭНы, датчики и регуляторы температуры. Если все элементы системы подобраны грамотно, можно снизить расход топлива в два раза.

Баки изготавливают из углеродистой стали или нержавейки. Последние стоят дороже и служат дольше, а первые обязательно имеют антикоррозийное покрытие. Необходимо убедиться в его качестве.

Расчёт объема буферной емкости котла

По расчетам, теплоаккумулятор должен принять всю энергию от одной закладки топлива в котел

Объем буферной емкости обычно рассчитывают таким образом, чтобы за время горения одной закладки топлива теплоаккумулятор сохранил все выработанное котлом тепло. Самостоятельно можно произвести лишь приблизительные расчеты, не учитывающие теплопотери от радиаторов отопления и влияние температуры воздуха в помещении. Основная формула для расчетов объема теплоаккумулятора:

W = k × m × с × Δt, где

  • W – избыточное количество тепла;
  • m – масса жидкости;
  • с – теплоемкость теплоносителя;
  • Δt – количество градусов, на которые нужно нагреть теплоноситель;
  • k – КПД котла.

Отсюда нужно вычислить массу теплоносителя: m = W / (k × с × Δt).

Так как W определяется как разница значений энергии, выработанной котлом и затраченной на обогрев дома, необходимо также уточнить их и время прогорания закладки топлива. Если мощность котла приводится в паспорте прибора, расход тепловой энергии на отопление нужно рассчитывать. Время прогорания топлива определяется опытным путем. Допустим, это 3 ч, а на отопление дома требуется 10 кВт/ч. Значит, за 3 ч будет потрачено: 10 × 3 = 30 кВт.

Выработка тепла котлом мощностью 22 кВт/ч составляет: 22 × 3 = 66 кВт.

По итогам расчета избыточное тепло составит: W = 66 – 30 = 36 кВт. Переводим в Вт, получаем 36000 Вт.

Используя формулу m = W / (k × с × Δt), определяем искомое значение массы воды. КПД указывается в паспорте в процентах. Это значение нужно перевести в десятичное, разделив на 100. Например, 80/100 = 0,8. Теплоемкость воды равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч/кг×°С или 1,16 кВт/м³×°С.

Δt  определяют путем измерения температуры трубы подачи и обратки, вычитая из большего значения меньшее. Например: Δt = 88 – 58 = 30°С. Таким образом, m = 36000/(0,8 × 1,164 × 30) = 1 288,7 кг.

Для сохранения всей избыточной энергии, выработанной котлом, потребуется емкость объемом не менее 1 288,7 м3. Подойдет теплоаккумулятор Jaspi GTV Teknik на 1500 л. При более скромных значениях расчета можно ограничиться резервуаром, к примеру, на 750 л.

Способы и схемы подключения своими руками

Теплоаккумулятор с пустым баком устанавливают, если давление в системе небольшое

Сложность и особенности подключения зависят от типа теплового накопителя. Поэтому следует разобраться, какими они бывают.

  • Самая простая конструкция – пустой внутри бак. Котел и потребители подключаются напрямую. Использование оптимально, если применяется одинаковый теплоноситель во всех контурах, давление в системе не превышает допустимые показатели накопителя и температура теплоносителя, подающегося из котла, не превышает допустимых значений для контура отопления. Если первые два требования не соблюдаются, при подключении в систему необходимо воспользоваться дополнительными внешними теплообменниками. В последнем случае следует установить смесительные узлы с трехходовыми кранами.
  • Буферная емкость с внутренним теплообменником – одним или несколькими. Теплообменник представляет собой спиральную трубу из меди или нержавейки. В таком накопителе теплоноситель перемешивается. Змеевик, расположенный в нижней части, нагревает теплоноситель, горячая вода устремляется вверх как менее плотная. Наверху расположен другой змеевик, который забирает энергию и выводит ее на контуры отопления. Прибор такого типа оптимален при использовании разных типов теплоносителей, при высоком давлении и температуре теплоносителя, подключении нескольких генераторов тепла.
  • Резервуар с проточным контуром горячего водоснабжения. Теплообменник по большей части расположен вверху бака. Он должен быть выполнен из металла, отвечающего нормативам пищевого водопотребления. Контуры подключаются напрямую. Такая система предпочтительна при равномерном расходе горячей воды.
  • Теплоаккумулятор с внутренним бойлером. В накопительной емкости сохраняется нагретая вода для бытового потребления. Такой тип аккумулятора, накапливающего тепло, можно без проблем встроить в открытую и закрытую системы отопления, оснащенные твердотопливными, электрическими котлами и солнечными коллекторами. Особенно актуальны буферные емкости этого типа при использовании электрокотлов, когда теплоноситель нагревается ночью, а вода расходуется днем. Бойлера на 150 л вполне достаточно для суточного потребления воды среднестатистической семьей.
Проточный теплоаккумулятор
С бойлером
С теплообменником

Выходных патрубков у теплового аккумулятора, предназначенного для системы отопления, несколько, и они расположены вдоль бака по вертикали, так как имеет место температурный градиент по высоте. Это сделано для того, чтобы можно было подключать контуры с разными требованиями к температуре теплоносителя, снижать нагрузку на регуляторы температуры. В результате тепловая энергия используется максимально эффективно.

В системе с трехходовыми клапанами возможна более точная регулировка температуры

Другие типы систем:

  1. Простейшая схема обвязки, ограничивающая возможности регулировки. Горячая вода поднимается вверх и забирается из верхней точки, после остывания опускается и снова поступает в котел. Используется в том случае, если давление и температура в генераторе тепла и контурах отопления одинаковы. Температура регулируется только методом увеличения/уменьшения потока теплоносителя.
  2. В системе присутствуют узлы смешивания, байпасы, поэтому возможна более точная регулировка по температуре теплоносителя. Эффективность оборудования достигается благодаря установке, например трехходовых клапанов.
  3. В систему включен дополнительный бак, благодаря чему небольшой объем горячей воды доступен непосредственно после запуска котла. Потребителю не приходится ждать, когда система разогреется полностью, но запас воды не велик, а нагревается система медленнее, чем классическая.
  4. Внутри буферной емкости имеется один змеевик, через него проходит тепловая энергия от источника, а уже от змеевика нагревается теплоноситель в тепловом накопителе. В системе этого типа применяют разные теплоносители. Можно выбирать такие, которые нельзя смешивать из-за несовместимости химических характеристик. Через змеевик можно запитать отопление или ГВС, либо по этому кругу будет циркулировать теплоноситель от источника.
  5. В системе установлен дополнительный внешний теплообменник. Он позволяет поддерживать нужную температуру в аккумуляторе.
  6. Система с проточным контуром горячего водоснабжения. Она оптимальна, если горячая вода используется равномерно. В противном случае рекомендуется приобрести энергоаккумулятор со встроенным бойлером.
  7. Система с одним змеевиком и подключением к альтернативному источнику энергии, например, солнечному коллектору. Называется бивалентной. Подключение осуществляется таким образом, что коллектор играет ведущую роль в нагреве системы, а котел подключается, когда тепловой энергии недостаточно.
  8. Мультивалентная система, где основной нагрев осуществляют низкотемпературные источники, например солнечный коллектор и геотермальный тепловой насос. Они подключаются в нижней части теплового аккумулятора. В качестве вспомогательного источника тепловой энергии применяется высокотемпературный котел.

При наличии различных контуров отопления и источников тепловой энергии формируется сложная разветвленная система со множеством дополнительного регулировочного оборудования, датчиков, групп безопасности. Ее проектировку рекомендуется доверить профессионалам, так как потребуются высокоточные расчеты.

Обвязка аккумулятора для тепла

Емкость должна быть хорошо утеплена. Если это покупной теплоаккумулятор, нужно оценить толщину и качество внешней изоляции. Чем лучше и толще теплоизолятор, тем дольше будет сохраняться тепло. Благодаря особой структуре теплоизолятора теплоаккумулятор работает как термос. Толщина теплоизоляции в качественных моделях составляет около 10 см. Она закрывает окрашенный термостойкой краской корпус. Поверх теплоизоляции идет слой кожзаменителя. Самостоятельно утепление выполняется по той же схеме. Сначала бак красят краской, стойкой к высокой температуре, затем утепляют базальтовой ватой толщиной не менее 150 мм, а сверху закрывают фольгой.

Теплоаккумулятор для отопления — схема работы и правила эксплуатации

Когда у людей нет возможности использовать для отопления жилища газ, приходится искать другие варианты. Так например, некоторые используют твердотопливный обогрев, в иных случаях на помощь приходит электричество.

Кроме того, технологии наших дней позволяют применять солнечную энергия для получения тепла. Все варианты различны по устройству теплоаккумулятора, а это является важным нюансом для отопления.

Основным недостатком всех вышеперечисленных систем является крайне неравномерный обогрев. А в случае с электрическими обогревателями еще и высокая стоимость энергии.

Отсюда напрашивается лишь один выход – накопление тепла с последующим его использованием, и в этом очень поможет котел отопления.

О том, как выбрать хороший теплоаккумулятор и какие критерии следует учитывать мы поговорим далее.

Краткое содержимое статьи:

Принцип работы теплоаккумулятора

Наиболее простая и распространенная система, основанная на использовании твердого топлива, выражена сильной цикличностью. При загрузке топлива в виде дров, энергия постепенно нарастает, далее ее нужно поддерживать, в обратном же случае тепло пойдет на убыль. По итогу теплоноситель остывает.

Получается, что вы тратите топливо, загружаете дрова, а тепло получаете лишь во время пикового горения. Так как во время самого процесса тепло либо накапливается, либо теряется, это крайне невыгодно.

В случае твердотопливных систем проблему можно немного смягчить, установив котел длительного горения. Однако, это не решает вопрос в полной мере.

Если рассматривать электрические котлы, то огромным минусом тут является высокая стоимость потребляемой энергии. Наиболее простым решением данного вопроса станет использование котла в ночное время и как можно меньший расход дневной энергии.

В случае с солнечной энергией все обстоит еще хуже. С одной стороны это огромный и выгодный источник энергии, но эти плюсы перекрываются одним большим недостатком – периодичностью. Поступление тепла будет напрямую зависеть от погодных условий и времени суток.

Ночью поступление будет просто никакое, а пасмурная погода не пойдет ни в какое сравнение с солнечной. Становится совершенно понятно, что требуется некое накопительное устройство.

Все вышеперечисленные проблемы сходятся в одном, нерациональное использование и неравномерное распределение тепловой энергии. Тут нам и поможет аккумулятор, который станет теплоносителем и будет накапливать тепло. Крайне важно знать, как правильно рассчитать мощность теплоаккумулятора.

Принцип работы данной системы заключается в том, что вода имеет очень высокую теплоемкость. Накопив энергию от вышеперечисленных источников, она сможет сохранять ее долгое время.

Теплоаккумулятор представляет собой большой резервуар с прекрасной теплоизоляцией, подключенный к контуру отопления. Все это позволяет сохранять тепло для ваших нужд долгое время.


Теплоаккумулятор прямого подключения

ТА является примером наиболее простой конструкции. К ней непосредственно подключаются контуры отопления и потребления.

  • Данный вид теплоаккумулятора подойдет вам в том случае, если и котел и контуры используют один теплоноситель
  • Его применение возможно только в случае одинакового давления в контуре теплоносителя и котла
  • Температура трубы подачи должна быть ниже температуры контура отопления

Теплоаккумулятор, обладающий встроенной системой теплообмена

Данный вид конструкции обладает своим внутренним теплообменом, который находится внизу котла. Его используют в следующих ситуациях:

  • Если давление в теплоносителя выше этого показателя у контура потребления
  • При подключении новых источников тепла в количестве более одного
  • При использовании разных видов теплоносителей

Существенным отличием такой конструкции от первого варианта является смешение теплоносителей внутри системы. Благодаря чему происходит более эффективное отопление.

Теплоаккумулятор с системой проточного теплообмена

В данной конструкции теплообмен происходит в верхней части котла. Заход воды осуществляется снизу, подача, следовательно, тоже.

Этот вариант активно используется в случаях равномерного потребления воды, когда исключены большие нагрузки на систему водоснабжения. Важным нюансом при монтаже является материал, из которого изготовлен теплообменник. Он должен быть выполнен из металлов, отвечающих нормам.

В целом данный вариант аналогичен первому, с прямым подключением.


Фото теплоаккумуляторов для отопления

Также рекомендуем просмотреть:

Пожалуйста, сделайте репост



Теплоаккумулятор для отопления, схема, установка системы своими руками

Как правило, система отопления включает в своем составе привычно сложившиеся годами три элемента – источник тепла (котел), трубопроводы, отопительные приборы (в виде радиаторов). Но если вдруг у вас частный дом, который отапливается котлом на твердом топливе, а вы хотите увеличить коэффициент полезного действия и избавить себя от такой необходимости, как постоянное слежение за процессом топки, то, наверное, нужно применить в системе такой узел, как теплоаккумулятор для отопления.

Что такое и для чего нужен теплоаккумулятор?

Аккумулятор тепла представляет собой стальной герметичный изолированный бак из черной стали, имеющий патрубки – два верхних и два нижних для того чтобы подключать источник и потребитель тепла. Теплоаккумулятор для отопления отзывы показывают, что это эффективное устройство. А служит оно для того чтобы аккумулировать избыточную энергию, которую источник тепла (котел) выделяет.

теплоаккумулятор для отопления своими руками

Теплоаккумулятор для отопления

Итак, если ваш котел с твердым топливом функционирует в режиме оптимального горения (на полную мощность) от загрузки топлива до его полного сгорания, то будет максимум эффекта. Так, полученное тепло попадает в отопительную систему. Но не всегда система нуждается в таком количестве тепла. Именно для этих целей и существует буферная емкость системы отопления.

Такая емкость накапливает избыточное тепло и при необходимости подает его в систему. Поэтому, используя аккумуляторы тепла в системах отопления, вы экономите топливо, увеличиваете время работы вашего котла, уменьшаете расходы на отопление вашего дома.

Принцип работы

Принцип работы такого устройства, как тепловой аккумулятор для отопления, основывается на применении высокой теплоемкости воды. К верхнему патрубку на баке подключается трубопровод котла, который подает горячую воду. К нижнему подключается отводящий из бака холодную воду циркуляционным насосом. Так, горячая вода подается из котла в бак, а холодная – возвращается в котел. Насос отбирает из нижней части бака холодную воду до того момента, как весь бак не заполнится горячей водой.

Тепловые аккумуляторы для отопления теплоизолированы пенополиуретаном, поэтому горячая вода в баке не будет быстро остывать, а поэтому время работы системы будет увеличено за счет аккумулированного тепла.

Чем более будет объем вашего бака и мощность отопительной системы, тем это время будет более. Накопители тепла для отопления должны быть такого объема, чтоб его хватило для аккумулирования тепла, которое выделяется при сгорании разовой загрузки топлива.

Рекомендуем к прочтению:

гидроаккумулятор для системы отопления

Принципиальная схема системы отопления с теплоаккумулятором

На второй нижний патрубок бака ставится обратный трубопровод системы отопления, при помощи насоса холодная вода из системы идет в бак. Холодная вода является более тяжелой, чем горячая, поэтому она остается внизу, а при наполнении ею бака она вытесняет горячую воду наверх в трубопровод отопительной системы. И пока холодная вода не наполнит весь объем бака, в систему будет идти только горячая вода.

Теплоаккумуляторы для отопления могут быть с термоизоляцией и без нее. Также в зависимости от того, какая модель и схема отопления с теплоаккумулятором, в баке может быть один или несколько встроенных змеевиков-теплообменников, сделанных из черной стали. Схема отопления с тепловым аккумулятором может быть и с встроенным резервуаром для воды (внутренний бойлер) для снабжения горячей водой.

теплоаккумулятор для отопления

Теплоаккумулятор с изоляцией

Варианты расположения патрубков тоже могут быть различными. Если не спускать воду и не опускать того, чтоб в систему проникал воздух, срок службы может быть неограниченным.

Где применяется устройство

Как было указано ранее, тепловой аккумулятор в системе отопления существенно увеличивает инерцию системы: хоть носитель тепла будет нагреваться дольше, он будет копить более тепла и дольше его отдавать и уменьшать скачки температуры. И если ваш дом присоединен к центральному отоплению или система как теплогенерирующее оборудование применяет котел на жидком или газовом топливе, который работает автоматически, то в данном случае теплоаккумулятор для отопления своими руками будет лишь лишними расходами на материалы.

Рекомендуем к прочтению:

Но теплоаккумулятор будет целесообразен в нескольких случаях:

  • Когда в отопительной системе используются котлы на твердом топливе, и нет возможности постоянно их обслуживать. Так, теплоаккумулятор может обеспечить постоянную температуру в помещении и сгладить скачки.
  • Когда используется электрическое водяное отопление и дифференцированная оплата за электроэнергию. Самодельный теплоаккумулятор отопления сможет накопить тепло в те часы, когда тариф минимальный, а далее нагревать при самой маленькой мощности.
  • Когда отопительная система имеет периоды пикового разбора теплоэнергии, а установка дополнительного котла нецелесообразны. Система отопления с тепловым аккумулятором обеспечит отдачу тепла в эти промежутки времени.

Когда аккумулятор тепла будет лишним

Бывает так, что для систем отопления наоборот требуется быстрый набор температуры и ее снижение. Так, повышенное количество носителя тепла, накапливающееся в аккумуляционной емкости, будет мешать быстро нагреваться и остывать, а также точно регулировать температуру. Такие случаи:

  • Когда отопление нужно лишь в короткое время и перерасход топлива не нужен. К примеру, котельная функционирует на обогрев сушилки, применяемой только временами. Поэтому нет особой необходимости греть пустое помещение тем теплом, которое накопилось и ставить такое устройство, как система отопления с теплоаккумулятором.
  • Когда кроме отопления теплоустановка применяется еще и в качестве поставщика тепла для некоего технологического оборудования, и нужна быстрая и точная смена температуры – здесь повышенная инерция будет мешать.

Против скачков в давлении водоснабжения

Водопроводная сеть часто бывает нестабильной, поэтому элементы системы отопления, использующие ее, могут страдать от скачков давления. Чтобы обезопасить технику, используется гидроаккумулятор для системы отопления. Часто его сравнивают с мембранным расширительным баком, но не все знают, что это не одно и то же.

буферная емкость системы отопления

Гидроаккумулятор в системе отопления

Мембранный бак используется для того чтобы сгладить расширения теплоносителя (воды). А для питьевой воды используется гидроаккумулятор для системы отопления схема установки которого служит для поддержания запаса воды, поддержания необходимого напора, защиты системы от гидроударов.

Теплоаккумулятор для системы отопления — основные преимущества. Жми!

Стремление многих хозяев частных домов и коттеджей как можно эффективнее использовать ресурсы для обогрева своего жилища довольно часто сталкивается с одной и той же проблемой, — даже при использовании всех современных технологий утепления и энергосбережения, установке самых экономных отопительных котлов, — существенной экономии ресурсов не происходит.

Во многом это является следствием ошибок, допущенных задолго до постановки вопроса о рачительном использовании ресурсов и применении современных технологий строительства. А вот как быть с новыми, возведенными по всем современным канонам домов, неужели наступил предел развития?

Для большинства это так и останется риторическим вопросом, а вот для тех, кто решил воспользоваться действительно научными знаниями, а не выдержками из рекламных буклетов, стоит задуматься о включении в систему отопления нового элемента – теплоаккумулятора.

Как работает система отопления

В современном понимании энергоэффективности установок отопления, в том числе и отдельного дома или коттеджа, в последнее время акцент существенно сместился с показателя потребления топлива на обогрев помещения на показатель, характеризующий эффективность использования энергии для полного теплоснабжения дома.

Такой обоснованный акцент на энергоэффективность позволяет по-новому посмотреть на проблему теплоснабжения жилища, включающую в себя две основные задачи:

  • отопление дома;
  • горячее водоснабжение.

Новым путем экономии энергоресурсов в системе теплоснабжения здания сегодня выступает установка в системе отопления дополнительного оборудования, в функции которого входит аккумулировать тепловую энергию и постепенно ее расходовать.

Применение теплового аккумулятора в схеме приборов системы отопления, где основным источником энергии выступает твердотопливный котел, позволяет без дополнительных затрат провести снижение потребления топлива до 50% в отопительный сезон. Но это в будущем, а пока достаточно наглядно следует рассмотреть принцип работы этого устройства.

Принцип работы системы с твердотопливным котлом

Наиболее высокий эффект от подключения в систему будет применительно именно к твердотопливным котлам.

Тепло, выделяемое при сжигании топлива, через теплообменник по трубопроводу поступает в регистры или батареи отопления, являющиеся по сути теми же теплообменниками, только не получающими тепло, а наоборот, отдающие его окружающим предметам, воздуху, в общем, нагревающему помещению.

Остывая, теплоноситель — вода в батареях, опускается вниз и снова перетекает в контур теплообменника котла, где опять нагревается. В такой схеме существует минимум два момента, связанных с большой, если не с огромной потерей тепла:

  • прямое направление движения теплоносителя от котла к регистрам и быстрое остывание теплоносителя;
  • небольшой объем теплоносителя внутри системы отопления, что не позволяет поддерживать стабильную температуру;
  • необходимость постоянного поддержания стабильно высокой температуры теплоносителя в контуре котла.

Важно понимать, что такой подход иначе как расточительным назвать нельзя. Ведь при закладке топлива сначала при высокой температуре горения в помещениях воздух прогреется довольно быстро. Но, как только процесс горения прекратится, завершится и нагрев помещения, и как результат – снова понизится температура теплоносителя, и остынет воздух в помещении.

Использование теплоаккумулятора

В отличие от стандартной системы отопления, система, снабженная аккумулятором тепла, работает несколько иначе. В самом примитивном виде, сразу после котла бак устанавливается в качестве буферного устройства.

Между котлом и трубопроводами устанавливается бак со многослойной теплоизоляцией. Ёмкость бака, а она рассчитывается таким образом, чтобы количество теплоносителя внутри бака было больше, чем в системе отопления, содержит теплоноситель, нагреваемый от котла.

Внутрь бака введены несколько теплообменников для системы отопления и для системы горячего водоснабжения. Нагретый от котла внутренний объем аккумулятора долгое время может поддерживать высокую температуру и постепенно отдавать ее для систем отопления и водоснабжения.

Учитывая то, что самый маленький бак имеет объём 350 литров воды, то нетрудно рассчитать, что потратив одно и то же количество топлива при использовании теплового аккумулятора эффект будет намного больше, чем при прямой системе отопления.

Но это самый примитивный вид теплового прибора. Стандартный, рассчитанный на действительно работу в условиях теплоснабжения отдельного дома, аккумулятор теплоты может иметь:

  • внутренний объем от 350 до 3500 литров;
  • верхний теплообменник системы горячего теплоснабжения;
  • теплообменник системы отопления;
  • приборы системы безопасности – клапанную группу, манометр, патрубки выхода воздуха;
  • приборы системы контроля температуры, давления, предохранительные и обратные клапаны;
  • технологические выходы стандартной для обвязки арматуры диаметров;
  • высота бака с термооболочкой включает от 1,8 метра до 5,6 метра;
  • диаметр от 0,7 до 1,8 метра.

Цена таких аккумуляторов зависит от многих факторов:

  • материала изготовления бака;
  • объема внутреннего бака;
  • материала, из которого изготовлен теплообменник;
  • фирмы изготовителя;
  • комплекта дополнительного оборудования;

[advice]Замечание специалиста: рассчитать правильную работу всей системы отопления, начиная от ТТ котла и заканчивая диаметром парубков, в принципе можно и самостоятельно, но при этом следует учитывать, что мощность как котла, так и самой установки должна быть рассчитана на работу в условиях максимально низких температур в регионе.[/advice]

Более детальную информацию по этому вопросу сегодня можно найти на страницах интернет сайтов, как в текстовом виде, так и воспользовавшись услугами специализированных онлайн калькуляторов, ну и конечно в специализированных фирмах, занимающихся разработкой и установкой систем теплоснабжения.

Все управляется электроникой

Возможно, для многих такое понятие, как «умный дом» уже давно вошло в привычный ритм жизни.

Дом, в котором многие функции по содержанию и управлению системами берет на себя электроника, не обходится без участия электронных компонентов и работы системы отопления и водоснабжения с аккумулятором тепла.

Для поддержания стабильно комфортной температуры, необходимо не столько постоянное горение топлива в топке котла, сколько стабильное поддержание температуры в системе отопления. И с такой задачей вполне справляется электронное управление работой теплоаккумулятора.

Возможности платы управления:

  • включит циркуляционный насос подачи теплоносителя системы отопления;
  • для дополнительного нагрева теплоносителя в баке откроет заслонки или включит вентилятор турбонаддува котла;
  • в экстренных случаях перекроет клапаны трубопроводов и прустит теплоноситель от котла напрямую в батареи, а уже потом начнет нагревать бак аккумулятора;
  • перенаправит поток горячей воды с теплообменника котла в систему горячего водоснабжения или воспользуется нагревом в контуре бака.

Кроме этого, электронная составляющая может отлично использоваться в качестве контроллера работы, как твердотопливного котла, так и электронагревательных приборов, и даже в качестве использования системы солнечного коллектора для получения максимальной выгоды и экономии ресурсов.

Экономический эффект даже от включения в схему теплоснабжения аккумулятора тепла позволяет, как уже говорилось, до 50% снизить затраты на топливо в отопительный сезон, а если учитывать то, что цена на энергоносители постоянно растет, то такое вложение средств становится не просто выгодным, а уже обязательным для новостроек.

Смотрите видео, в котором пользователь очень подробно разъясняет схему устройства твердотопливного котла вкупе с теплоаккумулятором:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!Принципы работы оксигенатора

: газообмен, теплопередача и работа

ВВЕДЕНИЕ

С начала 1950-х годов, когда началась разработка аппарата искусственного кровообращения, произошла огромная эволюция устройств и оборудования для поддержки сердца (1 , 2). Однако, несмотря на разнообразие конструкций на протяжении многих лет, все они содержат три основных компонента: механизм циркуляции крови, метод газообмена на кислород и углекислый газ и некоторый механизм контроля температуры.В главе 2 рассматривается первый важный компонент, а теперь мы сосредоточимся на двух последующих элементах: газообмене и теплопередаче. И хотя его называют «оксигенатором», мы должны признать, что он отвечает за перемещение как кислорода внутрь, так и углекислого газа. Обсуждение начнется с базового обзора принципов физики, а затем мы применим эти принципы к устройствам, используемым специально для экстракорпоральной поддержки, включая сердечно-легочный обход (CPB) и экстракорпоральную мембранную оксигенацию (ECMO).
По мере прохождения этой главы вы можете заметить, что торговых наименований и названий производителей мало. Автор намеренно избегает их использования. Основная цель заключалась в том, чтобы сосредоточить внимание на физиологии, физике и химии оксигенатора и теплообменника, а также подчеркнуть тот факт, что существует большое количество производителей, производящих множество продуктов, которые, как было доказано, работают очень хорошо. Несмотря на то, что мы стали свидетелями значительных улучшений в процессе перехода от пузырьковых оксигенаторов к мембранным и полым волоконным оксигенаторам, данных, демонстрирующих окончательное превосходство одного продукта над другим в пределах одного класса, например, оксигенаторов из полых волокон из полипропилена, очень мало.Фактически, многие сравнения продемонстрировали лишь незначительные различия, которые имеют минимальное влияние на клиническую практику (3). Это включает в себя множество различных покрытий, которые мы обсудим, используя общие химические названия. Время от времени мы приводили ссылки, в которых конкретно сравнивались различные продукты, такие как покрытия биосовместимости, но не будем включать эту информацию в текст. Таким образом, мы сможем легче устранить любую коммерческую предвзятость и надеемся предложить читателю лучшее понимание принципов и функциональности устройств, чтобы они могли сами оценить доступные коммерческие варианты и выбрать продукты, которые наилучшим образом соответствуют их потребностям. о приложениях, доступности, запасах прочности, стоимости и послужном списке.

ФИЗИКА ГАЗООБМЕНА

Движение молекул кислорода (O2) и углекислого газа (CO 2 ) между воздухом и кровью через биологический или синтетический барьер регулируется несколькими конкретными законами физики. Сначала мы рассмотрим принципы этих законов, а затем обсудим их прямое применение к естественным процессам в легких человека, а также нашу попытку имитировать естественный процесс с помощью различных устройств и методов.

Закон Дальтона (Джон Дальтон, 1801):

Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений всех отдельных газов в этом объеме.На уровне моря это должно быть 760 мм рт.

Первый закон диффузии Фика (Адольф Фик, 1855):

В этой математической формуле J представляет диффузионный поток или количество вещества (например, O2), перемещаемого на единицу площади в единицу времени. D, коэффициент диффузии, является константой для конкретного барьера в зависимости от его состава и т. Д. Его также называют «коэффициентом диффузии», и предыдущий отрицательный знак просто делает поток J положительным, когда движение идет вниз по градиенту концентрации.Коэффициент диффузии определенных молекул газа через биологические мембраны, такие как альвеолы, может изменяться относительно быстро из-за воспаления, отека или повреждения, которое может изменить характеристики мембраны. Однако он должен быть постоянным для синтетических барьеров, таких как мембранные оксигенаторы, на которые влияют только значительные изменения температуры и давления (или, по крайней мере, до тех пор, пока он не будет помещен в биологическую среду, когда на него может повлиять свертывание и т. Д.). Концентрация вещества представлена ​​буквой φ, а длина — x.В целях обсуждения переноса газа через мембраны первый закон диффузии Фика говорит нам, что движение O 2 и CO 2 через барьер будет происходить в направлении от более высокой к более низкой концентрации (парциальное давление) с величина, которая пропорциональна градиенту и пропорциональна площади, и обратно пропорциональна
коэффициенту диффузии или «коэффициенту диффузии». Проще говоря, диффузия газа происходит быстрее, когда градиент через мембрану выше, и «более тонкий» барьер позволяет диффузию газа в большей степени, чем «более толстый», в то время как барьер такой же «толщины», но гораздо большей площади поверхности допускает большее газ диффундировать в течение того же промежутка времени.

Закон Грэма (Thomas Graham, 1848):

Скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярной массы.

Закон Генри (Уильям Генри, 1803):

Количество газа, которое может раствориться в объеме жидкости, прямо пропорционально парциальному давлению газа в этой жидкости. Математически, где p — парциальное давление конкретного газа, c — концентрация растворенного газа, а kH — константа для конкретного газа в конкретном растворе; например, kH для O2, растворенного в воде при 298 K, составляет 769.2 л атм / моль. Именно этот принцип позволяет пузырькам газа выходить из раствора в крови во время разгерметизации, например, когда аквалангисты получают «повороты» из-за слишком быстрого всплытия после погружения. Закон Генри позволяет большему количеству газов, вдыхаемых на глубине под гораздо более высоким парциальным давлением из-за окружающей воды, растворяться в крови, особенно при более длительных периодах воздействия. Если ныряльщик быстро всплывает до того, как легкие смогут постепенно вытеснить поглощенный газ, тогда избыточный газ образует пузырьки воздуха в крови, которые ответственны за симптомы и повреждение органов декомпрессионной болезни, также известной как «изгибы» или кессон болезнь.

РИСУНОК 3.1. Параллельный поток против противотока. Повышенный перенос происходит из-за движения по всей системе с противотоком, а не из-за максимального равновесия 50:50, достижимого при одновременном потоке.

Принцип противоточного обмена

При наличии двух параллельных трубок, заполненных жидкостью или газом, разделенных мембраной с некоторой степенью проницаемости для компонентов этой жидкости или газа, обмен молекулами или частицами через барьер больше эффективен, если движения жидкостей противоположны по направлению.В теоретическом примере с легко диффундирующим газом G, который мы хотим переместить из одной системы в другую посредством диффузии, мы предположим, что концентрация G в том, что мы будем называть «донорной» системой, составляет 100%, и что там — нулевое количество G на «принимающей» стороне системы (рис. 3.1). Если две системы движутся параллельно (одновременно), то на входе концентрации составляют 100% и 0%. По мере продвижения двух систем происходит постоянная диффузия G через барьер с уменьшением концентрации G на донорной стороне и увеличением концентрации на принимающей стороне.Постепенно концентрации изменяются на 90%: 10%, 80%: 20% и так далее, пока не будет достигнуто равновесие 50%: 50%. Продолжение движения по дополнительной длине трубки не обеспечивает никакого дополнительного обмена G в принимающей системе, и конечный результат на участке выхода остается 50%. Если мы теперь изменим направление одной из систем так, чтобы донорская и реципиентная системы текли в противоположных направлениях (противоток), движение G может происходить по всей длине системы, потому что градиент, приводящий к диффузии, может поддерживаться .Если системы имеют достаточную длину, концентрация G может потенциально достигать 100% в месте его выхода, непосредственно рядом с входной стороной донорной системы
, где концентрация также составляет 100%. Таким образом, равновесие достигается на 100%, а не на 50%. Газообмен через жабры рыб — пример естественного биологического применения этого эффективного принципа противоточного обмена. Противоточный обмен применяется не только к передаче газов, как в примере, но в равной степени к перемещению веществ между жидкостями, газом и жидкостью, а также к передаче тепла между двумя жидкостями (жидкостями или газами).

ОКСИГЕНАТОРЫ ДЛЯ ЭКСТРАКОРПОРАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ

Базовая конструкция оксигенатора

Естественный процесс газообмена в легких включает направление крови в мелкие капилляры, прилегающие к тонкостенным альвеолам, содержащим вдыхаемый воздух, так что кислород может диффундировать, а углекислый газ может диффундировать. out, основываясь на принципах диффузии в законе Фика, изложенном выше. Размер капилляров таков, что клетки перемещаются по существу по одной, чтобы обеспечить максимальное воздействие и время для газообмена.Большая площадь респираторной поверхности нормального легкого человека обеспечивает чрезвычайно эффективный обмен большого объема O2 и CO 2 . Соответствующий обмен действительно требует эффективного движения воздуха в альвеолы ​​и из них через одни и те же проходы, что создает возможность проблем с вентиляцией мертвого пространства.

При разработке эквивалента искусственного легкого, который будет использоваться в течение коротких периодов времени во время CPB, необходимо учитывать множество факторов, которые часто играют друг против друга.Например, наличие очень большой площади поверхности максимизирует возможность газообмена, но затем также увеличит размер устройства и, следовательно, объем заливки, необходимый для его заполнения, а также связанные с ним потребности в гемодилюции и потенциальной трансфузии. Имитация естественного легкого с крошечными «капиллярными» кровеносными проходами также максимизирует эффективность обмена, но при этом создаст чрезвычайно высокое сопротивление внутри мембраны, требующее очень большой площади поверхности и приводящее к большему напряжению сдвига, гемолизу и т. Д. .Таким образом, разработка идеального устройства для газообмена была построена на ряде компромиссов между преимуществами и недостатками доступной площади поверхности, сопротивления потоку, размера, объема заливки, способности к диффузии, утечки плазмы и биосовместимости.

Измерения производительности и возможностей оксигенаторов

В попытке создать отраслевые стандарты для сравнения возможностей оксигенаторов Ассоциация по развитию медицинского оборудования ранее разработала набор стандартов для оксигенаторов.Однако надежность этих стандартов была поставлена ​​под сомнение, поскольку в них не учитывалось влияние изменчивости условий на входе, которая влияет на изменчивость переноса газа. Впоследствии было показано, что улучшение газообмена в некоторых устройствах может быть продемонстрировано путем изменения условий, при которых оценивались оксигенаторы (4,5,6). Несмотря на непринятие этих стандартов, существует серия измерений, которые помогают определить физические и функциональные возможности оксигенаторов.Как упоминалось ранее, заправочный объем — это объем жидкости (кристаллоида или крови), необходимый для заполнения фазы крови устройства, включая любой встроенный теплообменник. Это также может включать некоторый минимальный уровень в резервуаре в зависимости от устройства и производителя. Производители также предоставляют минимальные и максимальные рабочие объемы для своих конкретных устройств. Способность оксигенатора насыщать кровь кислородом выражается в эталонном потоке кислорода, который определяется как скорость потока цельной крови при нормотермии, с нормальным гемоглобином (12 г / дл), с нулевым базовым избытком, который будет увеличить содержание кислорода в венозной крови с насыщением кислородом 65% на 45 мл / л потока.Подобные измерения способности устройства удалять CO 2 выражаются в эталонном потоке крови по диоксиду углерода. Также предоставляется индекс гемолиза для устройства, выраженный как количество свободного гемоглобина / 100 см3 крови, прокачиваемое через оксигенатор во время теста in vitro. Наконец, номинальный поток или эталонный поток — это максимальный рекомендуемый поток для достижения адекватного газообмена, и он равен самому низкому потоку среди эталонного потока кислорода, эталонного потока крови по диоксиду углерода, максимального рекомендованного производителем потока или 8 л / мин ( 7).

Оксигенаторы с прямым контактом (пузырь, грохот, вращающийся диск, барабан)

Не повторяя историю разработки оксигенаторов раннего поколения, описанную в предыдущих главах этой книги, мы обсудим только физиологические концепции газообмена, где это прямой контакт крови с газовой фазой, а не особенности конструкции различных ранних машин. Во всех устройствах кровь из тела пациента поступала в аппарат и в какой-то момент непосредственно смешивалась с газовой смесью, состоящей в основном из кислорода, в виде очень маленьких пузырьков, образующихся с помощью нескольких механизмов, часто с использованием устройства, называемого барботером, которое генерировало пузырьки газа (8).Каждый пузырек обеспечивал площадь поверхности в крови для газообмена. Размер пузырьков стал очень важным, поскольку доступная площадь поверхности для газообмена обратно пропорциональна диаметру пузырьков: меньшие пузырьки обеспечивали большую площадь поверхности и более эффективный перенос кислорода. Однако, если пузырьки были слишком маленькими, быстрое увеличение натяжения CO 2 ограничивало возможное удаление CO 2 . Постепенно производители определили пузырьки надлежащего размера, которые обеспечили бы идеальный респираторный коэффициент для системы около 0.8 (Выведение CO 2 : поглощение O2). Как только пузырьки образуются и смешиваются с венозной кровью, у смеси есть достаточно времени для передачи кислорода непосредственно молекулам гемоглобина в крови (очень небольшая часть переходит в раствор). Одновременно CO 2 покидает раствор и попадает в пузырьки, выходя из верхней части устройства или в сепаратор. По мере продвижения крови любые остаточные пузырьки будут постепенно сливаться и отфильтровываться из крови, прежде чем она будет возвращена
пациенту.Одним из самых больших препятствий для этой конструкции было образование пены из-за аэрации крови, и для минимизации этой проблемы использовались различные пеногасители и конструкции. Основным преимуществом был очень эффективный газообмен, обеспечиваемый прямым контактом. Однако такое же прямое воздействие также серьезно повредило клеточные компоненты крови при использовании в течение длительных периодов времени. Другим преимуществом является очень низкий перепад давления или сопротивление конструкции пузырькового оксигенатора, поскольку не было необходимости направлять кровь через небольшие трубопроводы, примыкающие к газовой фазе, для обмена O2 и CO 2 , как в мембране.Движущей силой венозной крови был просто гидростатический столб, и его движению вверх во время газообмена способствовали поднимающиеся пузырьки. Большой размер и емкость устройств означали, что они также могут служить венозными резервуарами системы.

Несмотря на физиологическую простоту пузырьковых оксигенаторов и других устройств прямого контакта, стоимость и сложность установки, а также ограничения, вызванные прямым повреждением крови, сделали ее менее практичной для более длительных или более сложных кардиологических операций и привели к к разработке более сложных оксигенаторов.

Мембранные оксигенаторы

В ранних конструкциях газообменных устройств были испытаны многие различные материалы, в том числе керамика, пластик, резина и ряд синтетических продуктов, таких как целлюлоза, полиэтилен и тефлон. За это время было получено большое понимание механизмов газообмена через мембранный оксигенатор (9). Однако первый широко применяемый клинический оксигенатор, который полностью устранил прямой контакт фаз крови и газа, что делает его настоящим мембранным оксигенатором, был разработан Колобоу и его коллегами (10,11).Преимущества предлагаемой новой мембраны заключались в разделении крови и газа, уменьшении повреждений и тромбозов, наблюдаемых при использовании пузырьковых оксигенаторов (12), а также в уменьшении газовых эмболов (13). Кроме того, с новыми оксигенаторами кровь больше не выталкивалась вверх движущимися пузырьками газа, а прокачивалась через мембрану независимо от потока газа, что позволяло отдельно регулировать скорость и состав газовой фазы для управления O2 и CO 2 обмен. Мембрана была сконструирована в виде длинной свернутой катушки из листа силиконового полимера, который полностью разделял газовую и кровяную фазы.Газообмен был не таким эффективным, как через другие материалы, поскольку кислород должен был по существу диффундировать в фазу силиконового полимера, а затем диффундировать в кровь, с тем же процессом, обратным для диоксида углерода. Таким образом, требовались гораздо большие площади поверхности и одновременно большие объемы заливки. Мембрана также имела относительно высокое сопротивление или падение давления от входа до выхода фазы крови. Мембрана обладала приемлемой биосовместимостью, требующей значительной антикоагуляции, и было признано, что она стимулирует фибринолитическую систему, а также было обнаружено, что она поглощает большие количества определенных лекарств, что часто затрудняет достижение терапевтических уровней.Однако, в отличие от других синтетических пластиков, используемых для клинических оксигенаторов, в первую очередь из полипропилена, силиконовая мембрана оставалась практически непроницаемой для белков плазмы и часто могла использоваться в течение нескольких недель без сбоев, что делало ее идеальной для долгосрочной поддержки, такой как ЭКМО. В операционной, где оксигенатор должен был работать всего несколько часов и где утечка плазмы и отказ оксигенатора были менее серьезными проблемами, большой размер и объемы заправки делали его гораздо менее практичным, чем другие доступные варианты.

Микропористые оксигенаторы

В отличие от больших и менее эффективных оксигенаторов с силиконовой мембраной, так называемые микропористые оксигенаторы из полых волокон были разработаны специально для нужд операционной, где кратковременное использование небольших устройств, требующих малых объемов заливки и низкого сопротивления, было очень выгодно. Подавляющее большинство оксигенаторов были изготовлены из полых волокон полипропилена, хотя в некоторых использовались листы полипропилена, в которых микропоры размером менее 1 мкм создаются в процессе нагрева и растяжения материала.Газ движется через мелкие волокна, окруженные кровью, движущейся противотоком. После контакта с кровью поры волокон покрываются белками плазмы, через которые могут проходить молекулы газа, но через которые белки плазмы и вода не проходят из-за поверхностного натяжения крови. Со временем поры в конечном итоге пропускают компоненты плазмы через поры в газовую фазу, что называется утечкой плазмы. Обычно это занимает несколько часов или даже дней, что намного больше, чем требуется для поддержки CPB; поэтому это обычно не имеет клинического значения, за исключением случаев, когда эти мембраны используются для долгосрочной поддержки, такой как ЭКМО.В таких случаях требуется очень тщательный мониторинг функции оксигенатора и частая замена оксигенатора.

Хотя цель оксигенатора состоит в том, чтобы имитировать функцию естественного легкого, обеспечивая достаточную подачу кислорода и удаление углекислого газа, воспроизвести структуру легкого невозможно. Газовый поток движется через оксигенатор, а не входит и выходит из дыхательных путей, что дает некоторое преимущество для эффективности оксигенатора, возможно, компенсируя тот факт, что оксигенатор не может начать воспроизводить легочную модель газообмена.Богатый кислородом воздух проникает в альвеолы ​​с вдохом и некоторое время находится в массивной области респираторной поверхности, которой является легкое. Рядом с миллионами альвеол находится такое же количество крошечных капилляров, настолько маленьких, что красные кровяные тельца (эритроциты) выстраиваются один за другим, чтобы пройти через них, выполняя необходимый обмен молекулами газа. Оксигенаторы из полого волокна не могут конкурировать с такой эффективной системой. Однако с дополнительным пониманием динамики жидкости и газообмена инженеры смогли разработать чрезвычайно эффективные устройства, компенсируя недостатки дополнительными преимуществами.Это связано с чрезвычайно сложной физикой гидродинамики, которая подробно объяснялась в другом месте (14) и которую мы попытаемся упростить здесь для применения оксигенаторов. Ранее мы отмечали, что наименьший возможный конструктивный путь для крови все еще в
более 100 раз превышает размер капилляров, и если его уменьшить, сопротивление становится недопустимым для целей экстракорпоральной поддержки. Это компенсируется увеличением длины кровотока более чем в 1000 раз.Таким образом, вместо того, чтобы каждая клетка на короткое время проходила через отдельную альвеолу, теперь у нас есть большее количество крови, проходящей через более широкие, но очень большие расстояния, чтобы создать более эффективную площадь поверхности для газообмена. Поскольку кровь представляет собой вязкую жидкость, скорость потока внутри оксигенатора неодинакова. И хотя на самом деле газ течет внутри микроволокон и крови вокруг них, давайте рассмотрим движение крови, как если бы она находилась в трубке, чтобы лучше понять динамику жидкости и ее влияние на газообмен.Внутри «трубки» скорость крови меняется: самый быстрый поток в центре, а окружающая кровь движется с постепенно уменьшающимися скоростями по мере того, как она удаляется от центра и приближается к внешнему краю, который был бы границей раздела с газовая фаза. В этот момент скорость теоретически равна нулю, а центральный поток максимален. На границе раздела с нулевой скоростью образуется пограничный слой, в котором происходит диффузия кислорода через мембрану. Поскольку растворимость кислорода в жидкой части крови очень низкая, большая часть диффузии происходит на границе раздела или рядом с ним на гемоглобин внутри крови вблизи пограничного слоя.Распространение дальше в поток труднее из-за расстояния. Если длина кровеносного пути короткая и поток является абсолютно ламинарным, то к гемоглобину в центральном потоке крови попадет очень мало кислорода или вообще не будет. Однако поток не является ламинарным, и турбулентность нарушает слои градиента скорости и увеличивает вихревые токи и перемешивание. В этом случае это очень желательно, чтобы увеличить способность кислорода диффундировать к более доступным молекулам гемоглобина.Эта проблема также может быть решена путем увеличения длины пути прохождения крови и времени пребывания, но это резко увеличит площадь поверхности, размер оксигенатора и, следовательно, первичный объем. Другое решение могло бы заключаться в уменьшении ширины пути прохождения крови, уменьшении расстояния между границей раздела и центральным потоком, но, как указывалось ранее, это значительно увеличило бы сопротивление потоку до непрактичного уровня. Пропуская газ через волокна вместо крови, сопротивление намного ниже и обеспечивает соответствующий контакт для газообмена.Газосодержащие микроволокна размещены нелинейным образом с рядом мягких изгибов и поворотов, создающих турбулентность и повышенное перемешивание, но не настолько, чтобы увеличивать напряжение сдвига и вызывать повреждение эритроцитов. Дополнительные вентиляторы или маленькие лопасти помещаются в фазу крови для достижения того же эффекта, который известен как «вторичный поток» (15).
В отличие от кислорода, углекислый газ гораздо более растворим в крови, где он быстро превращается в бикарбонат. Дополнительные молекулы CO 2 транспортируются на аминогруппах белков плазмы, включая гемоглобин, что делает выведение CO 2 гораздо менее проблематичным, чем доставка кислорода (рис.3.2 и 3.3).

РИСУНОК 3.2. Типичная открытая система для взрослых, показывающая резервуар для кардиотомии (A), складывающуюся венозную сборную камеру (B) и комбинированный полипропиленовый оксигенатор и теплообменник (C).

«Плазмоплотные» оксигенаторы с полыми волокнами

В 2008 году первый оксигенатор из полых волокон из полиметилпентена (PMP) был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для использования в США для экстракорпоральной поддержки.Хотя оксигенаторы PMP использовались в Европе в течение многих лет, их внедрение в Соединенных Штатах стало важным новым инструментом для долгосрочной экстракорпоральной поддержки. Как и предшественник полипропилена, оксигенаторы PMP обладали очень эффективным газообменом, малыми площадями поверхности и объемами заливки, превосходной биосовместимостью и очень низким сопротивлением кровотоку. Однако полые волокна PMP были действительно непористыми, вместо того, чтобы быть покрытыми очень тонкой мембраной, которая обеспечивала эффективный газообмен без возможной утечки плазмы, хотя сообщалось о редких случаях (16).Хотя это мало что изменило в операционной, оно произвело революцию в поддержке ЭКМО в этой стране и во всем мире, предоставив маломощный, биосовместимый и эффективный оксигенатор с низким уровнем сопротивления, который можно было использовать в течение нескольких дней или недель подряд (рис. . 3.4). Единственный недостаток этих оксигенаторов, отмеченных автором по сравнению с ранее применявшимися силиконовыми мембранами
, — это скорость, с которой они выходят из строя при возникновении тромбоза. В то время как стимул для коагуляции, кажется, меньше у PMP и его различных покрытий, поскольку площадь поверхности и объем настолько малы, когда тромбоз инициируется, он может прогрессировать чрезвычайно быстро, вызывая относительно внезапный отказ оксигенатора.Это становится чрезвычайно важным в свете тенденций в поддержке ЭКМО и стремления к более простой, более «автоматизированной» и компактной системе, которая привела к меньшему мониторингу пред- и постмембранного давления и меньшему внимательному наблюдению со стороны опытного персонала. С этим приходит меньше предупреждений о потенциальных проблемах и, возможно, меньше запаса прочности для предотвращения внезапного и потенциально катастрофического отказа системы.

РИСУНОК 3.3. Миниатюрный педиатрический контур для младенцев с венозным резервуаром (A) и полипропиленовым оксигенатором / теплообменником (B).Также показаны роликовый насос (C) и гемофильтр (D).

Резервуары

Системы для CPB также включают некоторую форму резервуара — либо мягко складывающееся устройство, либо твердый контейнер, который выполняет ряд функций, или некоторую комбинацию (см. Рис. 3.2 и 3.3). Основная функция — регулирование объема и обеспечение насоса постоянным источником крови для доставки пациенту, даже если имеется временное прерывание венозного возврата от пациента, намеренное или непреднамеренное.Резервуар делают достаточно большим для полного обескровливания объема крови пациента в случае глубокой гипотермической остановки кровообращения. После попадания в резервуар кровь проводит там короткое время, позволяя любым пузырькам, которые могли попасть в резервуар, подняться наверх, так как кровь затем сливается со дна резервуара и затем прокачивается через оксигенатор и теплообменник. . Этот временный застой очень полезен для удаления воздуха из крови, особенно при использовании аспирационных устройств, которые возвращают пролитую кровь непосредственно обратно в насос, но также является причиной того, что CPB требует более высокого уровня антикоагуляции (обычно время свертывания активируется более 400 секунд) по сравнению с контурами ЭКМО, которые не имеют резервуара, имеют минимальные области застоя и могут работать с гораздо более низкими уровнями антикоагуляции.Но поскольку контуры ЭКМО не имеют резервуара (кроме небольшого серворегулятора или камеры податливости), их дальнейшее функционирование полностью зависит от стабильной и непрерывной подачи венозного возврата от пациента. Существуют дополнительные устройства безопасности, такие как артериальные фильтры (которые теперь могут быть встроены в сам оксигенатор) и детекторы пузырьков, но они будут обсуждаться более подробно в главе 23. Системы ЭКМО являются «закрытыми», поскольку в них нет резервуаров. ; поэтому каждый кубический сантиметр крови, закачиваемой пациенту, должен быть заменен кубическим сантиметром, поступающим в венозную возвратную сторону.Хотя многие системы действительно имеют очень маленькие складные отсеки, используемые либо в качестве серворегуляторов для роликовых насосов, либо в качестве камер соответствия
, чтобы минимизировать кавитацию воздуха из-за высокого отрицательного давления, создаваемого центробежными насосами, они не являются резервуарами и не способны хранить объем подачи крови. Однако это также устраняет большую часть застоя крови в системе и является причиной того, что ЭКМО может работать при значительно более низких уровнях антикоагуляции по сравнению с CPB.

РИСУНОК 3.4. Оксигенатор из полиметилпентена с комбинированным внутренним теплообменником, обычно используемый для долгосрочной поддержки (ECMO).

Работа оксигенатора

Аппарат искусственного кровообращения обычно контролируется перфузиологом, который отвечает за обеспечение адекватной доставки кислорода ко всем тканям и органам тела в течение периода поддержки. Точно так же контур ЭКМО поддерживается персоналом, который выполняет аналогичные роли на долгосрочной основе.Это включает в себя все три тесно взаимосвязанных компонента поддержки: насос, оксигенатор и контроль температуры. Обеспечение адекватного потока насоса эквивалентно естественному сердечному выбросу. Контролируемое переохлаждение приводит к защитному эффекту во время поддержки или после острой ишемии / гипоперфузии за счет снижения метаболических требований. А адекватный газообмен обеспечивает ткани необходимым кислородом (при условии адекватного потока и адекватной пропускной способности кислорода гемоглобином), а также удаление углекислого газа.Движение O2 и CO 2
Только золотые участники могут продолжить чтение. Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы продолжить

Связанные

.

Типы конденсаторов и принцип работы

Испаритель хладагента с теплотой от конденсатора в системе охлаждения тепла, добавляемого в процессе сжатия в компрессоре, производится от системы. Таким образом, жидкий хладагент под давлением все же пришел, и возникла ситуация, когда будет повторно расширяться тепло от испарителя.

Принципы работы конденсатора

объясняются следующим образом. Поверхностная конденсация пара и газа, в зависимости от характеристик поверхности «Каплеобразование или пленкообразование» происходит по стилю.В случае образования капель с конденсацией (в случае капельной конденсации) может быть обеспечен гораздо более высокий (более чем в 4-8 раз превышающий пленкообразование) коэффициент теплопередачи. Это также является предпочтительным, потому что они ограничены экономическими факторами и характеристиками производственной практики конденсатора хладагента, однако, как в кино с конденсацией и образованием конденсата, в меньшей степени, капли соединяются вместе. Можно рассматривать 3 стадии теплообмена в конденсаторе. Эти;

— получение гнева,
— хладагент конденсат,
— чрезмерное охлаждение.

Конденсатор, в зависимости от конструкции, использует площадь конденсатора переохлаждения 0-10%. для получения гнева нужно выделить 5% обрабатываемой площади конденсатора.

Три различных теплообмена с коэффициентом теплопередачи в конденсаторе промежуточной температуры в зависимости от формы будут разными. Однако, несмотря на превышение средней температуры в диапазоне приемных фаз гнева должен присутствовать более низкий коэффициент теплопередачи, а наоборот, во время переохлаждения диапазон температур будет больше и меньше коэффициент теплопередачи.Во время конденсации между двумя значениями будет подуровень. против экспериментов с увеличением коэффициента теплопередачи с использованием разницы температур уменьшения (или наоборот) он дает примерно такой же результат умножения, и можно использовать среднее значение этих значений. Применяется простота, позволяющая учесть в расчете конденсатор с коэффициентом теплопередачи только одного среднего диапазона температур.

Radiator Type Condenser

Оребренные конденсаторы радиаторного типа

Tellier Condenser

Провод конденсаторный

Конструкция и типы конденсатора

Обычно существует три различных типа конденсатора:

Конденсаторы с водяным охлаждением
Конденсаторы с воздушным охлаждением
Испарительный конденсатор (воздух-вода)

На практике, а не то, что используется в настоящее время, будет определяться экономическим анализом.производственные и эксплуатационные расходы будут проанализированы в этом исследовании вместе. С другой стороны, температура конденсации водяного и испарительного конденсаторов будет на нижнем уровне холодильного цикла и, таким образом, наверняка будет более высокая термодинамическая эффективность, поэтому необходимо учитывать проводимый анализ.

Конденсатор с водяным охлаждением

Особенно чистая вода является обильной, недорогой и может быть обнаружена при низких температурах, если в учреждениях и конденсаторных учреждениях можно найти наиболее экономичный тип с точки зрения эксплуатационных расходов.Отличные капаситедеки охлаждения sistemlerinde как обычно только выбор рассматриваю. Но в последние годы высокий коэффициент теплопередачи обеспечивает конденсат с воздушным охлаждением, составляющий 100 т / фут. Их до тех пор, пока мощность не будет использована. теплопроводность материала трубы при проектировании и реализации конденсата с водяным охлаждением, коэффициент загрязнения используемой воды, потеря давления в оребренных трубах, используемых, когда хладагент эффективности водяного контура крыла при рассмотрении таких вопросов, как чрезмерное охлаждение уровней.Медные трубы, используемые в конденсате (галогеновый хладагент), обычно меньше толщины стенки трубы. Медь теплопередачи меньше влияние kondüksüyo конденсатора все коэффициент теплопередачи был высоким и вне этого коэффициента скорее (сторона хладагента) и внутри (сторона воды) будет зависеть от значений коэффициента пленки. В то время как у мяса меньше теплопроводность (железная труба), когда трубы используются в конденсаторах, передача тепла в трубах кондиктиф всего тепла будет слишком поздно.

Коэффициент загрязнения поверхности теплопередачи воды, используемой на стороне воды, чтобы учитывать влияние остатков, которые составляют цель уменьшения движений теплопередачи.

Факторы, влияющие на коэффициенты загрязнения:
— Использование воды с точки зрения посторонних веществ в условиях
— Температура конденсации
— Конденсатор, применяемый для поддержания чистоты труб, степень профилактического обслуживания

В частности, коэффициент загрязнения при температуре конденсации 50 ° C должен быть немного выше, чем требуется для применения.Температура конденсации на 38 ° C ниже этого значения может быть немного ниже нормальной. Низкое загрязнение воды и ускорение переходной скорости до 1 м / сек не должны допускаться на более низкой скорости. Он остается периодическим поверхностным temizlenmediği hızlanacaktır, который все больше ценит происшествие с загрязнением, так как требуются конденсаторы и коэффициенты теплопроводности, чтобы идти azalacak sıcaklığında sağlanabilecektir CAPACITYa, но с более высоким содержанием конденсата. Это приведет к заражению. Сопротивление воды со стороны повышенного загрязнения увеличится, а уменьшение расхода воды, в результате чего конденсат, несомненно, повысит температуру.

Condenser

Конденсатор с воздушным охлаждением

В частности, на 1 л.с. вверх kapasitedeki denecek, исключение из тех диапазонов, которые доступны, просто предпочитают этот тип конденсатора nedenmi; состоящий из простых, низких затрат на установку и эксплуатацию, его можно рассматривать как простоту обслуживания и ремонта. Есть также символы, которые подходят для применения (например, бытовые или коммерческие кондиционеры оконного типа). Большинство приложений соединены интегральным способом для очистки шкива двигателя вентилятора циркуляции воздуха tipkompresör и не нуждаются в отдельном приводном двигателе.Также в конденсаторе с воздушным охлаждением теплообмен происходит в три этапа.

— Получение гнева Refrijerandan
— Конденсация
— Чрезмерное охлаждение

Это примерно 85% конденсатора обслуживания будет обслуживать конденсатор конденсатного поля. Это может быть область около 5% и 10% переохлаждения (переохлаждения). Обычно используется в конденсаторе с воздушным охлаждением. Склад хладагента, чтобы получить новый конденсирующийся хладагент из конденсатора для хранения, и теперь перешел в процедурный случай.Его цель — использовать полезное пространство конденсатора для хранения жидкости. Воздушные конденсаторы для галокарбонорефрижера, которые обычно используют медные / алюминиевые ребра, а иногда и медные / медные ребра и медные или стальные трубы / стальные крылья, производятся в резерве. Также возможно изготовление труб / крыльев из алюминиевого сплава. используемые диаметры труб — от ¼ «до ¾». Различается от 160 до 1200 квадратных метров, что заставляет его считать крылья, но наиболее доступные пределы частоты — от 315 до 710 калмактадыр.Например, площадь теплопередачи воздушного конденсатора в среднем составляет 2,5 м / сек. Скорость прохождения воздуха на тонну / охлажденное (3024 ккал / ч) составляла от 9 до 14 м². Очень мало, за исключением, конечно, воздуха в конденсаторе воздушного потока, необходимого для среднего стакана ккал / ч от 0:34 до 0,68 м3 / ч между değişmekte, необходима мощность вентилятора в стакане от 1000 ккал / ч до 0,03 0,06 л.с. Скорость вентилятора от 900 до 1400 об / д должна быть посередине. Вентиляторы конденсатора радиального типа обычно используются там, где требуется бесшумный осевой тип.Температура конденсации хладагента должна соответствовать температуре воздуха на входе 10-20 ° C.

Общее состояние трубы, расстояние между ребрами, глубина (колонна труб). Полученные поля, такие как особенности конструкции, требования к воздушному потоку, сопротивление воздуха и, следовательно, размер вентилятора, мощность вентилятора и будут влиять на стоимость объема группы линий. Сегодня конденсаторный дизайн в виде горячего хладагента подается в несколько независимых контуров верхнего коллектора, yoğuştuk, обеспечивая спуск под действием силы тяжести и чрезмерное охлаждение снова, принимая форму коллектора.

Конденсаторы с воздушным охлаждением, группы по форме заказа;

— Компрессор сгруппирован
— Следовало организовать таким образом, чтобы он был размещен на большом расстоянии от компрессора. (Раздельный конденсатор)

Он разделен на два класса. Прохождение воздуха из конденсатора может быть организовано в вертикальном и горизонтальном направлениях. С другой стороны, нагнетатель воздуха может вводить воздух для стимуляции абсорбирующего или репеллентного эффекта. В системе охлаждения создается ожидаемое по существу давление конденсации, а температура может поддерживаться в установленных пределах Abilmesiyle.Это тесно связано с режимом работы конденсатора. предотвращение чрезмерной температуры конденсации и давления в конденсаторе — это условие, обычно связанное с тем, чтобы рассматривать его как воздух с достаточной площадью охлаждения. Поэтому, особенно в холодную погоду и при достаточной температуре, рабочее состояние проточного контура связано с наличием воздуха. В случае очень низких температур и давлений конденсации проблема зависит от того, достаточно ли вытекает хладагент.

Например, термостатический расширительный клапан для снижения достаточного падения давления в емкости, поскольку часто принимаются меры по предотвращению очень низкого давления конденсации, можно собрать их обе группы.

— Проверить сторону хладагента
— Для контроля воздуха tarafını

Fan Condenser

Испарительный конденсатор

Эффект охлаждения воздуха и воды с удовольствием, основанный на принципе обслуживания испарительных конденсаторов и трудностей обслуживания, быстро загрязняются, используются все менее уязвимы к частым неисправностям. Испарительный конденсатор состоит из трех частей:

— Охлаждающий змеевик
— Система циркуляции и орошения воды
— Система циркуляции воздуха

Охлаждающие змеевики проходящего мимо Хладагента конденсируется в бензобак, как в конденсаторах с воздушным охлаждением.Воздух проходит через внешнюю поверхность змеевика, часть испарения распыленной воды в обратном направлении приводит к тому, что охлаждающий эффект все равно возникает (как и в градирне). Таким образом, температура конденсации конденсатора и, следовательно, давление снижается до более низкого уровня. Наружная поверхность змеевика, чтобы соответствовать эффекту образования пленки с низким коэффициентом теплопередачи, снабжена ребрами для усиления поля. Однако в современных испарительных конденсаторах внешняя поверхность трубы обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи для достижения хорошего результата по влажности, и используются бескрылые прямые трубы.непрерывно ли с помощью насоса в воде из камеры сбора воды на нижнем уровне конденсатора к группе сопел, напечатанной в верхней части охлаждающего змеевика и распыляемой из сопел. Эта вода испаряется примерно на 3-5% (примерно от 6 до 7,5 л / ч на тонну / для охлажденной) переносится в воздух, в резервуар для воды вода непрерывно поступает через поплавковый клапан. Тем не менее, это добавление воды в конденсатор, и выходная мощность обычно постоянно увеличивается до максимального уровня.Температура воды, взятой из температуры хладагента, начинает падать, температура за счет получения теплоты испарения воды показала тенденцию к увеличению. В результате температура воды повышается на входе в охлаждающий змеевик (температура влажного термометра воздуха повышается в этой части) и впоследствии начинает падать вместо того, чтобы приближаться к температуре поступающего воздуха. Собирая температуру воды в бассейне, достигается стабильная работа.

Испарительные конденсаторы обычно устанавливаются на крыше и снаружи здания, но входящие и выходящие воздухозаборники в здании могут также иметь каналы из оцинкованного листа.При зимней эксплуатации устройства вне здания необходимо принять меры против замерзания. При применении в зданиях следует учитывать объем холодного влажного воздуха, проходящего через канал, который будет взят в случае конденсации в канале, и необходимо принять меры по удалению воды. Приложение позволяет экономить энергию при использовании в качестве встроенного вытяжного вентилятора и вытяжной системы. Поскольку конденсатор с воздушным охлаждением с испарительными конденсаторами хорошо работает в холодную погоду, необходимо предотвратить образование конденсации, давление слишком низкое.

Предполагаемый применил это устройство;

— Запуск и остановка двигателя вентилятора,
— Настройка заслонки и использование серводвигателя, воздушный поток для репликации уменьшения воздушного потока
— Это может уменьшить скорость двигателя вентилятора, что можно рассматривать как воспроизведение.

Плотность тепловых характеристик, единственное значение температуры испарения воздуха по сухому или старому термометру или разница энтальпии входа-выхода воздуха не могут быть представлены на основе. Потому что температура матрицы распыляемой воды и выдувного воздуха на входе показывает очень разные значения на выходе.

.

Механизмы теплопередачи — Energy Education

Рис. 1. На фотографии выше показан аэрогель, чрезвычайно хороший теплоизолятор, между паяльной лампой и спичками. Аэрогель блокирует все тепло от паяльной лампы и предотвращает возгорание спичек. [1]

Механизмы передачи тепла — это просто способы передачи тепловой энергии между объектами, и все они основаны на основном принципе, согласно которому кинетическая энергия или тепло должны быть в равновесии или в равных энергетических состояниях .Есть три различных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучистое тепло (часто называемое излучением, но это более общий термин, включающий многие другие явления). [2] Существует связанное с этим явление передачи скрытого тепла, называемое эвапотранспирацией.

Проводимость

основная статья

Электропроводность — это простейшая модель теплопередачи с точки зрения возможности математического объяснения происходящего.Это движение кинетической энергии в материалах из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой через вещество. [3] Молекулы просто передают свою энергию соседним молекулам до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. В моделях проводимости не рассматривается движение частиц в материале.

Конвекция

Рисунок 2. Воздух над землей нагревается быстрее, чем воздух над водой, что приводит к конвекции, которая ощущается как прохладный океанский бриз. [4]

основная статья

Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкости (например, воздуха или воды).Разница между проводимостью и конвекцией заключается в движении материального носителя; конвекция — это движение тепловой энергии за счет движения горячей жидкости (в отличие от нагрева другого материала за счет движения атомов). Обычно это движение происходит из-за разницы в плотности. Более теплые частицы менее плотны, поэтому частицы с более высокой температурой будут перемещаться в области с более низкой температурой, а частицы с более низкой температурой будут перемещаться в области с более высокой температурой. Жидкость будет продолжать движение до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Радиация

Рисунок 1: Костры излучают лучистую «энергию» и ощущаются как «лучистое тепло». [5]

основная статья

Тепло, передаваемое излучением, называется лучистым теплом. Как и свет, лучистое тепло — это лучистая энергия, и для ее переноса не обязательно требуется среда. Этой форме передачи энергии способствует тип электромагнитного излучения. [6] Все движущиеся заряженные частицы испускают электромагнитное излучение.Эта излучаемая волна будет распространяться, пока не столкнется с другой частицей. Частица, которая получает это излучение, получит его в виде кинетической энергии. Частицы будут получать и излучать излучение даже после того, как все будет при одинаковой температуре, но этого не замечается из-за того, что в этот момент материал находится в равновесии.

Этот тип теплопередачи особенно важен при установке температуры Земли. Радиация как передача тепла — это то, как Земля получает энергию от Солнца. Радиация также важна для парникового эффекта.

Эвапотранспирация

Рисунок 1. Круговорот воды зависит от эвапотранспирации. [7]

основная статья

Эвапотранспирация — это энергия, переносимая фазовыми изменениями, такими как испарение или сублимация. [8] Вода требует значительного количества энергии для изменения фазы, поэтому этот процесс подтверждает, что водяной пар обладает значительным количеством энергии, связанной с ним. Этот тип механизма передачи энергии часто не указывается среди различных типов механизмов передачи, поскольку его труднее понять.

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (30 июля 2015 г.). Airgel [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Aerogel_matches.jpg
  2. ↑ Hyperphysics, Heat Transfer [Online], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html
  3. ↑ Hyperphysics, Heat Conduction [Online], доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html#c2
  4. ↑ »Свойства выборки для чтения: плотность создает токи.» [В сети]. Доступно: http://www.propertiesofmatter.si.edu/Density_Creates.html
  5. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire_from_brazier.jpg
  6. ↑ Р. Чабай и Б. Шервуд, «Энергия и импульс излучения», в «Материя и взаимодействия», 3-е изд., Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley, 2011, глава 24, раздел 5, стр. 1002-1003
  7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Evapotranspiration#/media/File:Surface_water_cycle.svg
  8. ↑ USGS, Evapotranspiration — The Water Cycle [Online], Доступно: http://water.usgs.gov/edu/watercycleevapotranspiration.html

.

Отопление | процесс или система

Отопление , процесс и система повышения температуры замкнутого пространства с основной целью обеспечения комфорта жильцов. Регулируя температуру окружающей среды, отопление также служит для поддержания структурных, механических и электрических систем здания.

В термоэлектрической генерирующей системе источник тепла — обычно работающий на угле, масле или газе — используется внутри котла для преобразования воды в пар высокого давления.Пар расширяется и вращает лопатки турбины, которая вращает якорь генератора, вырабатывая электроэнергию. Конденсатор преобразует оставшийся пар в воду, а насос возвращает воду в бойлер. Encyclopædia Britannica, Inc.

Историческое развитие

Самым ранним способом обогрева помещений был открытый огонь. Такой источник, наряду с соответствующими методами, такими как камины, чугунные печи и современные обогреватели, работающие на газе или электричестве, известен как прямое отопление, потому что преобразование энергии в тепло происходит на обогреваемом участке.Более распространенная форма отопления в наше время известна как центральное, или косвенное, отопление. Он заключается в преобразовании энергии в тепло в источнике вне, отдельно от обогреваемого объекта или объектов или расположенных внутри него; Получающееся тепло передается на объект через текучую среду, такую ​​как воздух, вода или пар.

За исключением древних греков и римлян, большинство культур полагалось на методы прямого нагрева. Древесина была первым топливом, которое использовалось, хотя в местах, где требовалось только умеренное тепло, таких как Китай, Япония и Средиземноморье, использовался древесный уголь (сделанный из дерева), потому что он производил гораздо меньше дыма.Дымоход, или дымоход, который сначала представлял собой простое отверстие в центре крыши, а затем поднимался прямо из камина, появился в Европе в 13 веке и эффективно устранял дым и дым от огня из жилого помещения. Закрытые печи, по-видимому, впервые использовались китайцами около 600 г. до н.э. и в конечном итоге распространились по России в северную Европу, а оттуда в Америку, где Бенджамин Франклин в 1744 году изобрел улучшенную конструкцию, известную как печь Франклина. Печи расходуют гораздо меньше тепла, чем камины, потому что тепло огня поглощается стенками печи, которые нагревают воздух в комнате, а не пропускают вверх по дымоходу в виде горячих дымовых газов.

Центральное отопление, кажется, было изобретено в Древней Греции, но именно римляне стали величайшими инженерами-теплотехниками древнего мира с их системой гипокауста. Во многих римских зданиях полы из мозаичной плитки поддерживались колоннами внизу, которые создавали воздушные пространства или каналы. На участке, расположенном в центре всех отапливаемых комнат, сжигали древесный уголь, хворост и, в Великобритании, уголь, и горячие газы распространялись под полом, нагревая их в процессе. Однако система гипокауста исчезла с упадком Римской империи, и центральное отопление было восстановлено лишь примерно 1500 лет спустя.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Центральное отопление снова стало использоваться в начале 19 века, когда промышленная революция привела к увеличению размеров зданий для промышленности, жилых помещений и сферы услуг. Использование пара в качестве источника энергии предложило новый способ обогрева фабрик и заводов, когда пар передавался по трубам. Котлы, работающие на угле, подавали горячий пар в помещения с помощью стоячих радиаторов.Паровое отопление долгое время преобладало на североамериканском континенте из-за очень холодных зим. Преимущества горячей воды, которая имеет более низкую температуру поверхности и более мягкий общий эффект, чем пар, начали осознаваться примерно в 1830 году. В системах центрального отопления двадцатого века обычно используется теплый воздух или горячая вода для передачи тепла. В большинстве недавно построенных американских домов и офисов теплый воздух вытеснил пар, но в Великобритании и на большей части европейского континента горячая вода заменила пар в качестве предпочтительного метода отопления; канальный теплый воздух там никогда не был популярен.Большинство других стран приняли американские или европейские предпочтения в методах отопления.

Системы центрального отопления и топливо

Важнейшими компонентами системы центрального отопления являются устройства, в которых можно сжигать топливо для получения тепла; среда, транспортируемая в трубах или каналах для передачи тепла в обогреваемые помещения; и излучающее устройство в этих пространствах для выпуска тепла либо конвекцией, либо излучением, либо обоими способами. Принудительное распределение воздуха перемещает нагретый воздух в пространство с помощью системы воздуховодов и вентиляторов, которые создают перепады давления.Лучистое отопление, напротив, включает прямую передачу тепла от излучателя к стенам, потолку или полу замкнутого пространства независимо от температуры воздуха между ними; Излучаемое тепло устанавливает цикл конвекции во всем пространстве, создавая в нем равномерно нагретую температуру.

Температура воздуха и влияние солнечной радиации, относительной влажности и конвекции — все это влияет на конструкцию системы отопления. Не менее важным соображением является объем физической активности, который ожидается в определенных условиях.В рабочей атмосфере, в которой напряженная деятельность является нормой, человеческое тело выделяет больше тепла. В качестве компенсации температура воздуха поддерживается на более низком уровне, что позволяет рассеивать лишнее тепло тела. Верхний предел температуры 24 ° C (75 ° F) подходит для сидячих рабочих и домашних жилых помещений, а нижний предел температуры в 13 ° C (55 ° F) подходит для людей, выполняющих тяжелую ручную работу.

При сгорании топлива углерод и водород вступают в реакцию с кислородом воздуха с выделением тепла, которое передается из камеры сгорания в среду, состоящую из воздуха или воды.Оборудование устроено так, что нагретая среда постоянно удаляется и заменяется охлаждающей системой — , т. Е. путем циркуляции. Если среда является воздухом, оборудование называется топкой, а если среда — водой, бойлером или водонагревателем. Термин «бойлер» более правильно относится к сосуду, в котором производится пар, а «водонагреватель» — к тому, в котором вода нагревается и циркулирует ниже ее точки кипения.

Природный газ и мазут являются основными видами топлива, используемыми для производства тепла в котлах и печах.Они не требуют труда, за исключением периодической очистки, и работают с ними с помощью полностью автоматических горелок, которые могут регулироваться термостатом. В отличие от своих предшественников, угля и кокса, после использования не остается остаточной золы для утилизации. Природный газ вообще не требует хранения, а нефть перекачивается в резервуары для хранения, которые могут быть расположены на некотором расстоянии от отопительного оборудования. Рост объемов отопления на природном газе был тесно связан с увеличением доступности газа из сетей подземных трубопроводов, надежностью подземных поставок и чистотой сжигания газа.Этот рост также связан с популярностью систем теплого воздуха, для которых особенно хорошо подходит газовое топливо и на долю которых приходится большая часть природного газа, потребляемого в жилых домах. Газ легче сжигать и контролировать, чем нефть, пользователю не нужен резервуар для хранения и он платит за топливо после того, как он его использовал, а доставка топлива не зависит от капризов моторизованного транспорта. Газовые горелки обычно проще, чем те, которые требуются для жидкого топлива, и имеют мало движущихся частей. Поскольку при сжигании газа выделяются ядовитые выхлопные газы, газ из обогревателей должен выводиться наружу.В местах, недоступных для трубопроводов природного газа, сжиженный нефтяной газ (пропан или бутан) доставляется в специальных автоцистернах и хранится под давлением в доме до тех пор, пока он не будет готов к использованию так же, как природный газ. Нефтяное и газовое топливо во многом обязано своим удобством автоматической работе их теплоцентралей. Эта автоматизация основана в первую очередь на термостате, устройстве, которое, когда температура в помещении упадет до заданной точки, активирует печь или котел до тех пор, пока потребность в тепле не будет удовлетворена.Автоматические отопительные установки настолько тщательно защищены термостатами, что предвидятся и контролируются почти все мыслимые обстоятельства, которые могут быть опасными.

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x