Capacitate termica a vasului de acumulare (Calcul volum puffer)

Am luat in considerare doua metode pentru dimensionarea rezervorul de acumulare (puffer): Conform normei europene si Conform necesarului de energie

1.  Conform normei europene EN 303-5,

capacitatea vasului de acumulare se poate calcula cu formula:

Vra = 15 x Ta x Qn (1 – 0,3 x Qinc./Qmin. inc.),

unde:

Vra = volumul vasului de acumulare (L)
Ta = timp de ardere in sarcina nominala (h)
Qn = puterea termica utila a cazanului (kW)
Qinc. = sarcina termica la incalzire (kW)
Qmin. inc. = sarcina termica minima la incalzire (kW).

Exemplul 1

Ta = 4 h, Qn = 24 kW, Qinc. = 21 kW, Qmin. inc. = 10 kW

de unde rezulta:

Vra = 15 x 4 x 24 (1 – 0,3 x 21/10) = 532 l

Se poate alege un vas de acumulare de 500 de litri

Exemplul 2:

Ta = 5 h,
Qn = 45 kW,
Qinc. = 35 kW,
Qmin. inc. = 13 kW

de unde rezulta:

Vra = 15 x 5 x 45 (1 – 0,3 x 35/13) = 650 l

In practica se alege un puffer de 700 de litri


2. Conform necesarului real de energie masurat direct

O alta varianta de calcul, preferata de mine, este sa stiti cu aproximatie care este pierderea de energie in locuinta pe timp de inarna intr-o zi mai geroasa, sa zicem in jur de -5 grade.
Eu am ales sa incalzesc toata casa electric si sa urmaresc energia electrica consumata.

- este nevoie de calorifere
– reteaua eletrica trebuie sa sustina un consum de ~ 1Kwh la o camera de 4×3 (12mp),
– se urmareste consumul pe contor

Avantajul este ca poti afla exact de cata energie termica ai nevoie pe parcursul a 24h. (atentie, ptr case fara izolatie termica, puterea minima se poate dubla !!!)

Exemplu: Un dormitor 4×3 + camera 5×3 + bucatarie 3×3 + baie 2.5×3 = media cosumului energetic este 60 Kwh zi, temperatura interioara ~ 24-26 grade (depinde de camera).

Acum, odata aflat consumul de energie pentru o perioada de 24h, necesar pentru a pastra temperatura dorita, in cazul meu de minim 24 grade celsius, se poate afla capacitatea vasului de acumulare.

Pentru acest lucru ne folosim de formula urmatoare:

E = Cp * Dt * m (capacitate termica)

unde:

  • E = energia stocata sau disponibila
  • Cp = caldura specifica a apei
  • Dt = diferenta de temperatura intre apa si mediul inconjurator
  • m = masa apei

Practic dorim sa aflam volumul de apa necesar, si daca facem abstractie de densitatea apei la diferite temperaturi si o consideram 1Kg/L , atunci in cazul nostru putem schimba m (masa) cu v (volum)

de unde rezulta ca

V = E / ( Cp * Dt )

Pentru calculul Dt luam in considerare ca temperatura maxima a apei in boilerul de acumulare va fi 95 de grade. (ceea ce in practica e destul de greu de atins. Dupa ce temperatura in vas a urcat la  ~ 85-90 de grade cazanul termic trebuie sa functioneze la minim 100 grade urcand chiar spre 110-115 “pe ultima suta de metri”. Altfel randamentul de transfer al energiei este prea mic, crescand considerabil cosumul de combustibil )

Temperatura mediului in cazul nostru nu se aplica, ci o consideram a fi temperatura minima pe care apa din vas  o poate avea, astfel incat transferul de energie dinspre calorifere in camere sa nu afecteze confortul si sa asigure minimalizarea functionarii pompei de recirculare. Personal am facut multiple probe si minim acceptabil a fost 45 de grade. Minimul ideal este de 60 de grade, mai ales in cazul in care folositi apa si pentru incalzirea unui boiler de apa calda menajera. Asadar in continuare pentru calcule voi alege minim ideal.

Deci Dt va fi 35 grade celsius.

Cp (caldura specifica) este o constanta si este egala cu 4.2 (kJ/kgoC)

Asadar avem:

  • E = 60000 Watt (60 kw, din masuratori pentru cazul meu)  = 60000 * 3.6 =  216000 (Wh => joules)
  • Dt = 35
  • Cp = 4.2

formula devine

V = 216000 / ( 35 * 4.2 )  = 216000 / 146.3   = 1469.4 L  ~ 1.5 mc

Atentie, in exemplul de mai sus nu am luat in calcul si consumul de apa calda menajera, in cazul in care se foloseste centrala termica. Daca luam in considerare si acest lucru, si considerand un consum de 100L apa calda (60 de grade) zilnic avem:

Calcul energie apa calda consumata (10 grade apa rece la intrare in boiler)

E = Cp * Dt * m = 4.2 * (60 – 10) * 100 = 21000Kj => 21000/3600 = 5.8 Kwh ~ 6 Kw

Energie totala necesara:

Et = 60 kw (incalzire) + 6 kW (apa calda menajera) =  66 kWh / zi => 66 *3600 = 237600 Kj

Dimensionarea rezervorului de acumulare:

V = 237600 ( 35 * 4.2 ) =  1616 L  … (~ 1600 Litri )

Acest calcul a fost facut pe baza unei temperaturi externe de -5 grade, dar cum exista perioade din iarna cand temperatura medie este de -15 chiar o luna de zile, e foarte indicat ca volumul pufferului sa fie crescut cu minim 30% , indicat cu 50% si ideal sa fie dublu (exista si zile de -25, nu frecvente, dar exista).

In concluzie, dimensionarea corecta a unui vas de acumulare consta in alegerea unui voulum minim optim, necesar sa asigure o autonomie de 24h in peste 90% din zilele de iarna.

Personal, in cazul meu, la o casa micuta cu mansarda si o suprafata total locuibila de ~ 90mp, am ales un vas de acumulare de 700L. Casa are 4 straturi de izolatie la mansarda, 20 cm vata minerala si 3 cm polistiren extrudat, 10cm polistiren expandat + OSB. La parter 2 straturi de izolatie termica: 10 cm vata minerala, 10 cm polistiren expandat + zidul BCA de 20 cm. Intre timp am pus si ferestrele termopan la parter + recuperarea unai parti din energia gazelor de ardere a adus un castig considerabil de energie in perioada de incalzire a pufferului.

Automatizarea centralei termice este bazata pe un Arduino Mega supervizata de un PCDuino (watchdog timer + webserver) … o sa revin curand cu un articol cu acest detaliu.

La peste 5 grade afara autonomia in cazul meu este de 2 zile … dar depinde f mult de consumul de apa calda menajera (eventual se poate compensa cu boiler care are si incalzire electrica, dar care necesita echipamente de automatizare, monitorizare si control )

Tags: , , , , , ,

One Comment to "Capacitate termica a vasului de acumulare (Calcul volum puffer)"

  1. [...] caloriferele se rãcesc cam intr-o ora; pentru a stoca/acumula cãldura se recomanda montarea unui puffer. In cazul sobei mele, pufferul ar trebui sã aibã vreo 300 de litri. Pufferul este necesar si in [...]

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Realizare Practica / Constructie – Vase de Acumulare, Acumulatoare de Caldura Home Made (ByREV)