Systèmes de chauffage avec accumulateurs de chaleur

Points d’article

• Qu’est-ce qu’un dispositif de stockage de chaleur
• Que donne l’installation d’un accumulateur de chaleur
• Critères de sélection du réservoir tampon
• Calcul de l’accumulateur de chaleur
• Caractéristiques d’installation et de fonctionnement

Il existe un moyen de rapprocher la commodité de l’utilisation d’une chaudière à combustible solide du confort qu’offre le chauffage au gaz naturel. L’accumulateur de chaleur réduit non seulement la fréquence d’allumage, mais permet également des économies significatives en chauffage électrique avec un système de paiement multi-tarifs.

Qu’est-ce qu’un dispositif de stockage de chaleur

La tâche de conservation de l’énergie thermique est l’un des problèmes les plus urgents du secteur énergétique mondial. Tout d’abord, sa solution est nécessaire pour optimiser le fonctionnement des systèmes de conversion d’énergie solaire, mais le même type de problème se pose également dans les ménages ordinaires. Certains propriétaires de maisons de campagne ne sont pas attirés par l’idée de devenir pompier, tandis que ceux qui utilisent l’électricité pour se chauffer sont avant tout préoccupés par la réduction des coûts..

Toutes ces tâches peuvent être résolues en installant un accumulateur de chaleur, qui accumule de l’énergie dans le mode de fonctionnement actif de l’appareil de chauffage, puis la transfère au système pendant une longue période. Pour éviter toute confusion, il convient de noter tout de suite que les accumulateurs de chaleur sont de deux types:

1. Accumulateurs de chaleur à la magnésite installés dans des appareils de chauffage électrique.
2. Réservoirs tampons avec de l’eau – une substance naturelle avec la plus grande capacité thermique.

Le premier type de stockage de chaleur est connu depuis environ un demi-siècle et remplace les convecteurs électriques lorsque le paiement multi-tarif de l’électricité est pertinent. La chaleur emmagasinée de la coquille de magnésite est capable de donner de 8 à 12 heures, chauffant la maison pendant la journée sans consommer d’électricité. Le principal inconvénient de ces accumulateurs de chaleur est la nécessité de calculer avec précision la capacité thermique individuellement pour chaque pièce, en tenant compte de l’inertie des structures du bâtiment, des pertes de chaleur et du volume d’air. Des erreurs de calcul conduisent à une violation du régime climatique et, par conséquent, à l’inefficacité absolue de l’utilisation d’accumulateurs de chaleur de ce type.

Le réservoir tampon est un réservoir d’eau intégré au système de chauffage hydraulique. Le chauffage du liquide de refroidissement tampon peut être effectué directement – de tels réservoirs sont appelés à circuit unique ou à travers un échangeur de chaleur, c’est-à-dire que les liquides de refroidissement dans différents circuits sont isolés les uns des autres. La multifonctionnalité du stockage d’eau lui permet d’être utilisé à la fois pour un transfert de chaleur uniforme en mode transitoire et pour le stockage d’énergie pendant la période du tarif de nuit. C’est ce type d’accumulateurs de chaleur qui est le plus intéressant pour le consommateur russe, et nous y reviendrons en détail..

Que donne l’installation d’un accumulateur de chaleur

L’accumulateur de chaleur ne peut pas être classé comme une mise à niveau du système de chauffage budgétaire. Le coût moyen commence entre 120 et 140 000 roubles. et peut atteindre un demi-million, et la fourchette de prix spécifiée est pertinente pour les systèmes qui fournissent de la chaleur à des logements d’une superficie allant jusqu’à 150 m². Une question naturelle se pose: quelle est la justification de l’achat d’un équipement aussi coûteux??

Pour comprendre la faisabilité de l’installation d’un accumulateur de chaleur, vous devez bien comprendre les spécificités de son fonctionnement. Tout d’abord, il convient de rappeler que cela ne donne pas d’avantages tangibles en tandem avec une chaudière fonctionnant au gaz naturel, le fioul, c’est-à-dire avec une alimentation automatique en carburant. Il est judicieux d’installer un accumulateur de chaleur avec des unités électriques ou à combustible solide à chargement manuel, ainsi qu’en conjonction avec des capteurs solaires. Dans cet ordre, un certain nombre d’avantages peuvent être distingués:

1. Amélioration du confort de fonctionnement d’une chaudière à combustible solide – le nombre de petits bois peut être réduit à un par jour, et cela est vrai aussi bien en basse saison que pendant la période de cinq jours la plus froide.
2. Économies accrues: fonctionnant à puissance maximale, la chaudière à combustible solide ne perd pas de chaleur avec les produits de combustion. L’eau à basse température circule tout le temps dans la bobine, absorbant efficacement l’énergie générée.
3. Prolongation de la durée de vie de la chaudière grâce à la protection contre la surchauffe. En mode de combustion de flamme active, l’échangeur de chaleur reste sec tout le temps – en raison de l’absence de condensat, la pollution des canaux de fumée avec du goudron est considérablement ralentie et l’effet sur le métal du serpentin d’acides formé lorsque la fumée entre en contact avec l’humidité est exclu.
4. Si le système est alimenté par un capteur solaire, l’accumulateur de chaleur est irremplaçable, car c’est grâce à lui qu’il est possible de chauffer le volume habitable non seulement pendant la journée, mais aussi la nuit.
5. Les caractéristiques de conception de l’accumulateur de chaleur rendent la mise en œuvre aussi simple que possible d’un système ECS, y compris avec recirculation.

Critères de sélection du réservoir tampon

Comme déjà mentionné, la fourchette de prix des accumulateurs de chaleur de capacité identique est très élevée. Pour faire le bon choix, vous devez savoir ce qui détermine la qualité et la durabilité des équipements. Le matériau du corps du récipient est d’une importance primordiale:

• L’acier au carbone peut être utilisé dans des systèmes qui ne disposent pas d’un apport d’eau régulier, ce qui signifie que les éléments métalliques ne sont pas constamment exposés à l’oxygène dissous.
• L’acier inoxydable a des propriétés anti-corrosion, un tel conteneur est complètement incapable de provoquer la formation de boues dans le système et est considéré comme le type de stockage de chaleur le plus avancé, mais il est plus cher que d’autres..
• Un boîtier métallique avec un revêtement polymère – dans ce cas, la résistance à la corrosion du matériau de base du récipient n’est pas déterminante, car la coque de protection garantit la pureté du liquide. Cependant, vous devez faire attention: certains composés polymères peuvent réagir avec des caloporteurs spéciaux, de plus, l’épaisseur de la coque métallique doit être suffisamment élevée pour résister aux contraintes mécaniques..

Modèles d’accumulateurs de chaleur: 1 – connexion directe des circuits; 2 – avec un échangeur de chaleur; 3 – avec deux échangeurs de chaleur

Les réservoirs tampons entièrement en plastique ne doivent pas être pris au sérieux. De tels dispositifs de stockage ne sont pas capables de résister à la charge de l’expansion du liquide lorsqu’ils sont chauffés; de plus, à des températures élevées, de nombreux matériaux polymères perdent leurs propriétés..

Non seulement le matériau lui-même est important, mais également les caractéristiques structurelles du boîtier. Ainsi, la meilleure option est une forme cylindrique avec un fond sphérique estampé d’une seule pièce. L’équipement importé, entre autres, se caractérise par une qualité de soudage supérieure, est testé par une pression hydraulique accrue avant la livraison des produits sur le marché. La complexité de l’équipement joue également un rôle: les dispositifs de stockage les plus simples sont directement inclus dans le système, mais si un caloporteur spécial est utilisé pour le chauffage, le transfert de chaleur est effectué selon le schéma: circuit de chaudière – stockage – circuit de chauffage par échangeurs de chaleur. Dans ce cas, la protection contre le gel de l’eau dans le réservoir de stockage est mise en œuvre en installant un chauffage électrique, qui maintient une température d’eau positive en mode veille. La consommation d’énergie est négligeable grâce à l’isolation thermique continue du ballon tampon.

Une autre nuance est le type et la qualité de l’isolation thermique, qui affecte également directement le coût. Les modèles économiques sont habillés d’un boîtier en laine minérale et en polystyrène expansé – pas les matériaux les plus idéaux en termes de durabilité et de sécurité incendie. Les modèles plus avancés ont une isolation thermique en mousse de polyuréthane et les plus chers sont en polyisocyanurate. Ces matériaux retiennent mieux la chaleur que d’autres; dans les conditions de fonctionnement du variateur, ils servent pendant des dizaines, voire des centaines d’années, alors qu’ils ne constituent pas une menace de développement d’incendie..

Les ajouts facultatifs suivants peuvent également affecter le coût du dispositif de stockage de chaleur:

• Coque rigide pour améliorer l’esthétique et protéger l’isolation thermique des dommages mécaniques.
• La présence d’un élément chauffant électrique ou d’un tuyau de dérivation pour son installation.
• Robinets supplémentaires de la batterie ECS ou d’échangeurs de chaleur supplémentaires.
• Thermomètres intégrés, manomètres, capsules pour l’installation de capteurs électroniques.

Calcul de l’accumulateur de chaleur

En fait, le seul paramètre de l’accumulateur de chaleur qui doit être déterminé pour une bonne intégration dans le système de chauffage est sa capacité. Le calcul est effectué selon un schéma simple: le temps pendant lequel le système se refroidit jusqu’à une valeur inconfortable en l’absence d’alimentation en énergie est déterminé. Vous devez diviser le temps de fonctionnement autonome souhaité par cette valeur, puis appliquer le coefficient résultant à la propre capacité du système de chauffage.

Par exemple, si, avec un volume de système de 100 litres, le refroidissement a lieu en une heure et que de la chaleur est nécessaire pendant 12 heures à partir d’un petit bois, la quantité totale de liquide de refroidissement doit être de 1,2 tonne, respectivement, la capacité tampon requise est de 1100 litres. Dans le même temps, il faut tenir compte des pertes de chaleur croissantes du système, qui ne dépassent pas 10% même dans les options de stockage les plus budgétaires..

Une formule approximative pour la sélection du volume de l’accumulateur de chaleur:

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

Où: m– le volume
P– puissance de la chaudière, W
?– efficacité de la chaudière, 0,98%
t– temps de chauffe, h
c– capacité thermique spécifique de l’eau, Wc / kg K
?T– delta de température, K

En cas de fonctionnement à partir d’une unité de chauffage électrique, la capacité du ballon tampon est calculée en fonction de la puissance de la chaudière et de la puissance de raccordement électrique admissible de l’installation. Connaissant la quantité d’énergie nécessaire pour chauffer l’eau avec une différence de température donnée, il est nécessaire de sélectionner un tel volume pour que le ballon tampon soit complètement réchauffé pendant le tarif bas. Par exemple, pour chauffer un litre d’eau avec un delta de 80 ° C, 93 W / h d’électricité sont nécessaires avec un rendement du système égal à l’unité, tandis que la durée de chauffage sera d’environ trois minutes. Afin de ne pas vous confondre dans les subtilités des formules, vous pouvez utiliser une calculatrice en ligne pratique.

Un autre aspect du dimensionnement du système est lié à la puissance de la chaudière. Il devrait être environ deux fois plus élevé que nécessaire pour un système sans accumulateur de chaleur. Premièrement, cela permettra d’augmenter la charge de carburant et d’allumer en mode haute puissance, ce qui signifie que vous devrez jeter du bois de chauffage moins souvent lorsque le système chauffe. Deuxièmement, avec une augmentation de la puissance de la chaudière, la surface de l’échangeur de chaleur augmente, respectivement, la quantité de chaleur non absorbée par celui-ci sera inférieure.

Caractéristiques d’installation et de fonctionnement

Le schéma de tuyauterie du réservoir de stockage ne dépend pas de la présence et du nombre d’échangeurs de chaleur intermédiaires. Lors du raccordement d’un accumulateur de chaleur, il est habituel de séparer les circuits de la chaudière et du radiateur. Chacun d’eux nécessite l’installation de vannes à trois voies:

• Un mitigeur sur le circuit de la chaudière est nécessaire pour que la chaudière ne fonctionne pas en mode de condensation pendant que tout le volume d’eau dans l’accumulateur de chaleur chauffe. Le mélange de l’eau chaude de l’alimentation au retour de la chaudière vous permet de maintenir la température de l’échangeur de chaleur à un niveau auquel la suie ne sera pas humidifiée.
• Une vanne de régulation sur le circuit du radiateur permet de réguler la température de l’eau fournie aux radiateurs. Premièrement, cela vous permet de prolonger la durée de vie de la batterie, de plus, il devient possible de respecter les restrictions de température pour les systèmes avec tuyaux en plastique ou chauffage par le sol sans moyens techniques supplémentaires.

Schéma de raccordement d’une chaudière à combustible solide avec accumulateur de chaleur: 1 – chaudière à combustible solide; 2 – thermostat; 3 – groupe de sécurité; 4 – séparateur d’air; 5 – pompe de circulation; 6 – clapet anti-retour; 7 – ballon tampon (accumulateur de chaleur); 8 – vanne à trois voies; 9 – automatisation; 10 – circuit de chauffage; 11 – capteur de température en saillie; 12 – vase d’expansion; 13 – capteur de marche à sec; 14 – vanne d’appoint

Lors de l’installation d’un accumulateur de chaleur, deux circuits de circulation forcée avec des pompes séparées sont formés. Dans le même temps, de l’eau chaude est fournie aux appareils de chauffage dès que possible après le démarrage de la chaudière, car le liquide de refroidissement est prélevé dans la partie supérieure du réservoir, où le liquide avec la température la plus élevée est sorbé. Il est important de ne pas permettre l’installation de pompes après la dérivation pour alimenter les vannes, de sorte que si elles sont complètement fermées, la circulation du système ne s’arrête pas. Dans le même temps, il n’y a aucune différence quant à savoir si la pompe est installée sur la branche d’alimentation ou de retour, il n’y a pas.

Lors du fonctionnement d’une chaudière à combustible solide avec un réservoir tampon, elle ne doit pas être autorisée à fonctionner en mode condensation. Dans les systèmes sans accumulateur de chaleur, il est habituel de limiter l’apport d’oxygène, afin de pouvoir prolonger la durée de combustion du signet. En présence d’un ballon tampon en mode chauffage, la chaudière fonctionne toujours en mode combustion à la flamme, ce qui est possible en raison du volume important du liquide de refroidissement, qui est capable d’absorber une quantité colossale d’énergie thermique. Pour éviter la formation de condensation, le mitigeur à trois voies doit être réglé à une température non inférieure à 60 ° C. Peut-être qu’en raison d’une diminution du delta de température, le transfert de chaleur ne sera pas aussi actif, mais c’est le seul moyen d’exclure une surhumidification de l’échangeur de chaleur, ce qui facilitera le nettoyage de la suie et prolongera la durée de vie de l’unité de chauffage..

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