Siltuma akumulators

Tad nu beidzot esmu nolēmis pieķerties kādam sen sapņotam (~ 1 gadu 😛 ) projektam, ko īstenot savā mājā. Tas vēl nav īstenots, taču notiek aktīva informācijas apkopošana.

Situācijas raksturojums:

1982. gadā celta 120 m² pusotra stāva māja, kas atrodas netālu no Madonas.

Konstrukcijas:

• Bēniņi – neapdzīvoti, grīda siltināta ar 150 mm mīksto ruļļu vati
• Sienas – siltinātas ar 100 mm cieto akmens vati (šķērsgriezumā gāzbetons 250mm – gaisa sprauga 50mm – ķieģelis 100 mm – akmens vate 100 mm – dekoratīvais apmetums  10 mm)
• Pamati – reizē ar sienu siltināšanu – 50 mm putuplasta plāksnes
• Logi – plastmasas PVC

Apkure:

• Čuguna radiatori, darbojas apmierinoši. Sistēma ar augšējo sadali (turpgaita pie griestiem, atpakaļgaita – pie grīdas), vaļēja, ar piespiedu cirkulāciju.
• Karstā ūdens sagatavošanas tvertne – 60 litru
• Siltuma zudumi pie -20ºC ~ 8-10kW, apkures katls – čugunnieks SIME 30 kW.

Problēma:

Kurināšanas laikā katls ļoti ātri piesilda māju (pie 0ºC ~ 4 stundas), pārkarsē to un ātri atdziest. Ja vakarā, ap 22niem tikko beidzot kurināšanu, telpās ir vidēji +21ºC, jau ap 3jiem naktī ir +17ºC un no rīta istabās ir +16ºC. Pēc dažādu info avotu apkopošanas nācu pie secinājuma, ka var palīdzēt siltuma akumulators (SA) – ar ūdeni pildīta tvertne, kuras mērķis uzglabāt un novadīt siltumu uz sildķermeņiem. Tāpat šī tvertne ļaus  katlam kalpot ilgāk.

Uzdevums:

• Izvēlēties un ierīkot akumulācijas tvertni;
• Karstā ūdens piesildīšana vasaras apstākļos.

Projekts:

Nuu, no dažādiem avotiem esmu dzirdējis, ka visi, kas ierīkojuši akumulatoru tvertnes, ierīkotu vēl papildus. Vieni avoti min minimālo tvertnes izmēru (25L * Katla jauda, kW), citi optimālo (100L * Katla jauda, kW). Būtībā jau viss atkarīgs no tā, cik vēlieties kurināt un cik lieli ir siltuma zudumi Tavā mājā. Nav lietderīgi izvēlēties milzīgu akumulācijas tvertni (virs 3 m3), kuru, kurinot pat ilgāku laiku, nepiesildīsi.

Varbūt sekojošā formula palīdzēs. Ar to var atrast tvertnes tilpumu (V, m³), izejot no siltuma zudumiem (Q, vatos, W), vēlamā siltuma izmantošanas ilguma (T, stundās) un temperatūras starpības, par kādu piesildīt tvertni (Δt, ºC).

V=Q*T/(1,16*Δt*989), m³

Savukārt, ar nākošo formulu var atrast katla jaudu (H, kW), izejot no temperatūras starpības, par kādu piesildīt tvertni (Δt, ºC) , tvertnes tilpuma (V, m³), tvertnes kurināšanas ilguma (Tk, stundās) un siltuma zudumiem (Q, vatos, W).

H=(1,15*Δt*V/Tk)+Q/1000, kW

Tāpēc jau saka, ka katlu jāizvēlas vismaz 2x lielāku, lai tas spētu piesildīt māju un tvertni, piedevām 4-8 stundās, kas parasti ir optimālais ilgums, ko cilvēks var atvēlēt kurināšanai. Cita lieta ir ar automātiskajiem katliem – granulu, gāzes katliem, kā arī degvielas katliem – cik daudz vajag, tik daudz kurināmā sadedzina. Ja ir malkas katls, tad nekāda automātika nestrādā, jo cilvēks jau nav automāts 😛

Man katls ir ~3x lielāks nekā pieprasījums pēc siltuma (siltuma zudumi + karstais ūdens), tādēļ neskopojos un izvēlējos tik lielu tvertni, cik atļauj telpa.  Tā man ļauj ierīkot 1,8 x 1 x 1,3  m metinātu kuba tvertni, kopā 2,3 m³ lielu. Tagad esmu atdūries pie tvertnes sieniņu biezuma (domāju 5 mm būtu ok). Siltināšu ar mīksto vati 100 mm biezumā, kas ir ar foliju. Sametu ciparus formulās un sanāk, ka vairāk nevajag, jo telpā, kurā vēros ievietot tvertni, griezīšu nost radiatoru. Siltuma zudumi līdz ar to tiks nosegti – man sanāca ~100W. Šāda milzīga tvertne ar 100 mm biezu izolācijas slāni no visām pusēm izdalīs tik daudz siltuma, cik vecā kvēlspuldze (kuru nu veikalos vairs nevar nopirkt 😛 ). Atzīšos, pats darbojos pa siltuma jomu, tādēļ ar interesi uzņemšu kritiku, ja nebūšu kaut ko “pareizi” izteicis un izstrādājis.

Siltuma akumulatora pievienošana. Nu te esmu izvēlējies vieglāko, sākotnēji, noteikti lētāko risinājumu, redzēs, kā tas izvērsīsies ilgtermiņā. SA pievienoju brīvā – noliktavas – telpā, viena radiatora vietā. Spied tik uz bildes, lai to palielinātu.

Radiatoru, protams, ir vairāk, parādīju visu tā, lai vieglāk būtu saprotams.

Jautāsi kādēļ tāds pievienojums? Apkures sistēmas uzdevums (kā zināms) ir siltuma enerģijas novadīšana no siltuma ražotāja līdz siltuma atdevējiem (sildķermeņiem). Process var būt vairāk vai mazāk automatizēts. Mūsdienās populāri ir projektēt apkures sistēmas, kurās cilvēkam vajag pēc iespējas mazāk iejaukties (granulu katli, automatizētie trīsceļu vārsti, automātiskais vadības bloks u.t.m.l.).  Es uzskatu, ka, pirmām kārtām, katram pašam jāsaprot savas apkures sistēmas darbība un, otrkārt, jāapzinās, ka visi automatizētie procesi maksā naudu (cena pērkot), enerģiju (elektrība) un ekspluatacijas izmaksas (regulāras speciālistu pārbaudes + vēl ptu ptu ptu – remonts). Es iestājos par sistēmas vienkāršošanu, tā, lai tā būtu maksimāli droša, lēta, reizē varu pats nodarbināt savu galvu regulējot sistēmas darbību. Tas ko saka citi nav uzreiz jāpieņem par pareizu, bet pašam jānonāk līdz atbildei. Tādā veidā mans uzdevums būs pārbaudīt vai varēšu no savas sistēmas gūt komfortu.

Ar zaļo līniju parādīti apkures sistēmā ierīkojamie elementi. Tie ir:

• Siltuma akumulators. Būtībā ierīkots radiatora vietā, uz turpgaitas un atpakaļgaitas caurulēm – krāni. Katrā ziņā uz iespēju ierīkot akumulācijas tvertni skatos ar siltuma sajūtu, jo no rīta šajā aukstajā ziemā bija auksts (priekš manis). To varēs uzkačāt pa dienu, un pa nakti vienkārši atstāt valā, ar ieslēgtu sūkni, protams.
• Lodveida krāns pie karstā ūdens tvertnes. Vecā sistēma ir taisīta tā, ka ar katlu nevar atsevišķi piesildīt tikai karsto ūdeni, tas nozīmē, ka vasarā jānoplāta rokas un jāiet nopeldēties dīķī vai kādā ezerā 🙂
• Vaļējā izplešanās tvertne. To palielināšu. 2300 litru tvertnē ūdens izpletīsies par 40 litriem. Spečuki tūlīt lēks ārā no krēsliem un skaļā balsī apgalvos, ka tas ir par maz. Piekrītu, ūdens, sasilstot līdz visiem 100ºC, izplešas par 4,3 jeb ~5%, kas ir minēti visās literatūrās ar melnu uz balta. Lieta ir tā, ka tvertne ir liela un lai to piesildītu par Δt = 50ºC (no 20ºC – 70ºC), būs nepieciešamas 8 stundas (pie -20ºC). Vairāk nudien netaisos kurināt. Un ūdens, sasilstot līdz 70ºC izpletīsies par nepilniem 2,3%. Un te ar ir tie 40 litri. Nu labi, īstenībā jau 50 litri, bet 10 litru rezerve izpešanās tvertnē jau būs. No otras puses es nekad tos +70ºC grādus radiatoros (tātad arī akumulācijas tvertnē) nedabūšu – man viņi nav regulējami, telpas būs uzsilušas jau pie +55 vai +60ºC radiatoros

Sistēma, par spīti, ka ir tikai 1 sūknis, strādā apmierinoši, un tas tērē normāli (līdz 100W) un strādā ar pirmo ātrumu. Ar skepticismu skatos uz shēmām, kurās ir 3, 4, pat 5 sūkņi. Nevajag sarežģīt vienkāršo. Viens mazs sistēmas mīnuss ir sūknis turpgaitā (labāk tam būtu atrasties pirms katla (sūkņa darbība paaugstinātos temperatūras apstākļos)). Par karstā ūdens trūkumu vasarā es jau runāju.

Darba izpilde:

2.09.2010. Nu jau kāds laiciņš pagājis, tādēļ nolēmu ievietot šābrīža izfunktierēto tvertnes shēmu. Joprojām meklēju info par sieniņu biezumu, izolācijas biezumu, kā arī uz kā likt. Uz šo brīdi vēl viss ir uz papīra, taču varētu izskatīties sekojoši:

Sieniņas ir no tērauda, 5mm biezumā. Apakšā stieņi, kvadrāta 100x100mm profilā. Izolācija 100mm mīkstā vate ar folijas pārklājumu. Apkures turpgaita ir augšā, atpakaļgaita – apakšā. Problēma ir tāda, ka smagākā plāksne (1.3×1.8 m) sver ~90 kg! Šaubas māc, vai metinājuma vietas izturēs apkures sistēmas spiedienu ~3 bar. Tāpat nezinu, vai kvadrātcaurules izturēs tās 2,8 tonnas. Pamazām, pamazām…

———————-

3.09.2010. Tomēr lētāk būs ar plāksnēm, kurām biezums d=4mm, tādējādi smagākā plāksne (1,8×1,3×0,004) svērs ~75 kg. Skatīsimies.

———————-

29.11.2010. Pagaidām nekas nav noticis, plānojam visus darbus veikt Jaunā gada vasarā.

———————-

28.12.2018. Akumulators ir uztaisīts (varat palasīt “SenLOLotais apkures projekts mājai ir veikts!” rakstu), tikai 3 lietas:

1). Ja metina četrkantīgu kubulu, lai gan spiediens šajā vaļējā apkures sistēmā uz tvertni nav liels (~0,3bar), tvertne šad tad NOBŪKŠĶ. No apkures sūkņa izraisīta spiediena. Savā akumulatorā metinājām sienas savienojošus stieņus; ja to nebūtu, droši vien jau būtu pārplīsis;

2). Tvertne sanāca mazāka – ~1,8 kubi. Vairāk būtu grūtāk ielikt. Ievietojām to garāžā un tas tagad nav pieslēgts kā attēloju augšā (palasi rakstā “SenLOLotais apkures projekts mājai ir veikts!”). Pagaidām izskatās, ka tomēr ir par mazu vai arī par maz piekurinu (~60 grādi). Arī 30kW katls, šķiet, ir par mazu, jo jākurina ~4 stundas no vietas un pie 0 grādiem siltuma pietiek vien knapi 2 dienām;

3). Shēma ir citādāka. Diez vai tik labs rezultāts būtu, ja taisītu tādu pašu shēmu kā pirms 8 gadiem pats rakstīju.

01.09.2021

Tvertne atdota projām. Akumulācijas tvertnes konstrukcija bija tāda, ka šķērsstieņu vītnes “iznāca” no tvertnes ārā un tur piemetinājās pie šaibas. Risinājumam nebija ne vainas, bet kļūda bija tā, ka vajadzēja tā paša tērauda šaibas, no kādām uztaisīta tvertne, bet bija pielietotas veikala – krāsainā metāla. Jau pie metināšanas šīs krāsainā/jauktā metāla šaibas grūti savienojās ar šķērsstieņu vītnēm. Tvertne būkšķinājās, kā jau rakstīju augstāk, bet no kāda būkšķa spēka atplēsa šaibu-vītņu metinājuma vietu un ārā no tvertnes sāka tecēt ārā ūdens. Un tas pa šo laiku notika jau kādas 3 reizes! Metinājām, metinājām, beigās apnika…. Ticiet man, 1.8 kb.m. ūdens dabūt prom no garāžas – tā nav joka lieta…. Varbūt tvertne atdota prom pārsteidzīgi – ja iemetinātu normālas melnā metāla šaibas ar šiem šķērsstieņiem, izturētu. Vairāk jau būkšķu dēļ, ko radīja cirkulācijas sūknis ar savu spiedienu, kad ieslēdzās vai izslēdzās.

1.08.2023

Uzreiz pēc plīsušās tvertnes demontāžas ierīkota cita, ~0,8 m3 akumulācijas tvertne, nesiltināta. Šoreiz kaut kāda biezsienu padomju laika spiedtvertne. Var sajust atšķirību – tvertne ir par mazu. Katls (30kW) to ātri uzkurina (~3 stundas), siltuma pietiek ~7 stundām (pie 0ºC mājai zudumi -5kW). Bet vakarā sanāk to kurināt vēlreiz. Līdz ar to “muļļājamies”, kurinot katlu uz maziem grādiem (+55ºC) ~5 stundas, bet siltums atkal pietiek vien ~7 stundām!! Uz šo apkures sezonu esam to nosiltinājuši – ziņošu par rezultātiem šajā sezonā 🙂