Сучасні технології теплоізоляції буферних ємностей

Д. Прокопчук

Баки-акумулятори тепла – невід’ємні складові сучасних ефективних систем опалення, побудованих на використанні природної енергії, а також комбінованих схем із застосуванням традиційних джерел. Проте зусилля із здешевлення отриманої енергії можуть не дати бажаного ефекту, якщо теплота втрачатиметься при накопиченні в цих ємностях

Одним із способів зберігання енергії є застосування баків-акумуляторів, або, як їх ще називають, буферними ємностями в системах гарячого водопостачання та опалення. Ці прилади підвищують комфортність використання тепла від твердопаливного котла, дають можливість переходу на дешевий нічній тариф при електричному нагріві. В принципі неможлива робота без буферних ємностей геліосистем або теплових насосів.

При цьому завдання накопичувача енергії полягає в максимально тривалому зберіганні температури води в ізольованій ємності. А це, в свою чергу, можливо лише за умови правильно підібраного зовнішнього шару теплоізоляції.

Орієнтир на теплоізоляцію С-класа

На українському ринку наразі представлені буферні ємності, обладнані різними типами теплоізоляції – пінополіуретан або мінеральна вата товщиною, як правило, 50–100 мм. Зовні він захищений цупким покриттям із ПВХ. Проте, такий шар ізоляції не відповідає вимогливим сучасним міжнародним стандартам. Загалом, у вітчизняних умовах цьому аспекту приділяється поки що мало уваги. Тим часом, як у європейських країнах вимоги до властивостей теплоізоляції баків-акумуляторів досить жорсткі. Так, згідно з директивою ErP 2009/125/EC з екодизайну (Ecodesign Requirements for Energy-Related Products Directive), ця продукція підлягає контролю з точки зору того, яку саме кількість тепла втрачає з часом теплоакумулююча ємність.

Існуюче українське законодавство поки не регулює цю сферу. Однак у рамках Угоди про асоціацію з ЄС триває процес імплементації стандартів. Тому, імовірно, що через кілька років їх впровадження торкнеться й України.

За зазначеним європейським нормативним документом усі виробники повинні протестувати свої вироби та визначити клас ефективності для кожного з них. Станом на 2018 рік в Європейському Союзі допускається до реалізації ізоляція не нижче класу С.

Відповідне значення, разом із характеристиками тепловтрат (через ізоляцію за годину) та об’єму бака-акумулятора, а також найменування виробника та моделі, має бути зазначено у маркуванні (рис. 1), яке у вигляді етикетки наноситься на виріб при продажу.

Рис. 1. Етикетка згідно з європейськими вимогами екодизайну

Клас енергоефективності напряму впливає на енергозберігаючі властивості буферної ємності, а отже і системи опалення та ГВП загалом. Різниця рівня тепловтрат між найвищим на найнижчим класами може сягати понад 5 разів. І чим більше розміри буферної ємності, тим втрати суттєвіші (рис. 2).

Рис. 2. Графік теплових втрат в залежності від класу енергоефективності та об`єму бака-акумулятора

Контрольні розрахунки і вимірювання

Процедура вимірювання втрат тепла для водонагрівачів з резервуаром для гарячої води повинна відповідати європейському стандарту. Для великих об’ємів дозволено визначити тепловтрати за розрахунками, а не прямими вимірюваннями.

До уваги приймаються три принципи в розрахунках. По-перше, ізоляція покриває всю поверхню ємності. Далі – враховується недосконалість конструкції та теплові мости. На останньому етапі потрібно корегувати додаткові втрати від отворів в ізоляції (патрубки для приєднання труб та ін.). На практиці все це означає необхідність постійного контролю властивостей теплоізоляції виробниками баків-акумуляторів, розробку і впровадження нових, ефективних матеріалів.

Розглянемо, як це відбувається на прикладі української компанії-виробника буферних ємностей «Теплобак». Для впровадження прогресивних технологій та контролю якості теплоізоляції на підприємстві створена власна, постійно діюча лабораторія. До її завдань входять експериментальні дослідження втрат теплової енергії.

В лабораторії передбачені загальні методи випробувань, а саме:

• температура приміщення біля 20°С, яка вимірюється і записується трьома датчиками;
• буферна ємність знаходиться в зазорі над підлогою та відповідно витриманими відстанями від огороджувальних конструкцій;
• у нижній частині змонтований електричний нагрівач;
• в верхній частині розташований занурений у воду датчик температури.

Витрати енергоносія фіксуються за допомогою лічильника електроенергії або ватметра. При цьому цикл вимірювання розпочинається з часу, коли стабілізується температура зберігання, та триває до тих пір, поки добове енергоспоживання не відрізнятиметься більш ніж на 3%.

Усі необхідні дані в автоматизованому режимі зберігаються в програмному забезпеченні у вигляді графіків (рис. 3), на основі чого робляться розрахунки.

Рис. 3. Графік температур води у акумуляційній ємністі, визначений в ході лабораторних досліджень

Питомі теплові втрати (W) розраховуються за формулою:

де t_b – температура в ємності; t_c – температура середовища. Q – добові тепловтрати бака-акумулятора.

Отже, залишається порівняти отримані дані з вказаними в умовах європейських директив та визначити клас ефективності ізоляції.

Потрібно пам’ятати, що якщо будь-яка держава Євросоюзу, проводячи нагляд, доведе, що втрати тепла більш ніж на 5% вищі від задекларованих на етикетці, модель може бути вилучена з ринку.

Двошарові матеріали для буферної ємності

Завдяки вищезазначеним лабораторним дослідженням компанією «Теплобак» був запропонований новий тип ізоляції, яка відповідає класу С директиви ErP з екодизайну. Матеріал (рис. 4) створений на основі двох компонентів, які виключають конвективні теплові потоки між ізоляцією та буферною ємністю, що впливають на рівень сумарних тепловтрат. Перший шар – на основі графіту. Він ефективно відбиває тепло. Другий шар, завдяки своїй м’якості, щільно прилягає до зовнішньої поверхнібака-акумулятора та не допускає руху повітря в цьому місці.

Рис. 4. Двокомпонентна ізоляція класів С і B та однокомпонентна класу Е

Найвищого ступеня теплоізоляції буферних ємностей можливо досягти при використанні технології порошково-вакуумної ізоляції. Для прикладу, в кожух з твердого пінополіуретану розміщують пакети зі спеціальним наповнювачем, що забезпечує відповідність класу «А» або, навіть, «А+» при відносно невеликій товщині матеріалу (рис. 5).

Рис. 5. Порошково-вакуумна теплоізоляція буферної ємності

Крім того, суттєвий вплив на збільшення тепловтрат спричиняють неізольовані патрубки (що не використовуються при підключеннібуферної ємності ), фланці, виходи для датчиків температури. Для уникнення цього негативного явища рекомендується використовувати ізоляційні заглушки (рис. 6). Вони дають економію до 30% енергії.

НВП «Теплобак»

м. Тернопіль, вул. Микулинецька Бічна, 10 Б
Тел.: +38 (0352) 43-49-63
manager@teplobak.com.ua
www.teplobak.com.ua

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 4 519