Теплоаккумулирующие накопительные баки для отопления. Буферная емкость (теплоаккумулятор) для системы отопления

При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.

С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.

С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.

Зачем нужен

Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.

Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.

Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:

• Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
• Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
• К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
• Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
• Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.

Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.

По конструкции теплоаккумулятор может быть:

• «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
• со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
• со встроенным бойлерным баком.

С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:

Расчет

Мощность,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.

• Q = m*С*(T2-T1);
• m – масса, кг;
• С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
• (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.

Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

• Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
• Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
• Мощность основного источника тепла.

Для периодической работы котла в течение суток

Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.

Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.

Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.

Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.

Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.

Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.

В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.

Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.

Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.

Недостатки те же, что и в первом случае, нагрев происходит всего объема теплоносителя в системе и в ТА, что существенно увеличивает время на запуск отопления.

Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.

Схема включения с подмешиванием

Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой . Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.

Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.

Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.

При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.

Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.

Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.

Своими руками

При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:

• с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
• иметь расчетный объем;
• быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
• быть полностью герметичной.

Для изготовления следует брать листовую сталь, желательно нержавеющую толщиной не менее 3 мм, учитывая общую нагрузку и давление.

Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.

В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.

Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.

Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.

Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.

Российского производства

На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.

Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Расчет буферной емкости для котла

Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.

Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25-50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома . Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.

На подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла влияет наличие свободного пространства в помещении. При покупке большой аккумулирующей емкости нужно будет предусмотреть устройство фундамента, поскольку на обычные полы оборудование со значительной массой ставить нельзя. Если по расчету требуется бак объемом 1 м 3 , а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м 3 , расположив их в разных местах.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Еще один момент – наличие в доме системы ГВС. В том случае, когда котел не имеет собственного контура подогрева воды, есть возможность приобрести тепловой аккумулятор с таким контуром. Немаловажное значение имеет и величина рабочего давления в системе отопления, которая в жилых домах традиционно не должна превышать 3 Бар. В отдельных случаях давление достигает 4 Бар, если в качестве источника тепла используется мощный самодельный агрегат. Тогда теплоаккумулятор для системы отопления придется выбирать специального исполнения, - с торосферической крышкой.

Некоторые заводские аккумуляторы горячей воды укомплектованы электрическим ТЭНом, устанавливаемым в верхней части бака. Такое техническое решение не позволит теплоносителю окончательно остыть после остановки котла, верхняя зона емкости будет подогреваться. Будет действовать подача ГВС на хозяйственные нужды.

Простая схема включения с подмешиванием

Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.

При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.

Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.

Схема с гидравлическим разделением

Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Элементы блока:

• циркуляционный насос;
• трехходовой термостатический клапан;
• обратный клапан;
• грязевик;
• шаровые краны;
• приборы контроля температуры.

Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.

Преимущества и недостатки

Система отопления с теплоаккумулятором, в которой источником тепла служит твердотопливная установка, имеет массу достоинств:

• Повышение комфортных условий в доме, поскольку после сгорания топлива система отопления продолжает обогревать дом горячей водой из бака. Не нужно вставать среди ночи и загружать порцию дров в топку.
• Наличие емкости защищает от закипания и разрушения водяную рубашку котла. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, установленные на радиаторах, перекрыли теплоноситель по причине достижения нужной температуры, то источник тепла будет нагревать воду в баке. За это время может возобновиться подача электричества или будет запущен дизель-генератор.
• Исключена подача холодной воды из обратного трубопровода в раскаленный чугунный теплообменник после внезапного включения циркуляционного насоса.
• Теплоаккумуляторы могут использоваться как гидравлические разделители в системе отопления (гидрострелки). Это делает работу всех ветвей схемы независимыми, что дает дополнительную экономию тепловой энергии.

Более высокая стоимость монтажа всей системы и требования к размещению оборудования – это единственные недостатки применения аккумулирующих емкостей. Однако за этими вложениями и неудобствами последуют минимальные эксплуатационные затраты в долгосрочной перспективе.

Компании, занимающиеся разработкой инжиниринговых систем, последние годы делают упор на развитие альтернативных технологических решений. На первый план выходят концепции и направления, не предусматривающие использование природных ресурсов. По крайней мере специалисты стремятся ориентироваться на минимизацию их потребления. Ощутимую пользу в этом сегменте демонстрирует аккумулятор тепла для системы отопления, который включается в существующий инженерный комплекс в качестве дополнительного оптимизационного компонента.

Общие сведения об аккумуляторах тепла

Существует множество модификаций и разновидностей тепловых аккумуляторов, которые также называются буферными нагревателями. Различны и задачи, которые выполняют такие установки. Как правило, аккумуляторы применяют для повышения эффективности работы основного агрегата, например твердотопливного котла. В этих же случаях целесообразно использовать подобные системы для осуществления контролирующей функции, которая сложно реализуется в процессе обслуживания традиционных котельных в частных домах. Чаще всего для этого используются баки-аккумуляторы тепла, емкость которых достигает 150 л. В промышленной сфере, конечно, могут применяться и установки вместимостью порядка 500 л.

В самом баке предусматриваются элементы, обеспечивающие поддержание необходимой температуры носителя. Сам же материал, из которого выполнен бак, в обязательном порядке сопрягается с пластами изоляторов. Активные компоненты представляют собой ТЭНы и медные трубы. Конфигурация их размещения в баках может отличаться, как и системы управления рабочими параметрами аккумулятора.

Принцип действия

С точки зрения накопителя главной задачей является обеспечение возможности поддержания нужного температурного режима, который задает сам пользователь. По мере работы котла бак получает горячую воду и сохраняет ее до момента остановки функции системы обогрева. Условия для поддержания температурного баланса определяются изоляционными материалами емкости и внутренними нагревательными элементами. Классический аккумулятор тепла для системы отопления, в сущности, напоминает работу бойлера и также интегрируется в То есть, с одной стороны, оборудование подключается к источнику тепла, а с другой - обеспечивает работу непосредственных отопителей, в качестве которых могут выступать радиаторы. Кроме того, систему нередко применяют как полноценный источник горячей воды для бытовых нужд в режиме постоянного потребления.

Функции тепловых аккумуляторов

Как уже отмечалось, агрегаты такого типа могут выполнять разные задачи, требования к которым и определяют критерии выбора той или иной системы. К базовым и главным функциям можно отнести аккумуляцию тепла от генератора и последующую его отдачу. Иными словами, тот же бак собирает, хранит и передает энергию непосредственному обогревающему элементу. В комплексе с твердотопливным котлом к функциям системы можно отнести и защиту от перегрева. Автоматизированные и электронные реле управления малоэффективны в твердотопливных агрегатах. Поэтому практикуется оптимизация работы котла с помощью аккумулятора тепла, который естественным образом собирает излишнюю энергию и возвращает ее в моменты температурных спадов. Электрические, газовые и жидкостные генераторы проще поддаются управлению, но с помощью аккумулятора их можно соединить в единый комплекс и эксплуатировать с минимальными теплопотерями.

Где можно использовать тепловой аккумулятор?

Систему аккумулирования тепла целесообразно использовать в случаях, когда имеющийся отопительный узел не позволяет в достаточном объеме контролировать его работу. Например, твердотопливные котлы неизбежно предусматривают моменты обслуживания, когда их мощности оказываются не загруженными. Для компенсации теплопотерь есть смысл использовать такую систему. Также в работе водяных и электрических отопительных комплексов такое решение себя оправдывает экономически. Современный аккумулятор тепла с автоматическим управлением можно настроить на работу в определенные периоды времени, когда действует наиболее экономный тариф потребления энергоресурса. Так, к примеру, в ночное время система законсервирует определенный объем который в течение последующего дня можно будет использовать по любым нуждам.

Где нежелательно использовать теплоаккумуляторы?

Характер работы буферных аккумуляторов рассчитан на обеспечение равномерной теплоотдачи и сглаживание скачков при температурных перепадах. Но такой принцип действия полезен далеко не всегда. Для систем отопления, в которых, наоборот, требуется ускоренный набор или понижение температурного режима, такое дополнение будет излишним. В подобных ситуациях повышение потенциала теплоносителя за счет вспомогательных будет препятствовать быстрому остыванию и нагреву. К тому же стоит отметить, что аккумуляторы тепла дома в большинстве своем делают невозможной точную регулировку температуры. Казалось бы, такое решение может стать оптимальным для систем отопления, работающих короткими промежутками - достаточно заранее нагреть емкость и затем в назначенный момент использовать готовую энергию. Однако само по себе содержание оптимального состояния теплоносителя требует расхода определенной энергии. Поэтому, например, котельная, используемая для нерегулярного и кратковременного обогрева сушилки, вполне может обойтись без аккумулятора. Другое дело, если речь идет о целой группе котлов, которые можно объединить в одну систему за счет буфера.

Характеристики аккумуляторов

Среди главных характеристик можно отметить размерные параметры агрегата, его емкость, максимальную температуру и показатель давления. Для частных домов производители предлагают небольшие установки, диаметр которых может составлять 500-700 мм, а высота - порядка 1500 мм. Важно учитывать и массу, поскольку в некоторых случаях специалистам приходится использовать бетонные стяжки для придания конструкции стабильности. Средний аккумулятор тепла весит около 70 кг, хотя точное значение напрямую связывается с емкостью и качеством изоляции бака. Рабочие характеристики сводятся к температуре и давлению. Первое значение составляет около 100 °C, а уровень давления может достигать 3 Бар.

Подключение аккумулятора

Имеющий знания в электротехнике домовладелец может не просто самостоятельно подключить готовый буфер к системе отопления, но и полностью собрать конструкцию. Для начала необходимо заказать емкость в виде цилиндра, которая станет рабочим буфером. Далее транзитом через всю емкость необходимо провести обратный трубопровод по нише будущего теплового аккумулятора. Начинать подключение следует с соединения обратки котла и бака. От одного компонента до второго следует предусмотреть место, на котором будет установлен циркуляционный насос. С его помощью горячий теплоноситель будет перемещаться из бочки в кран отсечения и расширительный бак.

Монтировать аккумулятор тепла своими руками нужно таким образом, чтобы предполагалось наиболее рациональное распределение жидкости по всем комнатам. Для оценки качества работы собранной системы можно предусмотреть в ней наличие термометров, и датчиков давления. Такая оснастка позволит оценить, насколько рационально будет функционировать аккумулятор через подключенные контуры.

Водяные системы

Классический теплоаккумулятор предполагает использование воды в качестве носителя энергии. Другое дело, что использовать этот ресурс можно по-разному. Например, его применяют для снабжения нагревательных полов - жидкость проходит по циркуляционным трубам в специальное покрытие. Также вода может применяться для обеспечения работы душа и других нужд, в том числе технологического, гигиенического и санитарного свойства. Стоит отметить, что взаимодействие котлов с водой достаточно распространено и по причине ее низкой стоимости. Водяной аккумулятор тепла обходится дешевле по сравнению с электрическими обогревателями. С другой стороны, у них есть и свои недостатки. Как правило, они сводятся к нюансам в организации циркуляционных сетей. Чем больше объемы потребляемого ресурса, тем дороже обходится ее организация. Затраты на монтаж являются единоразовыми, но зато эксплуатация обойдется дешевле.

Солнечные системы

В водяных системах конструкция предусматривает наличие гребенчатого теплообменника, предназначенного для геотермального насоса. Но также может использоваться и солнечный коллектор. В сущности, получается центр энергетической установки, который оптимизирует функцию отопительной станции за счет резервирования энергии от разных источников. Хотя аккумулятор солнечного тепла менее распространен, его вполне можно использовать в типовых отопительных системах. Солнечные коллекторы также сохраняют энергетический потенциал, который в дальнейшем расходуется на бытовые нужды. Но важно учитывать, что горячий теплоноситель в виде воды сам по себе требует меньше энергии, чем солнечная батарея. Оптимальным вариантом использования таких аккумуляторов является прямая интеграция панелей в места, где должен производиться нагрев без дополнительных преобразований.

Как выбрать тепла?

Исходить стоит из нескольких параметров. Для начала определяется функционал системы и ее рабочие показатели. Бак должен полностью охватывать объемы, которые планируется расходовать в ходе эксплуатации системы отопления. Не стоит экономить и на системах управления. Современные реле с автоматическими регуляторами не только делают удобным программирование инженерных систем, но и обеспечивают защитные свойства. Правильно укомплектованный аккумулятор тепла имеет в себе защиту от холостого хода и предусматривает широкие возможности для индикации температурных режимов.

Теплоаккумулятор - агрегат для собирания и увеличения тепла с целью его дальнейшего применения. Устройство используется в частных домах, квартирах, на предприятиях, а также для предпускового прогрева двигателей. Аккумулятор тепла для системы отопления позволяет уменьшить энергетические затраты на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Агрегаты устанавливаются в обвязку твердотопливного котла либо подключаются в гелиосистему.

Назначение агрегата

Работа твердотопливного котла в системе отопления представляет собой некоторую цикличность. Сначала в него закладывают топливо, разжигают, а затем котел постепенно выходит на максимальную мощность и передает тепловую энергию через теплоноситель в систему отопления.

Закладка дров постепенно прогорает, теплоотдача уменьшается, и теплоноситель остывает. В период пиковой мощности часть тепловой энергии остается невостребованной, а во время догорания топлива ее, наоборот, будет недостаточно. Для повторения цикла следует опять осуществить закладку твердого топлива.

Частично эту проблему может решить пиролизный котел длительного горения, но во время его работы часто не совпадают пики выработки и потребления тепловой энергии. Для разрешения такой ситуации устанавливается энергоаккумулятор для системы отопления, который известен как буферная емкость или тепловой накопитель.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

В основу действия этого агрегата заложена высокая теплоемкость воды. Если в период максимальной мощности котла нагреть некоторое количество воды, тогда впоследствии ее энергетический потенциал можно будет использовать для нужд отопления.

Например, вода при остывании на 1° C может нагреть 1 м³ воздуха на 4° C. Самый простой теплоаккумулятор для котлов отопления представляет собой вертикальную емкость с четырьмя врезанными в разные стороны патрубками. Существуют теплонакопители с разнообразными аккумулирующими материалами:

С одной стороны корпуса два патрубка подсоединяются к трубопроводам котла, а с другой - к системе отопления. После запуска нагревателя циркуляционный насос начинает прокачивать теплоноситель через буферный бак.

В нижнюю часть накопителя поступает холодный теплоноситель, а в верхнюю - горячий. Из-за существенной разницы в плотности вода перемешиваться не будет, а горячий теплоноситель постепенно заполнит всю емкость.

Обычно объем термоаккумулятора для отопления рассчитывается таким образом, чтобы одной закладки топлива хватило для полного заполнения емкости горячей водой. То есть вся энергия котла, исключая потери, преобразуется в тепловую, которая будет накоплена в аккумуляторной емкости.

Теплоизоляция позволяет сохранять высокую температуру воды в течение длительного времени. Когда котел перестает работать, система обогрева продолжает функционировать. Благодаря насосу горячая вода из аккумулятора поступает в трубопроводы и приборы отопления дома.

На место горячего теплоносителя в буферную емкость через нижний патрубок из обратной линии трубопровода снова поступает остывшая вода. При использовании электрического котла схему отопления с теплоаккумулятором можно использовать в ночное время, когда действует льготный тариф.

Схемы котельных с теплоаккумулятором

Все накопители представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары. Отличаются они друг от друга только элементами, расположенными внутри конструкции. Существует несколько типов термоаккумуляторов:

Все подобные конструкции могут выпускаться в различных вариациях в зависимости от сложности схемы отопления, количества и видов используемых нагревателей и водяных контуров. Сложные устройства легко определить по многочисленным патрубкам, выходящим из емкости.

Теплоаккумулятор или Буферная емкость. И зачем он нужен. Storage tank or buffer capacity principle

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Мы продолжаем наш цикл статей темой, которая будет интересна тем, кто отапливает свое жилье твердотопливными котлами. Мы расскажем про теплоаккумулятор для котлов отопления (ТА) на твердом топливе. Это действительно нужный прибор, позволяющий сбалансировать работу контура, сгладить перепады температуры теплоносителя при этом еще и сэкономить. Сразу отметим, что теплоаккумулятор для электрокотлов отопления применяется только в том случае, если в доме стоит электросчётчик с раздельным подсчетом ночной и дневной энергии. В противном случае установка теплоаккумулятора для газовых котлов отопления не имеет никакого смысла.

Как работает система отопления с теплоаккумулятором

Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.

Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.

• ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
• затем вода поступает по трубам в радиаторы;
• обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.

Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.

Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.

После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.

Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:

• увеличивается время прогрева помещения;
• больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
• более высокие расходы на монтаж.

Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.

В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:

• низкотемпературного отопления (теплый пол).

Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.

В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:

• электросеть;
• солнечные батареи.

Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.

Схемы обвязки теплового аккумулятора

Осмелимся предположить, что если вы заинтересовались этой статьей, то, скорее всего, решили сделать тепловой аккумулятор для отопления и его обвязку своими руками. Схем подключения можно придумать много, главное, чтобы все работало. Если вы правильно понимаете процессы, происходящие в контуре, то вполне можете поэкспериментировать. То, как вы подключите ТА к котлу, повлияет на работу всей системы. Давайте для начала разберем самую простую схему отопления с теплоаккумулятором.

Простая схема обвязки ТА

На рисунке вы видите направление движений теплоносителя. Обратите внимание на то, что движение обратки вверх запрещено. Чтобы этого не происходило, насос между ТА и котлом должен прокачивать большее количество теплоносителя, нежели тот, который стоит до резервуара. Только в таком случае будет образовываться достаточная втягивающая сила, которая будет отбирать часть тепла из подачи. Минус такой схемы подключения – это длительное время разогрева контура. Чтобы его сократить, нужно создать кольцо прогрева котла. Его вы можете увидеть на следующей схеме.

Схема обвязки ТА с контуром прогрева котла

Суть контура разогрева заключается в том, что термостат не подмешивает воду из ТА до тех пор, пока котел не прогреет ее до установленного уровня. Когда котел разогрелся, часть подачи уходит в ТА, а часть перемешивается с теплоносителем из резервуара и поступает в котел. Таким образом, нагреватель всегда работает с уже нагретой жидкостью, что увеличивает его КПД и время разогрева контура. То есть батареи станут теплыми быстрее.

Такой метод установки теплоаккумулятора в систему отопления позволяет использовать контур в автономном режиме, когда насос работать не будет. Обратите внимание, что на схеме показаны только узлы подключения ТА к котлу. Циркуляция теплоносителя к радиаторам происходит по-другому контру, который также проходит через ТА. Наличие двух байпасов позволяет перестраховаться дважды:

• обратный клапан включается в работу, если насос остановлен и шаровой кран на нижнем байпасе перекрыт;
• в случае остановки насоса и поломки обратного клапана циркуляция осуществляется через нижний байпас.

В принципе, в такую конструкцию можно внести некоторые упрощения. Учитывая тот факт, что у обратного клапана высокое сопротивление потока, его можно исключить из схемы.

Схема обвязки ТА без обратного клапана для гравитационной системы

При этом, когда пропадет свет, нужно будет вручную открыть шаровой кран. Следует сказать, что при такой разводке ТА должен находиться выше уровня радиаторов. Если вы не планируете, что система будет работать самотеком, то обвязку системы отопления с теплоаккумулятором можно выполнить по схеме, указанной ниже.

Схема обвязки ТА для контура с принудительной циркуляцией

В ТА создается правильное движение воды, что позволяет шар за шаром, начиная с верхнего, прогревать ее. Возможно, возникнет вопрос, что делать, если не станет света? Об этом мы рассказывали в статье об . Это будет экономнее и удобнее. Ведь гравитационные контуры выполняются из труб большого сечения, к тому же должны соблюдаться не всегда удобные уклоны. Если посчитать цену труб и фитингов, взвесить все неудобства монтажа и сравнить это все с ценой ИБП, то идея установки альтернативного источника питания станет очень привлекательной.

Расчет объёма накопителя тепла

Объем теплоаккумулятора для отопления

Как мы уже упомянули ТА маленького объёма использовать нецелесообразно, при этом слишком большие резервуары также не всегда уместны. Вот и назрел вопрос о том, как рассчитать нужный объём ТА. Очень хочется дать конкретный ответ, но, к сожалению, его не может быть. Хотя приблизительный расчет теплоаккумулятора для отопления все же есть. Допустим, вы не знаете, какие теплопотери вашего дома и узнать не можете, например, если он еще не построен. Кстати, чтобы сократить теплопотери, нужно . Подобрать бак можно исходя из двух величин:

• площадь отапливаемого помещения;
• мощность котла.

Методы расчета объёма ТА: площадь помещения х 4 или мощность котла х 25.

Именно эти две характеристики являются определяющими. Разные источники предлагают свой способ расчета, но по факту эти два метода тесно взаимосвязаны. Предположим мы решили рассчитать объем теплоаккумулятора для отопления, отталкиваясь от площади помещения. Для этого нужно квадратуру отапливаемого помещения умножить на четыре. К примеру, если у нас есть маленький дом в 100 м кв, то понадобится бак 400 литров. Такой объём позволит сократить загрузку котла до двух раз в сутки.

Несомненно, и так есть пиролизные котлы, в которые закладывается топливо дважды в сутки, только в этом случае принцип работы немного отличается:

• топливо разгорается;
• уменьшается подача воздуха;
• начинается процесс тления.

В этом случае, когда топливо разгорается, температура в контуре начинает интенсивно повышаться, а потом тление поддерживает воду тёплой. Во время этого самого тления много энергии улетучивается в трубу. Помимо этого если твердотопливный котел работает в тандеме с негерметичной системой отопления, то при пиковой температуре расширительный бак иногда закипает. В нем в прямом смысле слова начинает кипеть вода. Если трубы сделаны из полимеров, тогда это просто губительно для них.

В одной из статей про ТА забирает часть тепла и бак может закипеть только после того, как резервуар зарядится полностью. То есть возможность закипания, при правильном объёме ТА, стремится к нолю.

Теперь попробуем рассчитать объём ТА, исходя из количества киловатт в нагревателе. Кстати, этот показатель рассчитывается на основании квадратуры помещения. На 10 м берется 1 кВт. Выходит, что в доме 100 м кв должен стоять котел минимум в 10 киловатт. Так как расчет всегда делается с запасом, то можно предположить, что в нашем случае будет стоять 15 киловаттный агрегат.

Если не учитывать количество теплоносителя в радиаторах и трубах, то один киловатт котла может нагревать приблизительно 25 литров воды в ТА. Поэтому и расчет будет соответствующим: нужно мощность котла умножить на 25. В итоге мы получим 375 литров. Если сравним с предыдущим расчетом, то результаты очень близки. Только это с тем учетом, что мощность котла будет рассчитываться с зазором хотя бы в 50%.

Помните, чем больше ТА, тем лучше. Но в этом деле, как и в любом другом, нужно обходиться без фанатизма. Если вы поставите ТА на две тысячи литров, то нагреватель просто не справиться с таким объёмом. Будьте объективны.