Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость) представляет собой устройство, обеспечивающее накопление и сохранение тепла в течение длительного времени для его дальнейшего использования. Простейшим примером накопителя тепла служит обычный бытовой термос. В качестве еще одного примера можно назвать обычную печь из кирпича, которая нагревается при сжигании в ней топлива, а после окончания топки печь еще несколько часов продолжает отдавать тепло, обогревая помещение.
Использование буферной емкости в системах отопления и горячего водоснабжения обеспечивает бесперебойную подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам
независимо от того, работает ли котел в данный момент или нет.
Тепловой аккумулятор позволяет также повысить эффективность работы всей системы, увеличить ресурс оборудования и значительно снизить расход энергоресурсов на обогрев помещений и ГВС.
Наибольший эффект от применения ТА заметен в системе, работающей на основе твердотопливного обогревательного котла. Это позволяет добиться значительной экономии топлива (до 25-30%) и увеличить КПД котла до 85%.
Приобрести готовый бак-аккумулятор можно в магазине либо изготовить его самостоятельно. При этом важно правильно рассчитать его емкость и другие технические параметры, а также правильно подключить буферный накопитель к системе отопления.
В этой статье:
Конструктивные особенности теплонакопителя
Чертеж бака-аккумулятора
Основным элементом любого ТА является термоаккумулирующий материал, обладающий высокой теплоемкостью.
В зависимости от вида применяемого материала теплоаккумуляторы для котла могут быть:
- твердотельные;
- жидкостные;
- паровые;
- термохимические;
- с дополнительным нагревательным элементом и т.д.
Для отопления и горячего водоснабжения частных домов применяются бак-аккумуляторы горячей воды, где в качестве термоаккумулирующего элемента выступает именно вода, обладающая высокой удельной теплоемкостью.
Вместо воды иногда используют , предназначенный для систем отопления дома.
Примером водяного ТА с дополнительным электронагревательным элементом для системы горячего водоснабжения может служить современный накопительный водонагреватель.
Обычный аккумулятор тепловой энергии представляет собой герметичный металлический бак различного объема (от 200 до 5000 литров и более), как правило, цилиндрической формы, заключенный в наружную оболочку (корпус).
Между баком и внешней оболочкой находится утепляющий слой из теплоизолирующего материала.
В верхней и нижней частью бака имеются по два патрубка для подключения к отопительному котлу и к самой системе отопления.
В донной части обычно находится дренажный кран для слива жидкости, а сверху располагается предохранительный клапан для автоматического стравливания воздуха при повышении давления внутри буферного бака. Также могут иметься фланцы для подключения датчиков давления и температуры (термометра).
Трубчатые электронагреватели
Иногда внутри буферной емкости может быть установлен один или несколько дополнительных нагревателей различного типа:
- электронагреватель (ТЭН);
- и/или теплообменник (змеевик), подключаемый к дополнительным источникам тепла (солнечные коллекторы, тепловые насосы и пр.).
Основной задачей этих нагревателей является поддержание необходимой температуры нагрева рабочей жидкости внутри ТА.
Также внутри бака может располагаться теплообменник ГВС, обеспечивающий подачу горячей воды за счет ее нагрева рабочей жидкостью системы отопления.
Принцип работы бака-аккумулятора
Схема отопления с теплоаккумулятором
Принцип действия ТА для твердотопливного котла основан на высокой удельной емкости рабочей жидкости (воды или антифриза). За счет подключения бака объем жидкости увеличивается в несколько раз, вследствие чего повышается инерционность системы.
При этом максимально нагретый котлом теплоноситель сохраняет в ТА свою температуру в течение длительного времени, поступая по мере необходимости к приборам обогрева.
Так обеспечивается непрерывная работа системы отопления даже при прекращении сжигания топлива в котле.
Рассмотрим порядок работы системы с твердотопливным котлом и принудительной подачей теплоносителя.
Для запуска системы включается циркуляционный насос, установленный в трубопроводе между котлом и теплоаккумулятором.
Холодная рабочая жидкость из нижней части ТА подается в котел, нагревается в нем и поступает в его верхнюю часть.
В связи с тем, что удельный вес горячей воды меньше, она практически не смешивается с холодной водой и остается в верхней части буферной емкости, постепенно заполняя ее внутреннее пространство за счет отбора насосом холодной воды в котел.
При включении циркуляционного насоса, установленного в обратной магистрали системы между приборами отопления и аккумуляторным баком, холодный теплоноситель начинает поступать в нижнюю часть ТА, вытесняя горячую воду из верхней его части в подающую магистраль.
При этом горячая рабочая жидкость поступает ко всем приборам отопления.
Необходимый объем тепла для обогрева помещений может автоматически регулироваться комнатным датчиком температуры, который управляет работой трехходового клапана, установленного на выходе ТА в подающей магистрали. При достижении в комнате заданной температуры датчик выдает управляющий сигнал на клапан, который срабатывает и ограничивает подачу горячего теплоносителя в систему, перенаправляя его обратно в ТА.
После сгорания топлива в котле горячий теплоноситель из аккумулирующей емкости продолжает поступать в систему по мере необходимости, пока остывшая рабочая жидкость из обратной магистрали полностью не заполнит его внутренний объем.
Схема ГВС с баком-аккумулятором
Время работы ТА при неработающем котле может составлять достаточно продолжительное время. Это зависит от температуры наружного воздуха, объема буферной емкости и количества обогревательных приборов в системе отопления.
Для сохранения тепла внутри теплоаккумулятора бак подвергается теплоизоляции.
Также для этого могут использоваться дополнительные источники тепла в виде встраиваемых электронагревателей (ТЭНов) и/или теплоносителей (змеевиков), подключаемых к другим источникам тепла (электро- и газовые котлы, солнечный коллектор и пр.).
Встроенный в бак теплоноситель для ГВС обеспечивает нагрев холодной воды, подаваемой через него из водопроводной системы. Тем самым он играет роль проточного водонагревателя, обеспечивая потребности хозяев дома в горячей воде.
Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления
По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также котла.
Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).
Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора
На данной схеме обозначены следующие элементы:
- Обогревательный котел.
- Тепловой аккумулятор.
- Отопительные приборы (радиаторы).
- Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
- Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
- Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
- Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.
Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.
Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.
Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.
Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.
В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.
Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.
Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:
- для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
- для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.
Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).
Что учитывать при покупке
Выбор накопителя тепла для отопления
При выборе теплового аккумулятора для индивидуального отопления дома необходимо учитывать объема бака и его технические параметры, которые должны соответствовать параметрам котла и всей системы отопления.
К ним, в частности, относятся:
1. Габаритные размеры и вес устройства, которые должны обеспечить возможность его установки. В случае, когда невозможно найти подходящее место в доме для бака с нужной емкостью, допускается замена одного бака на несколько буферных емкостей размером поменьше.
2. Максимальное давление рабочей жидкости в системе отопления. От этого значения зависит форма буферной емкости и толщина ее стенок. При давлении в системе до 3 бар форма бака не имеет особого значения, но при возможном повышении этого значения до 4-6 бар необходимо использовать емкости тороидальной формы (со сферическими крышками).
3. Максимальная допустимая температура рабочей жидкости, на которую рассчитан ТА.
4. Материал аккумулирующего бака для системы отопления. Обычно их делают из углеродистой мягкой стали с влагостойким покрытием или из нержавеющей стали. Емкости из нержавейки отличаются наиболее высокими антикоррозийными свойствами и долговечностью в эксплуатации, правда стоят дороже.
5. Наличие или возможность установки :
- электронагревателей (ТЭНов);
- встроенного теплообменника, для подключения к ГВС, что обеспечивает подачу в дом горячей воды без дополнительных водонагревателей;
- дополнительных встроенных теплообменников для подключения к другим источникам тепла.
Сравнение популярных моделей
Выпуском бак-аккумуляторов тепла занимается множество отечественных и зарубежных производителей. Приведем сравнительную таблицу некоторых моделей российских и иностранных моделей емкостью 500 литров.
| Модель | NIBE BU-500.8 | Reflex PFH-500 | ACV AK 500 | Meibes PSX-500 | Сибэнерго-терм | PROFBAK ТА-ВВ-500 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Страна-производитель | Швеция | Германия | Бельгия | Германия | Россия | Россия |
| Объем бака, л. | 500 | 500 | 500 | 500 | 500 | 500 |
| Высота, мм | 1757 | 1946 | 1790 | 1590 | 2000 | 1500 |
| Диаметр, мм | 750 | 597 | 650 | 760 | 700 | 650 |
| Вес, кг | 145 | 115 | 150 | 120 | 165 | 70 |
| Мах рабочее давление, бар | 6 | 3 | 5 | 3 | 6 | 3 |
| Мах рабочая температура, °C | 95 | 95 | 90 | 95 | 90 | 90 |
| Подключение к ГВС | опция | нет | нет | нет | нет | опция |
| Дополнительный нагрев | опция | нет | опция | нет | нет | ТЭН 1,5 кВт |
| Примерная стоимость, руб. | 43 200 | 35 100 | 53 200 | 62 700 | 28 500 | 55 800 |
Данная таблица наглядно показывает, что цена накопительного бака для отопления с примерно одинаковыми параметрами может находиться в достаточно широких пределах.
Главным образом стоимость зависит от материала (углеродистая сталь или нержавейка), ее формы (обычная или тороидальная), а также наличия дополнительных опций или возможности их установки.
Расчет объема емкости
Основным параметром при покупке буферной емкости для твердотопливного котла, а также для является емкость теплоаккумулятора, напрямую зависящая от мощности обогревательного котла.
Существуют различные методики расчета, основанные на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом (примерно 2-3,5 часа).
Соблюдение этого условия позволяет получить максимальный КПД котла с максимальной экономией топлива.
Самый простой способ расчета предусматривает, что одному киловатту мощности котла должно соответствовать не менее 25 литров объема подключаемой к нему буферной емкости.
Таким образом, при мощности котла 15 кВт емкость бака-аккумулятора должна быть не менее: 15*25=375 литров. При этом емкость лучше выбирать с запасом, в данном случае – 400-500л.
Существует и такая версия: чем больше емкость бака, тем эффективнее будет работать система отопления и тем больше получится сэкономить топлива. Однако эта версия накладывает ограничения: поиск свободного места в доме под установку теплового аккумулятор больших размеров, а также технические возможности самого котла отопления.
Объемы емкости теплоносителя имеют верхний предел: не более 50 литров на 1кВт. Таким образом, максимальный объем накопительного бака при мощности котла 15 кВт не должен превышать: 15*50=750 литров.
Очевидно, что использование ТА объемом 1000 литров или более для котла мощностью 10кВт вызовет дополнительный расход топлива для нагрева до нужной температуры такого объема рабочей жидкости.
Это приведет к значительному увеличению инерционности всей системы отопления.
Чтобы обеспечить домашнюю котельную экологически чистым топливом, рекомендуем научиться изготавливать .
Твердотопливные котлы сложнее перевести на автоматический режим работы. Такие «умные» электрические устройства, как GSM модуль, помогают сделать систему отопления более-менее саморегулируемой. Перейти к .
Преимущества и недостатки буферной емкости
Буферная емкость для котла
К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:
- максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
- обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
- удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
- автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
- возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
- обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
- возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.
К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:
- повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
- необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
- большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
- достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).
Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.
В интерьере
Установка
1-ый этаж
Мансарда
Подвал
Сечение
Использование теплового аккумулятора экономически выгодно не только для твердотопливных котлов, но и для электрических или газовых систем обогрева.
В случае с электрокотлом , ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.
Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший .
Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.
Отопление дровами или углем не слишком радует. Топить приходится часто, особенно в морозы, времени и сил это отнимает много. К тому же прыгающая температура — то холодно, то жарко — радости тоже не приносит. Решить эти проблемы можно установив теплоаккумулятор (аккумулятор тепла) для отопления.
Что такое теплоаккумулятор для отопления
В самом простом случае теплоаккумулятор для системы отопления представляет собой емкость, заполненную теплоносителем (водой). Эта емкость подключена к отопительному водогрейному котлу и к системе отопления (через патрубки подходящего диаметра). В более сложных устройствах внутри емкости располагается теплообменник, подключенный к котлу отопления. Также из этой емкости может быть запитана гребенка горячего водоснабжения — через другой теплообменник.
Делают аккумуляторы тепла для отопления, как правило, из стали — обычной, конструкционной или нержавеющей. По форме они могут быть цилиндрические или в виде параллелепипеда (квадратные). Так как они призваны сохранять тепло, большое внимание уделяется утеплению.
Для чего нужен
Установка теплового аккумулятора (ТА) для индивидуального отопления может решать сразу несколько задач. Чаще всего ТА ставят там, где топят дровами или углем. В этом случае решаются такие задачи:
- Бак с водой — гарант того, что в системе не перегреется вода (при правильном расчете длины теплообменника и емкости резервуара).
- При помощи аккумулированного в теплоносителе тепла, поддерживается нормальная температура после того как закладка топлива прогорела.
- За счет того, что в системе есть запас тепла, реже надо топить.
Все эти соображения и заставляют покупать совсем недешевый теплоаккумулятор для отопления.
Некоторые умельцы изготавливают . Это эконом-вариант, но и он обходится не менее чем в 20-50 тыс. рублей. С покупным ТА придется потратить в разы больше, чем с самодельным.
Аккумуляторы тепла недешевы, но результат их применения стоит того. Во-первых, это повышает безопасность (система отопления не закипит, не порвет трубы и т.п.). Во-вторых, не придется так часто топить. В-третьих, более стабильная температура, так как емкость с водой является буфером, сглаживающим температурные скачки, которыми отличается отопление на дровах и угле (то жарко, то прохладно). Поэтому эти устройства называют еще и «буферная емкость для отопления».
Подключить два котла через буферную емкость — легко и просто
Отдельно стоит сказать про экономию дров и угля. В системе отопления без ТА, в относительно теплые дни приходится ограничивать доступ воздуха, снижая интенсивность горения. Иначе в доме слишком жарко. Так как обычные твердотопливные (ТТ) котлы на такие режимы не особо рассчитаны, КПД котла в таком случае очень низкое. Большая часть тепла банально улетает в трубу. В случае с установленным водяным аккумулятором тепла все как раз наоборот: вам нет необходимости ограничивать горение. Чем быстрее нагреется вода, тем лучше. Важно только правильно рассчитать параметры системы.
Еще один из вариантов — теплоаккумулятор для отопления со встроенным трубчатый электронагревателем (ТЭНом). Это дает возможность еще более увеличить время между запусками твердотопливного котла. Причем если в вашем регионе действует ночной тариф, включать электроподогрев можно на ночь. Тогда это не будет так сильно «бить по кошельку». Также можно решить проблему недостаточной мощности выбранного и установленного отопительного котла.
Есть и другие области применения. Например, некоторые хозяева ставят по два котла. Для резервирования на всякий случай, так как не всегда есть один из видов топлива. Эта практика достаточно распространена. Их подключение через тепловой аккумулятор значительно упрощает обвязку. Нет нужды ставить множество запорно-регулирующей арматуры. Вывести котлы в тепловой аккумулятор — и все проблемы. Кстати, к той же емкости можно подключить и . Они тоже элементарно вписываются в такую схему. Кстати, теплом, запасенным в солнечный день при помощи солнечных коллекторов, можно отапливаться до двух дней.
Владельцы электрокотлов ставят буферную емкость для экономии. Да, этим увеличивается объем теплоносителя, который приходится греть, но котел запускают во время льготного тарифа — ночью. Днем же температура просто поддерживается тем теплом, которое «запасено» в теплоаккумуляторе. Насколько выгоден такой способ — зависит от региона. В некоторых регионах ночные тарифы существенно ниже дневных, т.е. вполне реально сделать отопление более дешевым.
Как рассчитать объем ТА
Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:
- по отапливаемой площади;
- по мощности котла;
- по запасу времени.
Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади. Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того. В противном случае — по верхней.
При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть. За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.
По отапливаемой площади
Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.
Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м² / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров . Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.
Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.
По мощности котла
Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.
Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)
С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.
По желаемой длительности простоя и теплопотерям
Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).
Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:
Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.
Виды буферных емкостей, особенности их использования
Речь пойдет о «начинке» теплоаккумуляторов для отопления. Внешне все они выглядят одинаково, а вот внутри может быть совсем пусто, а могут стоять теплообменники. Обычно это труба — гладкая или гофрированная — скрученная в спирали. Вот по наличию, количеству и расположению этих спиралей и различают теплоаккумулятор для отопления.
Буферные емкости для системы отопления бывают с разной «начинкой»
Без теплообменника
По сути, это просто теплоизолированный бак с прямым подключением котла и потребителей. Такой теплоаккумулятор использоваться может в системах, где допустим одинаковый теплоноситель. Например, ГВС так не подключишь. Даже если в качестве теплоносителя используется вода, она далека по составу от питьевой или даже от той, которую можно использовать для бытовых нужд. Как техническую — возможно, но и то не во всех случаях.
Второе ограничение — давление на потребителях. В любом режиме эксплуатации рабочее давление потребителей должно быть не ниже чем давление в котле и самом баке. Так как система единая, то и давление будет общим. Тут все понятно и объяснений не требуется.
Третье ограничение — по температуре. Максимальная температура на выходе из котла не должна превышать уровень допустимых температур всех остальных компонентов системы. Это тоже пояснений не требует.
Теплоаккумулятор без теплообменника — это просто герметичная утепленная емкость с патрубками для подключения котла и потребителей
В принципе, это самый дешевый вариант теплоаккумулятора для отопления, но выбор не самый лучший. Дело в том, что теплообменник котла долго не проживет. Через него прокачиваться будет весь немалый объем воды и откладываться немалое количество солей. А если еще и расход воды будет — в качестве горячего водоснабжения — то источник солей станет неиссякаемым, так как будет пополняться свежей водой из крана. Так что теплоаккумулятор без теплообменника ставим в крайнем случае — если уж совсем нет средств на более дорогие устройства.
С теплообменником в нижней или верхней части емкости, с двумя (бивалентные)
Установка теплообменника, подключенного к котлу, решает многие проблемы. По этому кругу циркулирует небольшой объем теплоносителя и с остальной частью он не смешивается. Так что много солей на теплообменнике котла не отложится. Кроме того снимаются проблемы с давлением и температурой. Так как контур замкнутый, давление в нем не оказывает влияния на остальные части системы и может быть любым в разумном диапазоне.
По температуре остаются ограничения: важно чтобы теплоноситель не закипел. Но это решается — есть специальные способы решения.
А вот где лучше устанавливать в теплоаккумуляторе теплообменник от котла — вверху или внизу? Если поставить его внизу, в емкости будет происходить постоянное движение. Нагретый теплоноситель будет подниматься вверх, более холодный опускаться вниз. Таким образом вся вода в емкости будет более-менее одинаковой температуры. Это хорошо, если вам для всех потребителей нужна одинаковая температура. В таких случаях выбирают теплоаккумуляторы с нижним расположением теплообменника.
Если спираль от котла расположена в верхней части, теплоноситель греется послойно. Самая высокая температура получается в верхней части, постепенно понижается книзу. Такое температурное расслоение может быть полезным, если вы подаете воду разной температуры. Например, в радиаторы можно давать погорячее. Подключать трубы, идущие к ним, надо к самым верхним выводам. На теплый пол нужен теплый теплоноситель — берем его со средины. Так что и это неплохой вариант.
Есть также теплоаккумуляторы с двумя теплообменниками. К ним подключают выходы от разных источников тепла. Это может быть два котла, котел + солнечные коллекторы, другие варианты. Тут просто придется решить, какой из источников подключать вверх, а какой вниз. В некоторых моделях ТА, спиральные теплообменники вложены один в другой. Тогда все проще — прикидываете какой из источников может прогреть больший объем, тот подключаете к наружному теплообменнику. Второй — к внутреннему.
Варианты для ГВС
Установка теплоаккумулятора решает проблему горячего водоснабжения. Есть несколько способов обеспечить подогрев воды для технических нужд.
Как уже говорилось, подогретую воду можно брать напрямую из бака. Но качество ее будет техническим. Хотите вы такую использовать для душа, ванн, мытья посуды — без вопросов. Нет — придется ставить теплоаккумулятор со специальным теплообменником, подключать его к гребенке холодной воды, обвязывать. Зато вода будет должного качества.
Еще один вариант — теплоаккумулятор со встроенным баком для горячей воды. Применяется для тех случаев, когда теплая вода нужна не в то время, когда идет активный нагрев теплоносителя. Расположенный в верхней части бак сохраняет тепло, так что и при остывании остального объема вода остается теплой. Баки могут быть дополнительно оборудованы ТЭНами. Это даст возможность в любом случае иметь воду нужной температуры.
Чем выгоден теплоаккумулятор для отопления со встроенным баком для горячей воды? Экономится место. Чтобы поставить ТА и бойлер косвенного нагрева рядом, потребуется намного больше места. Второй плюс — есть небольшая экономия по затратам. Минус — если выходит из строя буферная емкость, вы лишаетесь и горячей воды, и отопления.
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
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.
