Теплоаккумулятор для котлов отопления
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Теплоаккумулятор для котла

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:

  • Накапливать и сохранять значительный объем тепловой энергии, в первую очередь избыточную, с последующей отдачей его в контур отопления. Даже если пропустить одну или две заправки дров, и котел остановится, температура в доме опустится всего на пару градусов. Для электрокотлов есть возможность установить расписание, по которому трата электроэнергии будет происходить только ночью по сниженному тарифу, тогда как днем тепло будет поступать от теплоаккумулятора;
  • При наличии нижнего теплообменника – подключать дополнительные источники тепла, солнечный коллектор, запасной котел, работающий на газу или дизтопливе, геотермальный тепловой насос;
  • С вмонтированными ТЭНами использоваться в качестве запасного источника тепла на случай, если твердотопливный котел не работает или отключен для профилактики и ремонта;
  • При наличии верхнего теплообменника – для подключения контура ГВС или бойлера косвенного нагрева. Некоторые модели теплоаккумуляторов вместо теплообменника снабжаются готовым бойлером, размещенным внутри основной емкости;
  • Реализовать дополнительную защиту в системах с принудительной циркуляцией на случай отключения электроэнергии, не допуская перегрева воды в котле. Рассматривая емкость как узел гидроразвязки, его можно подключить по смешанной схеме с котлом, выше него и трубами большего диаметра для поддержания естественной циркуляции. В это же время раздача по радиаторам будет осуществляться насосом в принудительном порядке.

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.

Объем 0,5 1 1,5 2 3 5
Аккумулируемое тепло при ΔT = 40ºC, кВт/ч 23 46 69 92 138 230

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.

Схема подключения

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.

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.

Схема подключения с подмешиванием

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.

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.

Модель Дополнительные опции Объем, м3 Рабюочее давление, бар Максимальная температура, ºС Примерная стоимость, руб
Сибэнерго-терм 0.5 6 90 28500
PROFBAK

ТА-ВВ-500

Контур ГВС 0.5 3 90 56000
GidroNova-HA750 Электрический ТЭН 0.75 3 95 58000
ELECTROTHERM ET 1000 A Контур ГВС, дополнительный теплообменник 1.0 6 95 225000

Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками

Зачастую домовладельцы не в состоянии купить современное отопительное оборудование, поэтому ищут альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (иначе – тепловой аккумулятор), незаменимую вещь для систем отопления с твердотопливным котлом. Накопительный бак объемом 500 л стоит примерно 600—700 у. е., цена тысячелитровой бочки достигает 1000 у. е. Если же сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом установить резервуар в котельной самостоятельно, удастся сэкономить половину указанной суммы. Наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:

  1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
  2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Слева на фото – буферный резервуар 400 литров фирмы Drazice, справа – электрокотел Kospel в комплекте с накопителем горячей воды

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

  • основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
  • теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
  • внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
  • присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
  • погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились установкой теплоаккумулятора и решили его сделать своими силами, то для начала стоит ознакомиться с заводской технологией сборки.

Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна

Повторить технологический процесс в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак–аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в таком порядке:

  1. Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где из него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
  2. На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
  3. Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
  4. Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферические крышки.
  5. Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
  6. Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
  7. Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху емкость обшивается тонколистовой сталью с полимерным цветным покрытием либо закрывается плотным чехлом.

Корпус накопителя выгибается из листа железа на вальцах

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Большинство заводских аккумуляторов тепла рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя в системе отопления 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла

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.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

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

Объем тепловогоаккумулятора, м 3 0.35 0.5 0.8 1 1.5 2 3 3.5
Величина отдаваемого теплапри разности температур в 40 ⁰С, кВт/ч 20 30 45 58 85 115 170 210

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.

Рекомендации по выбору

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.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

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

  • 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.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

В ситуации, когда нет возможности задействовать постоянный источник энергии для отопления дома любая стоящая идея повышения эффективности системы отопления заслуживает внимания. Так, при отсутствии магистрального газоснабжения, в большинстве своем используются твердотопливные котлы отопления или электрические. К сожалению, несмотря на распространенность и доступность, эти системы не лишены недостатков, одним из которых выступает цикличность работы с большой разницей температур между максимальным нагревом теплоносителя и минимальной температурой воды в системе. Решить эту проблему поможет установка одного дополнительного прибора – теплоаккумулятора, позволяющего оптимизировать работы системы.

Для чего нужен теплоаккумулятор системы отопления

В теплотехнике, как и в других отраслях научно-практических знаний устройства накоплению энергии называются аккумуляторами. Основное их назначение заключается в накоплении необходимого количества излишествующей или специально поставляемой энергии и максимально большом времени хранении этой энергии. Важным качеством аккумуляторов выступает возможность циклического характера хранения энергии с периодами накопления и отдачи потребителям. Не исключение и теплоаккумулятор – в обычном режиме работы он накапливает в себе тепло, какое-то время поддерживает стабильную температуру и в случае необходимости отдает это тепло приборам, обеспечивающим отопления дома.

Промежуточный накопитель тепла с успехом используется как в промышленных, так и индивидуальных системах отопления. Тепловой аккумулятор нашел свое применение в системах с твердотопливными котлами, электрическими нагревательными установками, комбинированными системами с использованием возобновляемых источников энергии. Устройство используется как основной и вспомогательный источник тепла для систем горячего водоснабжения. Тепловой аккумулятор может использовать кроме отдельного нагревательного устройства в виде котла еще и автономно установленный теплонагреватель, обеспечивающий подогрев теплоносителя независимо от работы отопительного котла.

Преимущества и недостатки установки в систему отопления теплового аккумулятора

При включении в систему отопления дополнительного прибора увеличивается и объем теплоносителя. При этом в отличие от конечных приборов – батарей и радиаторов тепловой аккумулятор не отдает тепло, а наоборот, старается его накопить. Сегодня имеется несколько схем включения этой установки в систему, каждая имеет свои специфические задачи и технические решения, но все эти схемы сводятся к одному — сгладить пиковые значения максимума и минимума температуры и обеспечить максимальный промежуток времени расходования тепла.

Из этого исходит то, что включение в схему тепловой установки дома дополнительно большого объема аккумулятора теплоты позволит:

  • Увеличить эффективность работы твердотопливных котлов;
  • Увеличить время обогрева помещений от одной закладки дров, угля или другого вида топлива;
  • Экономить энергоресурсы путем смещения провалов температуры из-за охлаждения теплоносителя;
  • Обеспечить использование дополнительных источников энергии, таких, как солнечные энергоустановки;
  • Создать более высокие условия комфорта — применить схему нагрева воды для горячего водоснабжения;
  • Обеспечить экономию электроэнергии посредством включения ТЭН в период самого экономного тарифа.

Как видно, включение всего одного устройства в схему отопления позволит сэкономить в зависимости от месяца года от 10 до 30% энергоресурсов. Вместе с тем эта установка имеет и свои негативные стороны. Прежде всего, эффективность теплоаккумулятора будет высокой в случае если здание будет иметь хорошую теплоизоляцию. Это важный фактор, влияющий на общий показатель эффективности. Второй момент заключается в том, что включение в схему этого прибора требует дополнительной площади помещений. Нужно учитывать тот факт, что емкости бака обычно равны 500, 800 и даже 1000 литрам, а это довольно большой объем сам по себе, не считая слоя теплоизоляционного материала. Третий момент заключается в том, что для нормального функционирования системы рекомендуется кроме накопителя оснастить систему еще и другими необходимыми устройствами – циркуляционными насосами, датчиками температуры, устройством управления, под чьим руководством и будет происходить большинство процессов.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Принципиально различия между основными схемами компоновки устройств заключаются во внутреннем строении бака. В остальном это большой объемный бак вертикальной ориентации. Чаще всего используется именно вертикальная цилиндрическая схема, такое расположение позволяет проще организовывать подключение потребителей и дифференцировать объем по температуре теплоносителя.

Самым простым считается накопитель с прямым подключением контуров. В цилиндр бака на разной высоте подключены контур нагрева теплоносителя и контур конечных приборов отопления.

Эта схема применяется в системах, где используется один тип теплоносителя и нет необходимости разделять контуры котла и приборов отопления. Такие буферные емкости рассчитаны на рабочее давление системы и чаще всего имеют в качестве группы безопасности простой механический клапан. Температура в таком бае может достигать 95 градусов.

Модель со встроенным теплообменником значительно расширяет возможности системы. Чаще всего применяется нижнее расположение теплообменника, выполненного в виде спирали из нержавейки. Для увеличения площади нагрева может использоваться вместо обычной гладкой трубы гофрированная труба. В зависимости от объема системы может быть несколько теплообменников, переключение потока между ними осуществляется при помощи клапанной группы, расположенной за пределами бака.

Эта схема обеспечивает функционирование системы отопления, в которой давление в контуре котла намного выше, чем в контуре емкости и радиаторах отопления. Кроме этого, она обеспечивает использование дополнительных источников энергии, например, солнечной установки. Еще одним вариантом применения накопителя с теплообменником выступает использование разных по типу теплоносителей в котле и контурах батарей.

Буферная емкость, дополненная теплообменником во всю высоту или вторым теплообменником в верхней части нашла свое применение в системе, обеспечивающей горячее теплоснабжение дома. Холодная вода через нижнее подключение поднимается и таким образом нагревается до приемлемой температуры. Этот вариант подходит для помещений со стабильным показателем потребления горячей воды. Температура нагрева составляет 60 градусов, что соответствует нормам горячего водоснабжения.

Самым сложным вариантом накопителя выступает модель со встроенным резервуаром для горячей воды. Такие схемы чаще всего используются в накопителях большого размера, поскольку емкость для горячего водоснабжения выбирается объемом 80-100 литров, а для поддержания температуры на уровне 50-60 градусов дополнительный объем должен быть не меньше 800 литров.

Однако такая схема имеет и большой минус – для нормального функционирования пользование горячей водой и пик выработки тепловой энергии должны быть разнесены по времени, или же забор горячей воды должен быть минимальным.

Топ-10: виды теплоаккумуляторов для отопления, особенности, цена

Десятка самых популярных теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов выглядит следующим образом:

В розничной торговле цена может варьироваться от 55 до 200 тысяч рублей. Многие модели белорусских и немецких производителей представлены в виде стальных резервуаров, без кожуха теплоизоляции. В маркировке цифрой указывается объем накопителя.

Схемы подключения теплового аккумулятора к твердотопливному котлу и системе отопления

Самой простой схемой подключения выступает схема подключения накопителя с прямым контуром.

Резервуар имеет четыре патрубка – верхние для поступления горячего теплоносителя и нижние для подключения обратки. На трубах обратки устанавливаются циркуляционные насосы. Холодный теплоноситель из контура радиаторов поступает в резервуар. Дальше через циркуляционный насос вода поступает в кожух твердотопливного котла, нагреваясь, она обратно попадает в накопитель, только через верхний патрубок. Дальше опять через верхний патрубок, только контура отопления теплоноситель поступает в радиаторы, где и охлаждается. В накопителе в период когда основной объем заполняет остывший теплоноситель активного смешивания горячей и остывшей воды не происходит, зато в батареи идет горячая вода. Но по мере того как топливо начинает гореть более интенсивно в бак поступает больше горячей воды и, таким образом, он заполняется нагретым теплоносителем. Учитывая то, что сам резервуар имеет большой слой теплоизоляции, нагретая вода остывает медленно, что дает возможность поддерживать стабильную температуру в контуре долгое время.

Для частных домов в зависимости от оснащенности системы приборами отопления и горячего водоснабжения применяются 7 основных схем подключения:

  • Схема прямого подключения для твердотопливных агрегатов;
  • Схема с диагональным расположением насосов и трехходовым клапаном;
  • Схема с замкнутым контуром котла;
  • Схема с внешним теплообменником ;
  • Схема с теплообменником системы горячего водоснабжения;
  • Устройство с накопительным баком горячего водоснабжения;
  • Схема с дополнительным подключением солнечного коллектора;

Самодельный теплоаккумулятор: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления

У народных умельцев усовершенствование системы отопления последнее время становится одной из самых популярных тем. В качестве материала для теплоаккумулятора используются металлические 200 литровые бочки, емкости для технических жидкостей и даже готовые решения – бочки со списанных пожарных машин и армейских водомаслогреек. При этом последние варианты считаются наиболее предпочтительными – емкости уже имеют теплоизоляцию и достаточный объем. Так, с пожарной машины АЦ-40 резервуар имеет емкость 1,5 тонны, армейский прицеп вмещает 1 тонну воды.

При проектировании используются разные методы расчета, но наиболее быстрый и простой это использование онлайн калькулятора, в который достаточно просто подставить запрашиваемые показатели.

Вместе с тем, несмотря на кажущуюся простоту для правильного расчета и установки теплового аккумулятора для твердотопливного котла также важно правильно подобрать и другое оборудование – насосы, клапаны, краны, управляющее электронное устройство.

Как сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками

Теплоаккумулятор встраивается в систему отопления для того, чтобы температура во всей квартире или в доме была равномерной, а теплоноситель отдавал свое тепло постепенно. Это удается получить за счет того, что в теплоаккумуляторе очень быстро накапливается тепловая энергия, которая вырабатывается в процессе работы твердотопливного котла.

Данная энергия рассчитана на то, чтобы минимизировать теплопотери дома и, по возможности, компенсировать их за счет подачи определенного количества разогретого теплоносителя в радиаторы отопительной системы.

За счет подобной конструкции радиатор и котел работают независимо друг от друга и способны нормально функционировать в своем режиме. Стоит отметить, что радиаторы в данном случае будут работать примерно по такому же принципу, что и в централизованной системе отопления.

С помощью теплоаккумуляторов можно не только поддерживать комфортную температуру в помещении, но и обеспечить проживающих людей горячей водой и сильно снизить финансовые затраты на само отопление

Теплоаккумулятор своими руками

Если владелец дома или квартиры собирается сделать подобную конструкцию самостоятельно, то ему поначалу следует точно выяснить, какие именно функции она выполняет.

С помощью теплоаккумуляторов можно не только поддерживать комфортную температуру в помещении, но и обеспечить проживающих людей горячей водой и сильно снизить финансовые затраты на само отопление. За счет установки подобного оборудования можно сразу объединить несколько источников тепла, образовав один общий контур.

Выполняем расчеты

Прежде чем приступить к изготовлению теплового аккумулятора, необходимо произвести все необходимые расчеты, которые помогут правильно подобрать объем изделия. В первую очередь, следует принимать во внимание, что требуемое количество тепловой энергии должно совпадать с уровнем потерь тепла.

Можно попробовать воспользоваться достаточно простым принципом, который не принимает во внимание разного рода дополнительные факторы, так как для отопления частного дома этого будет вполне достаточно.

При расчетах следует учитывать, что на каждые десять квадратных метров отапливаемой площади понапрасну расходуется 1 кВт тепла. Эта величина весьма усредненная, однако лучше всего отталкиваться именно от этого показателя.

Для грамотного восполнения потерь тепла нужно учитывать и момент, связанный с объемом воды, циркулирующей по отопительной системе, а также ее температуру. Приблизительно будет расходоваться около 7 тысяч кВт ежемесячно только на теплопотери для дома, отапливаемая площадь которого составляет порядка ста квадратных метров. По этой причине следует подбирать объем аккумулятора таким образом, чтобы он мог выделять подобное количество теплоты в указанный период.

Теплоаккумулятор имеет в своей конструкции определенную теплоизоляцию, чтобы вода не отдавала тепло стенкам бака. Лучше всего изолировать его с помощью теплоизоляционных материалов современного типа, так как они способны удерживать тепло в течение длительного времени. В принципе, толщины теплоизоляции, равной 10 см, будет вполне достаточно. Если же конструкция будет получаться чересчур громоздкой, то толщину этого слоя можно сделать несколько меньше.

Необходимые материалы и инструменты

Перед началом работы следует запастись всем необходимым, чтобы все находилось под рукой:

  • Листовой утеплитель (наиболее качественным изделием на сегодняшний день является минеральная вата) – будет вполне достаточно 20-ти квадратных метров;
  • Патрубки подходящего диаметра, по которым теплоноситель будет заходить в бак;
  • Медные трубки или ТЭН;
  • Цементно-песчаный раствор или бетонная плита подходящей толщины;
  • Фольгированный скотч;
  • Листовой металл – можно взять оцинкованную жесть, так как она не ржавеет и не поддается коррозионным процессам.

Схема подключения теплоаккумулятора

Изготовление

Когда все необходимые расчеты произведены, удалось определиться с объемом теплового аккумулятора, а под рукой есть все необходимое для сборки, можно начинать собирать саму конструкцию.

Если роль теплового аккумулятора будет выполнять металлическая бочка, то ее сначала следует полностью очистить от мусора, ржавчины и прочих загрязнений. Желательно также обработать изделие антикоррозийными составами хотя бы изнутри, но лучше и снаружи покрыть ими, чтобы ржавчина не образовывалась в течение как можно большего времени.

Для этого лучше взять ортофосфорную кислоту, покрыть ей поверхность металла, а затем для лучшей гидроизоляции обработать бочку четырьмя или даже пятью слоями грунтовки.

На следующем этапе следует позаботиться о том, чтобы тепло не уходило из бочки. Это нужно для того, чтобы вода оставалась подходящей температуры в течение длительного периода времени. Кроме того, теплоизоляция предназначена для недопущения нагрева окружающего аккумулятор воздуха. Это позволит значительно сэкономить энергию.

В случае с минеральной ватой закреплять ее придется при помощи фольгированного скотча, плотность этого утеплителя значительно выше. При необходимости можно изготовить дополнительный внешний кожух из жести или другого листового металла.

В дальнейшем следует сделать змеевик, внутри которого будет перемещаться теплоноситель. Он изготавливается из медных трубок, диаметр которых должен быть не более 30 мм. Длина этого элемента конструкции напрямую зависит от того, насколько большого объема получился теплоаккумулятор. В среднем тратится порядка 15 метров этой трубы. Этот элемент должен быть подключен к котлу, так как по нему будет проходить горячая вода. Холодная вода, расположенная в баке, начнет разогреваться именно благодаря данному змеевику.

Конструкция практически полностью готова. Нужно проделать два отверстия, через которые будут подводиться подводящие и отводящие патрубки. На них в дальнейшем нужно будет установить запорную арматуру.

На место, где будет установлена данная бочка, следует положить бетонную плиту или же изготовить какое-нибудь иное жесткое основание, чтобы конструкция в процессе эксплуатации не сошла со своего места. Его можно выложить из кирпича или же залить пол бетоном самостоятельно.

Инструкция по изготовлению теплоаккумулятора

Модернизация теплоаккумулятора

Ранее была описана классическая конструкция теплоаккумулятора, однако есть несколько элементарных хитростей, с помощью которых можно сделать работу данного устройства более эффективной и экономичной:

  • Снизу можно разместить еще один теплообменник, функционирование которого будет базироваться на использование солнечных коллекторов. Этот вариант подойдет для пользователей, которые предпочитают экологически чистую энергию;
  • Если система отопления обладает несколькими контурами работы, то лучше всего разделить бочку внутри на несколько секций. Это позволит в дальнейшем сохранять температуру на весьма приемлемом уровне в течение максимально долгого времени;
  • Если позволяют финансовые средства, то в качестве утеплителя можно взять пенополиуретан. Этот материал стоит намного дороже, однако он удерживает тепло значительно лучше. Вода будет сохранять температуру в течение очень долгого времени;
  • Можно установить сразу несколько патрубков, которые позволят сделать систему отопления более сложной, оборудовать ее сразу несколькими контурами;
  • Разрешается установить дополнительный теплообменник вместе с основным. Вода, разогревающаяся в нем, будет использоваться для разного рода бытовых нужд – это достаточно удобно.

Как подключить

На начальном этапе следует установить котел согласно схеме. На трубу, которая будет идти к накопителю, нужно будет поставить специальную группу безопасности и трехходовой клапан, чтобы не допустить возникновения конденсата. В дальнейшем к системе следует подключить теплоаккумулятор, а к трубе, выходящей из него, нужно будет присоединить трехходовой смесительный кран.

Теплоаккумулятор не обойдется без установки циркуляционного насоса, который должен быть оснащен релейным термостатом с погружной гильзой. Также следует устанавливать два обратных клапана.

Читать еще:  Каков расход газа на отопление частного дома
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector