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.
Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.
Что такое буферная емкость
На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:
Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.
Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:
Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.
Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.
С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.
Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.
При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.
https://youtube.com/watch?v=ClmE2GmxXeo%3Ffeature%3Doembed
Теплоаккумулятор с ТЭНом
За последние несколько лет можно наблюдать стабильный рост стоимости энергоносителей. Из-за этого большинство людей переходит на , используя их в качестве главного, а порой и единственного, источника тепла. Но перед монтажом котла следует тщательно все продумать, чтобы обеспечить максимальную безопасность при эксплуатации. А одним из условий выполнения этой задачи является (буферная емкость) с ТЭНом.
Что такое теплоаккумулятор с ТЭНом?
Если говорить вкратце и простым языком, то теплоаккумулятор – это специальная емкость, главной задачей которой является накопление «лишнего» тепла, которое производит котел в процессе своей работы. В дальнейшем это тепло никуда не испаряется и не исчезает, оно используется в системе отопления во время периодов между загрузками топлива в котел.
Важно! Емкость необходимо обязательно заземлять. Иначе возможна коррозия металла.
Внешне теплоаккумулятор представляет собой в цилиндр со сферическими днищами. Из основных частей можно выделить: днища, внутренние теплообменники (чаще всего их два, но бывают и без них), патрубки подачи теплоносителя. Буферная емкость бывает трех видов, в зависимости от конструкции:
Буферная емкость на заводе собирается из стальных листов. Затем наносится внутренний слой бакелитового лака, который выполняет защитную функцию. Сверху теплоаккумулятор покрыт термореактивной порошковой краской. Вторично-вспененный пенополиуретан отвечает за теплоизоляцию прибора. А сверху пенополиуретан покрыт специальным защитным чехлом, который изготовлен из кожзаменителя.
В названии этого раздела можно заметить аббревиатуру ТЭН. Она расшифровывается, как трубчатый электронагреватель. Его можно найти в самых разных электроприборах: чайниках, стиральных машинах, кипятильниках и даже в отопительных котлах. В последнем случае их устанавливают для поддержания температуры в теплоаккумуляторе на необходимом уровне. ТЭНы гораздо проще и удобнее использовать, чем другие нагревательные приспособления, именно поэтому они так сильно распространены.
Какие функции выполняет теплоаккумулятор с ТЭНом?
Как уже говорилось выше, теплоаккумулятор предназначен для накопления тепла, которое он возвращает, когда нагревающее устройство перестает работать. В качестве нагревающего устройства может выступать твердотопливный и электрический котел, , солнечный коллектор и так далее.
Важно! Эксплуатация буферной емкости с ТЭНом с неисправностями любой степени и характера строго запрещена.
Если говорить о второстепенных функциях теплоаккумулятора, то к ним можно отнести экономию топлива, увеличение срока службы котла, повышение безопасности как твердотопливного котла так и всей системы отопления в целом, может стать резервным источником тепла. Наиболее часто владельцы котлов используют такую схему: ночью электрокотел работает, передавая тепло в теплоаккумулятор, а днем буферная емкость возвращает тепло в помещение, тем самым отапливая его. Главное преимущество такой схемы – экономия денег на электричестве (ночью оно дешевле).
Какие бывают мощности?
Сейчас можно приобрести ТЭНы с разными показателями мощности. На рынке можно найти трубчатые электронагреватели с мощностью: 2 кВт, 3 кВт, 4,5 кВт, 6 кВт, 9 кВт, 12 кВт. Благодаря такому разнообразию вы можете собрать идеально подходящую под ваши нужды буферную емкость для сбора тепла в ночное время суток.
Но если вы не знаете, какую мощность подобрать, то можете заказать рекомендованную схему подключения как самой буферной емкости, так и трубчатого электронагревателя 220/380 В. Этот вариант является универсальным, так как подходит под любые нагревательные приборы. Также по вопросу мощности теплоаккумулятора вы можете проконсультироваться с нашим менеджером, он ответит на все интересующие вас вопросы.
Преимущества монтажа теплоаккумулятора с ТЭНом
Часто владельцы котлов хотят сэкономить на теплоаккумуляторе и просто не покупают его. Такое решение может иметь серьезные неприятные последствия, причем по большей части финансовые. Вот несколько наиболее часто встречающихся ситуаций, которые возникают при эксплуатации котла без теплоаккумулятора:
Помимо того, что вы будете постоянно переплачивать за топливо, так еще и нагревательный прибор может выйти из строя в любой момент. Да и чистить такой котел придется гораздо чаще, нежели котел с теплоаккумулятором. По этим причинам владельцы стараются приобрести и установить буферную емкость с ТЭНом.
Теплоаккумулятор с ТЭНом выполняет большое количество функций, но главная одна – сохранение излишка тепла, которое производит отопительный прибор, например, котел. Буферная емкость позволяет экономить достаточное количество денежных средств. Поэтому цена, потраченная на приобретение этого прибора, отобьется в течение нескольких первых месяцев.
На сколько хватит теплоаккумулятора?
Как долго теплоаккумулятор сможет обеспечивать теплом систему отопления зависит от трёх основных факторов. Зная каждый из них, можно достаточно точно рассчитать время эффективной теплоотдачи ёмкости. В первую очередь следует учитывать мощность котла, затем во внимание принимаются теплопотери дома и объём буферной ёмкости. Также некоторое влияние будут оказывать объём жидкости в системе, особенности её устройства и другие факторы.
Подробный тепловой расчёт сможет предоставить только специалист, после выезда к вам на участок и детального изучения конкретной отопительной системы. В то же время, установить период эффективной работы теплоаккумулятора можно с хорошей точностью, основываясь на знании только трёх показателях, указанных ранее.
Основой высокой эффективности отопления является качественно выполненная теплоизоляция отапливаемых помещений. Очень важно изначально закладывать в проект дома усиленные меры по теплозащите. Так, например, комнаты многоквартирных домов в большинстве своём состоят из стен, смежных с соседними квартирами. Таким образом, теплопотери жилья в городской многоэтажке ниже, и отсутствие хорошей теплоизоляции в меньшей степени сказывается на комфорте проживания в холодное время года.
Для частного дома хорошее утепление имеет критическое значение. Даже очень мощный котёл не сможет прогреть здание, если ему придётся большую часть своей энергии тратить на нагрев улицы. Если для теплоизоляции вашего дома применялись только базовые технологии, а толщина утепления на крыше и стенах оставляет желать лучшего, рекомендуем попробовать усилить теплоизоляцию. Полученная в результате экономия энергоресурсов вас приятно удивит.
Итак, для расчёта теплопотерь конкретного здания нужно будет выполнить измерения количества затраченной энергии на поддержание в нём тепла. Для определения того, как долго держит тепло буферная ёмкость, нам потребуется узнать потери тепла через конструкции, а также через вентиляцию. Для систем с горячим водоснабжением существует также отдельный показатель потерь через слив нагретой воды в канализацию. Так как в любом случае нам нужны общие данные, которые включают все перечисленные факторы, отдельно их рассчитывать нет смысла.
Расчёт общих теплопотерь
Самый простым методом для определения тепловых потерь конкретной постройки основывается на экспериментальном наблюдении. Нужно измерить какое количество тепла подаётся в систему отопления для поддержания в доме стабильно комфортной температуры. Очевидно, что это значение будет зависеть от температуры на улице, то есть в расчётах будет использоваться разница между внешней и внутренней температурой.
Для начала изучите паспортные данные вашего котла и устройство системы отопления. Допустим, что теплогенератор 24 кВт работает на полную мощность и нагревает воду до 80 °С. Если вода в системе в течение дня была на уровне 65 °С, то котёл работал не в полную мощность. Чтобы получить его актуальную производительность, можно составить простую пропорцию. Выйдет (24кВт*65°С)/80°С = 19,5 кВт. Учитывайте также, что паспортные данные указываются для воды, если в вашем контуре пропиленгликоль, то котёл выдаёт на 20% меньше мощности. Для нашего примера — это 19,5 кВт*0.8 = 15,6 кВт.
Знать только мощность теплогенератора, которая потребовалась для поддержания комфортной температуры, недостаточно. Нужно ещё учитывать разницу температур между показателями внутри дома и на улице. Выполняя наблюдения за температурой воды в системе отопления, фиксируйте также показатели термометра внутри и снаружи дома. Таким образом, вы получите мощность котла для конкретной дельты температур. На основе этих двух показателей уже можно точно установить теплопотери определённого здания.
Допустим, ваши измерения проводились при температуре -37°С на улице, а внутри дома было +20°С. Тогда дельта температур будет 57°С. Если в вашем регионе средняя температура воздуха в отопительный период составляет -20°С, то требуемая мощность котла будет ниже, чем экспериментально установленная вами изначально. Допустим, вам нужно получить в помещениях +23°С при -20°С снаружи, тогда дельта температур = 43°С. Узнаем мощность котла на основе экспериментального значения 15,6 кВт для дельты 43°С. Для этого 15,6 кВт * (43°С/57°С) и получим 11,76 кВт.
Нормы тепловых потерь дома
В нормативной документации указываются тепловые потери для 1 м² жилой площади. В выбранном нами примере площадь дома была 120 м². Для получения точного значения для 1 кв. метра нужно 11760 Вт / 120 м². Получится примерно 98 Вт/м². Эта цифра является достаточно высокой и превосходит нормы, которые рекомендуют актуальные СНиПы, примерно вдвое. Нормативные документы устанавливают стандарт теплопотерь в размере 50 Вт/м².
Тем не менее, не стоит рассчитывать, что, если ваш дом обладает хорошей теплозащитой, значение теплопотерь в нём составит 50 Вт/м². Для примера приведём дом площадью 180 м² из газобетонных блоков Д500 с утеплением стен пенопластом толщиной 10 см, пола — 20 см, а также 40 см плит минеральной ваты на крыше. Так вот, у него теплопотери находятся в пределах 52-53 Вт/м².
Производительность котла, как правило, выбирается ещё на стадии проектировки системы отопления. Теплогенератор устанавливают из расчёта примерно 1 кВт мощности на 10 м² площади дома. Если котёл больше указанного значения, установка теплоаккумулятора является практически необходимым решением (читай также нужен ли теплоаккамулятор для твердотопливного котла). Буферная ёмкость соберёт все излишки тепла, выработанные котлом и постепенно будет их отдавать в систему ещё долго после остывания топки.
Среднее значение объёма теплоаккумулятора для каждого «лишнего» киловатта мощности котла составляет 50 литров. Если в вашем доме 100 м² установлен котёл 15 кВт, достаточно будет разместить небольшой ТА на 250-300 литров.
Время «разрядки» теплоаккумулятора
Рассмотрим, как надолго будет хватать теплоаккумулятора, в зависимости от тепловых потерь дома и размеров ёмкости. Расчёт теплопотерь был подробно рассмотрен ранее, поэтому остановимся на стандартной величине 50 Вт/м². Напомним, что это значение следует принимать только для дома с очень хорошими мерами по теплоизоляции. На практике, самостоятельно выстроенный дом с обычной теплоизоляцией может иметь потери до 100 Вт/м².
Если ваш дом строили специалисты, которые выполняли теплоизоляцию по СНиПу, то его теплопотери составят 50 Вт/м² для самой холодной недели в вашем регионе. Для Москвы средняя температура в самую холодную неделю составляет -28 °С. Дому площадью 100 м² потребуется 5 кВт тепла каждый час для поддержания стабильной температуры внутри. За сутки это значение составит 120 кВт.
Минимальная дельта температур, на которую рекомендуется нагревать теплоноситель в буферной ёмкости составляет 40 °С. Выполним расчёт, который покажет, сколько накопит энергии теплоаккумулятор с 1000 л воды. 1 тонна воды требует 1,16 кВт⋅ч энергии для нагрева на 1 °С. Чтобы нагреть 1000 л воды на 40 °С нужно 46,4 кВт⋅ч. Примерно такое же количество тепла в результате отдаст тепловой аккумулятор в систему отопления.
Исходя из этого, зная точные теплопотери дома и размер ТА, можно установить время охлаждения ёмкости на дельту, равную 40 °С. Для примера возьмём дом 100 м² с теплопотерями 5 кВт в час.
Учитывайте, что указанные в таблице цифры могут не совпадать с актуальным временем для вашей системы отопления. Чтобы вычислить самостоятельно, на сколько хватает теплоаккумулятора определённого объёма, вам нужно объём ТА умножить на количество тепла, требуемое для нагрева/охлаждения 1 л на 40 °С и разделить это значение на теплопотери дома. В приведённой таблице для ёмкости 250 л пример расчёта будет выглядеть так: (250 л * 0,0464 кВт⋅ч)/5 кВт⋅ч = 2.32 часа, что составляет примерно 2 часа 20 минут.
Подбор теплоаккумулятора
Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.
Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.
Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.
Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов
Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.
Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом
Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:
Примечание. Длительность автономной работы теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла после отключения электричества, поскольку присоединен напрямую, без насоса.
Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов
Для сборки накопительного бака вам потребуется:
От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, наполнив их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку аккуратно изгибаем в змеевик вокруг другой трубы подходящего диаметра. Дальше действуем так:
Стыковка бака с ТТ-котлом без циркуляционного насоса
Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы Ø50 мм, проложенные с уклоном, теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи воды к радиаторам отопления после буферной емкости устанавливается насос + трехходовой смесительный клапан.
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:
Корпус накопителя выгибается из листа железа на вальцах
Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.
Вместо облицовки производители зачастую применяют специальный чехол (можно выбрать цвет)
https://youtube.com/watch?v=tNshZNma7Ls%3Ffeature%3Doembed
Буферная и емкость, и электрический котел отопления.
Можно ли сэкономить свои деньги на потреблении электроэнергии, при условии отопления электрическим котлом. Да, такая возможность есть, но только в том случае. если к вашему дому подведено надежное энергоснабжение, с возможностью ночной терификации. Не будем говорить о том, что сам электрический котел может отапливать дом напрямую, в ночное время, что снизит общие затраты на отопления. Буферная емкость также может существенно способствовать экономии денег на энергопотреблении.
Что такое теплоаккумулятор. Это прибор системы отопления, который принимает на себя тепловую энергию, накапливает ее, с целью последующей отдачи в систему отопления. В случае с твердотопливными котлами, буферные емкости (теплоаккумуляторы) собирают тепло от твердотопливного котла, который уже прогрел дом, но процесс горения угля в топке еще продолжается. До установки теплоаккумулятора, это невостребованное тепло попросту уходило бы на улицу через форточку, систему вентиляции, или просто в дымоход. С установкой буферной емкости, эта тепловая энергия вначале собирается в емкость, а затем отдается в отопительную систему без дополнительного запуска угольного котла.
Как работает теплоаккумулятор с электрическим котлом. Основная идея загрузки буфера кроется в мощности электрокотла, подключении его по ночному тарифу. Ночью, электрокотел, обладающий повышенной мощностью может ни только прогревать теплоноситель для системы отопления, но и при превышении тепловой энергии запитывать ночью буферную емкость. Прогретый ночью теплоноситель, впоследствии, будет отдаваться в отопительную систему днем, когда стоимость электроэнергии уже будет тарифицироваться по более дорогому тарифу. При этом, сам электрокотел не будет включаться. Таким образом, можно сэкономить свои деньги, искусственно увеличив интервал энергопотребления в ночном, дешевом тарифе.
При большой мощности электрического котла, весь потенциал генератора тепла будет довольно быстро прогревать буфер.
Как рассчитать объем теплоаккумулятора.
Расчет объема буферной емкости можно производить по специальным теплотехническим формулам со многими неизвестными, или можно воспользоваться обычным народным расчетом. Упрощенный вид определения объема теплоакумулятора следующий: на 1 кВт мощности отопительного котла необходимо 30 литров объема буферной емкости. Другими словами, при мощности электрокотла около 15 кВт, объем буферной емкости (теплоаккумулятора) должен составлять около 500 литров.
Конечно, стоит внести поправки при подборе объема буфера на возможности выдачи электрокотлом дополнительного, невостребованного тепла. Очевидно, что что если электрический котел еле-еле справляется только с отопительной системой напрямую, то для для прогрева буфера у него попросту не останется необходимой мощности загрузки. В таклем случае, объем теплоаккумулятора стоит высчитывать по принципу остаточной мощности.
Теплоаккумулятор с электрическими ТЭНами.
Есть техническое решение, которое позволяет загружать буферную емкость недорогим теплом по ночному тарифу, без использования электрокотла. Многие производители теплоаккумуляторов оснащают свою продукцию специальными погружными гильзами для установки электрических ТЭНов сразу в тело теплоаккумулятора. И данное техническое решение, может быть даже технически более правильное, чем загрузка буфера от электрокотла.
Во-первых, вы не перегружаете основной источник отопления — электрокотел.
Во-вторых, нет теплопотерь по температуре теплоносителя, при передаче тепла от электрокотла теплоаккумулятору.
В-третьих, Вы сами регулируете энергопотребление буферной емкости, набирая оптимальную электрическую мощность ТЭНами. Выбор нагревательных элементов по мощности зависит исключительно от остаточных возможностей потребления электроэнергии с учетом работающего электрокотла.
В-четвертых. Вы не привязаны к мощности электрокотла при выборе объема бочки теплоаккумулятора. Объем выбираете сами, именно по суммарной мощности электрических ТЭНов.
Возможности набора электрических ТЭНов для тепоаккумулятора, как правило, следующий: 2 кВТ, 3 кВТ, 6 кВТ, 9 кВТ. Таким образом, у вас существенно увеличивается оперативный технический простор для сбора тепла в буферную емкость в ночном режиме электропотребления.
Какой купить электрокотел для буферной емкости.
Выбор электрокотла, практически ничем не ограничен. Вам не требуется особая встроенная система автоматики или управления электрокотлом, кроме обычного комнатного термостата. Все основные узлы, регулирующие направление потока теплоносителя находятся вне корпуса электрокотла. Как правило, это обычный трехходовой кран с сервоприводом, управляемый комнатным температурным программатором.
Но мы все же рекомендуем для установки в системах отопления электрокотлы ЭВАН. На сегодняшний день, это одни из самых надежных, долговечных, и проверенных отопительных электрических котлов.
Расчет буферной емкости
Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:
Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.
Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.
Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.
Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:
m = Q / 1.163 х Δt, где:
Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:
m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.
Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.
Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.
Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно
Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:
Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.
Как рассчитать объем бака
Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:
Продолжительность обогрева дома тепловым аккумулятором зависит его размера
Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если производительность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места выделено в котельной и подгоняйте полученный объем под реальные размеры помещения.
Справка. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить формулу расчета площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара (D), а полученный результат умножьте на высоту емкости.
Вы получите более точные размеры теплового аккумулятора, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного количества теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:
Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт•ч энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:
m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.
Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.
Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:
m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.
Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.
О конструкции емкости
Чтобы самостоятельно изготовить аккумулятор тепла, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления.
С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:
Чертеж теплоаккумулятора прямоугольной формы объемом 500 л в разрезе
Совет. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять теплоаккумулятор цилиндрической формы.
В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки, к нему прибавьте высоту столба воды от емкости до расширительного бачка, установленного в высшей точке. Вот почему следует усиливать плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как показано на чертеже емкости вместительностью 500 л.
https://youtube.com/watch?v=Gouwe2bk638%3Ffeature%3Doembed
Справка. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие отрывает по краям.
Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Компромиссный вариант – внутренние распорки, изображенные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.
Чертеж аккумулятора тепла на 500 л – вид сверху (поперечный разрез)
Подбор материалов для резервуара
Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на давление 3–6 Бар. Какие емкости можно использовать:
Из готовых стальных сосудов сделать надежный теплоаккумулятор значительно проще
Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.
Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб Ø15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.
Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не грызут.
Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят
Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:
Сборка прямоугольного теплоаккумулятора
Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете сваркой, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.
Сначала бак собирается на прихватках, а потом проваривается сплошным швом
Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:
На фото показана растяжка из широкой полосы, но лучше применить трубу
Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.
Стальные скобки (клипсы) привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки
Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:
Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.
Установка и подключение резервуара к отоплению
Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол нежелательно, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом засыпьте ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.
Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак
Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается», и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы организовать такую работу батареи, нужно выполнить следующие мероприятия:
Схема обвязки бака – аккумулятора тепла
Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для регулирования потока теплоносителя по температуре воды на входе и выходе емкости. Как правильно производится обвязка и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:
https://youtube.com/watch?v=ppkWSzvPeBg%3Ffeature%3Doembed
Справка. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.
Тепловой накопитель для электрокотла отопления.
Конечно же, каждый владелец загородного дома или дачи мечтает сэкономить на отоплении дома в зимний период. Хорошо, если Ваш дом отапливается магистральным газом. Но что делать, если отопление дома производится электричеством.
Начать стоит с того, что в последнее время есть возможность выбора электросчетчика с единым тарифом, или многотарифным начислением. Для экономии на электроэнергии нам потребуется счетчик электричества с возможностью подключения по ночному, более дешевому тарифу. Не удивляетесь, но есть способ использовать тепло, которое мы можем получить по недорогому, ночному тарифу в дневное время, не включая электрокотёл отопления. И поможет нам в этом теплоаккумулятор, или как его по-другому называют – буферная емкость. Дело в том, что каждое помещение имеет определённые тепловые потери, в разные периоды года разные, но тем ни менее они есть. И для того чтобы их восполнить необходимо истратить определённое количество тепловой энергии. Например, имеем дом нормально утеплённый, площадью 100 кв. м., энергоноситель электричество, двухтарифный счётчик с разницей по тарифу в три раза (в разных регионах по-разному). Среднесуточные тепловые потери (условно) – 72 кВт, котёл отопления 12 кВт. Почему бы не использовать эти 12 кВт не в режиме круглосуточного повторно кратковременного включения-выключения, а на постоянно включенном в период ночного тарифа, тем самым загрузив теплонакопитель максимальной температурой (предположим 70-80 гр), а днём использовать нужную 55-60 гр. на потребителей (путём установки термостатического смесительного клапана)? При недостатке тепла, днём можно использовать для нагрева солнечные коллектора. Тогда остаётся рассчитать объём буферной емкости. Итак:
m= (P×ŋ×t)/ (c×∆ϑ)
где: m – объём
P – мощность котла, Вт
ŋ – КПД котла, 0.98%
t – время нагрева, ч
c – удельная теплоёмкость воды, Вч/кг х К
Δϑ – разность температур, К
При подставлении определённых значений Вы получите ориентировочный объём буферного теплоаккумулятора (но эта формула не панацея), и тут можно «поиграться» с формулой путём изменения значений мощности, времени нагрева, и температурной дельты. Опять же не стоит забывать, что во время нагрева теплонакопителя, теплоноситель будет циркулировать по контурам и соответственно остывать. В этом случае необходимо учитывать погрешность. В любом случае для точного расчёта теплоаккумулятора к электрическому котлу отопления лучше обратиться к нашим специалистам.
В связи с выше перечисленным можно сделать вывод, что в виде основного котла Вы можете применять как электрический котел отопления, так и твердотопливный котел. И, что самое важное, Вы можете запитывать буферную емкость и тем и другим отопительным котлом по вашему выбору попеременно. Тогда, такая система отопления будет наиболее экономичная, и адаптированная исключительно под ваши условия эксплуатации.
Теплоаккумулятор для электрических ТЭНов, вместо электрического отопительного котла. В качестве альтернативы электрокотлу, можно использовать ТЭНы, благо в конструкции буферного накопителя тепла предусмотрены (в зависимости от конструкции один или несколько) резьбовые выходы размером 1 ½», в которые можно вмонтировать муфтовый нагревательный элемент. У некоторых производителей буферных теплоаккумуляторов в нижней части бака предусмотрено смотровое отверстие для ревизии и чистки, его можно использовать для установки фланцевого нагревателя определённого диаметра. Таким образом можно обойтись без покупки электрокотла. Нюансом в этом случае является то, что в теплоаккумулятор можно вмонтировать ТЭН определённой длины, не конфликтующей с габаритами буферного накопителя тепла, и соответственно небольшой мощности. От сюда следует вывод, что такая система работоспособна в домах небольшой площади, приблизительно до 100 м².
Произвести монтаж системы отопления Вашего дома, или обвязку котельной с установкой буферного теплоаккумулятора могут наши технические специалисты. Поверьте, цена на установку буферной емкости не так велика, как вы думаете. Наша монтажная группа имеет большой опыт работ по установке теплоаккумуляторов к котлам отопления.
Купить теплоаккумулятор для котла отопления можно в нашем специализированном магазине
Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.
Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.
Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).
На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:
Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.
https://youtube.com/watch?v=ppkWSzvPeBg%3Ffeature%3Doembed
Альтернативная схема
Данная схема обвязки буферной емкости и твердотопливного котла предложена одним из участников популярного форума. Ее особенность состоит в том, что при отключении электроэнергии работоспособность схемы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб. Ниже на рисунке изображено подключение теплоаккумулятора к закрытой системе отопления, но при монтаже ее лучше сделать открытой, о чем говорит и сам автор.
Вкратце суть такова: благодаря Т-образному вводу сверху бака происходит одновременный нагрев радиаторов и «зарядка» термоаккумулятора, сделанного своими руками. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая агрегат по достижении в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного термостата, с которым связан сетевой насос.
Примечание. Предложенная схема обвязки проверена ее создателем на собственном опыте. Все подробности ее монтажа и эксплуатации описаны автором на форуме
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:
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:
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.
Заключение
На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовить теплоаккумулятор своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что подобные высказывания далеки от реальности, на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к твердотопливному котлу. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за буферную емкость не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.
Нельзя отрицать тот факт, что теплоаккумулятор улучшает условия эксплуатации обычного твердотопливного котла. Последний сжигает топливо с максимальным КПД, а после прогрева число походов в котельную сокращается до минимума. Другое дело, что данное удовольствие – не из дешевых, из-за чего львиная доля работающих в частных домах аккумуляторов – самодельные.
