Теплоаккумулятор для системы отопления — устройство и принцип работы

Как выбрать и подключить буферную (аккумулирующую) ёмкость для автономного отопления

Хозяева домов в частном секторе часто сталкиваются с проблемами эффективности автономного отопления. Один из современных способов рационального их решения – монтаж в своем жилище буферной ёмкости. Она способна равномерно распределять тепло по комнатам и экономить деньги и время на обслуживание. Поставить ёмкость собственными руками несложно. В статье собраны советы специалистов по составлению чертежа и подробной схемы, рекомендации по подключению.

Принцип работы и виды буферной ёмкости

Если вы когда-либо видели термос, то поймёте и принцип работы буферной ёмкости. Её еще называют аккумулирующей или тепловым аккумулятором. С виду это бак цилиндрической формы. Стенки внутри него заизолированы поролоном или другим материалом. Это своеобразный посредник, который хранит тепло и равномерно распределяет его по отопительной системе. Это полезно и выгодно по таким причинам:

Если тепло в доме генерирует твердотопливный котел. управлять мощностью которого очень сложно. С помощью буферной ёмкости вы сможете уменьшить разогрев радиаторов, например, в теплые дни.
Для твердотопливного котла исчезает необходимость подкидывать дрова в ночное время.
Если у вас дифференцированный тариф на оплату электроэнергии (днём – дороже, ночью – дешевле), электрокотел можно включать только ночью, а днём отапливаться накопленным теплом.

Внимание! Есть у буферной ёмкости и минусы. Например, при своих габаритах она должна располагаться рядом с котлом. К тому же современный аккумулирующий бак стоит недешево, чтобы окупить его потребуется не менее 2-х лет.

Виды и строение теплоаккумуляторов

Ёмкости различают по материалу, который применяется как термоаккумулирующий:

твердотельные;
паровые;
а также термохимические;
жидкостные;
с добавочным нагревом.

Вверху бака расположены пара штуцеров (патрубков), предназначенные для совмещения с котлом и всей системой, а также клапаном-предохранителем для спуска лишнего воздуха, если давление в глубине повысится. Внизу есть кран, через который можно спустить воду. Также производитель иногда размещает тут фланцы для монтажа датчика давления и температуры.

Внимание! Ёмкость работает за счет разности давления воды, создаваемой насосом. Встроенный тепловой аккумулятор в разы увеличивает инерционность всей отопительной системы.

Как правильно рассчитать объем

Перед покупкой следует вычислить объем бака, который сможет обеспечить рациональный обогрев вашего дома. Если буферную ёмкость вы монтируете вместе с системой отопления, то для начала соберите данные:

Площадь дома.
Тепловые потери при различных значениях температуры воздуха (кВт/ч).
Объем воды, которая проходит по системе за 1 ч при минимальном значении температуры.

Важно правильно высчитать подходящий объем емкости

Если система отопления установлена, тогда рассчитать объем бака легче. В таком случае вы опытным путём можете установить количество воды и временной отрезок между топками в самые холодные периоды (в случае с твердотопливным котлом). Чтобы из этих данных получить подходящий размер ёмкости, просто их перемножьте. Для дома площадью около 200 кв. м, как правило, используется котел мощностью 25-32 кВт. Из описанной формулы объем теплоаккумулятора должен составить 1 тыс. л. Именно такой расход нагретой жидкости в системе нужен при температуре -25 C, хотя в более тёплые дни вам понадобится меньше.

Совет. Не нужно увеличивать объем и покупать бак «с запасом», предполагая, что система может работать некорректно или температура опустится ниже заданного вами минимума. Даже если в вашей местности наступят чересчур сильные морозы, вы всегда можете пустить котел в обход ёмкости.

Что проверить в магазине

Теплоаккумулятор – не сложный для понимания механизм. Однако в заводском баке немало разных нюансов, которые производитель предусмотрел для повышения функциональности. При покупке обратите внимание на такие важные особенности ёмкости:

На какой максимум давления жидкости в системе отопления рассчитаны стенки.
Какова наибольшая потенциальная температура воды для неё.
Из чего она изготовлена. Лучший материал – мягкая углеродистая сталь. Она должна быть покрыта «нержавейкой» или другим непромокаемым слоем.
Имеет ли она изоляцию. Полезное свойство, но не обязательное.

Хороший бак разделен на несколько секций. В них собирается вода разной температуры. Эта опция и позволяет ёмкости равномерно распределять тёплую воду по системе отопления. Она может быть снабжена вспомогательными полезными приспособлениями:

электронагреватель;
теплообменники для подсоединения к разным источниками или горячей воде;
резиновые фланцы.

Совет. Выбирайте только тот котел, который подойдёт по размерам вашей комнаты. Как правило, производители предлагают широкую линейку моделей, объемом от 300 л до 5 тыс. л. Обязательно проверяйте наличие всех сертификатов.

А вот самостоятельно изготавливать буферную ёмкость специалисты не советуют. Вам, как минимум, придётся проводить сварку металла толщиной в 5 мм и вырезать бак в форме сферы (технологическая необходимость для корректной работы). А ещё заводские ёмкости оборудованы змеевиками, которые затем подключаются к водоснабжению и горячей воде. Сделать их своими руками крайне сложно. Купленный бак может быть даже экономичнее по стоимости и временным затратам и, конечно, более надежным.

Подключение буферной емкости

Как подключить буферную ёмкость

Главное правило при подключении аккумулятора тепла – он должен быть вмонтирован в систему параллельно котлу. С помощью верхних патрубков следует включить бак в систему. Один из штуцеров внизу котла следует соединить с самим котлом – на эту обратную магистраль монтируется циркуляционный насос. Второй нижний патрубок крепится к обратной магистрали отопительной системы, на которой также обустроен насос. Кроме того, система допускает наличие двух теплообменников:

Схема подключения буферной емкости

вверху бака, для поступления горячей воды;
вверху или снизу для подсоединения к добавочным источникам тепла.

Совет. Нередко бывает, что бак рассчитанного вами объёма попросту не помещается в доме. Тогда следует посчитать его объем, снижая до минимального показателя объём циркулирующей в системе воды. Размер бака тоже уменьшится, а вам просто придётся чаще топить котел.

Буферная ёмкость – очень полезное усовершенствование автономной отопительной системы, новый шаг к созданию энергоэффективного жилища. Наибольшая выгода ждёт хозяина: топить котел нужно меньше, времени на другие дела больше, а в доме не будет перепадов температуры.

Буферная емкость для отопления

Описание и характеристики ёмкости системы отопления

Как повысить эффективность функционирования системы отопления? Помимо стандартных способов можно сделать небольшую модернизацию. Она заключается в установке дополнительных баков, которые могут выполнять различные функции. При этом важно правильно подобрать ёмкость системы отопления: буферная, аккумулирующая, накопительная. От этого будет зависеть КПД и возможность организации горячего водоснабжения.

Буферная емкость в системе отопления

Она представляет собой бочку, внутри которой расположен змеевик — он подключается к магистрали отопления. Материал его изготовления – медь или сталь. Энергия от теплоносителя через поверхность змеевика передается воде в емкости.

Специфика конструкции

На первый взгляд, аккумулирующая емкость для отопления не имеет особенных преимуществ. Однако при глубоком анализе выяснится, что актуальность ее монтажа в автономную сеть является неоспоримым фактором. Какие функции выполняет данная конструкция?

Передача тепловой энергии воде, которая может использоваться для горячего водоснабжения;
Повышение продолжительности работы отопления даже при выключенном котле. Для этого одна из пар патрубков подключается к системе через двух или трехходовые клапана. В таком случае буферная емкость системы отопления будет смешивать остывший теплоноситель с горячей водой, сохранившейся в ней;
Использование нагретой воды для низкотемпературных контуров отопления – водяного теплого пола.

Такие возможности объясняются особенностями конструкции. Все заводские буферные емкости для отопления имеют дополнительные контуры утепления. Та минимизируется теплоотдача нагретой воды. Также патрубки имеют различный диаметр для коммутации с контурами отопления.

При выборе заводской модели ёмкости системы отопления (буферной, аккумулирующей или накопительной) нужно обращать внимание на количество патрубков – от 2-х до нескольких десятков. Их оптимальное количество зависит от контуров в системе.

Расчет буферной емкости

Накопительная емкость в разрезе

Любая емкость системы отопления, прежде всего, характеризуется объемом. Для его расчета рекомендуется воспользоваться специальными программами. Если же такой возможности нет – можно произвести приблизительные вычисления самостоятельно. Теплоемкость воды составляет 4,187 кДж/кг*С. Если система отопления имеет номинальную мощность 24 кВт/час, то накопительная емкость для отопления должна поддерживать работу системы в течение 4-8 часов после выключения котла. Нужно вычислить объем для часовой работы отопления. При этом разница температуры должна составлять 70-45=25°С. Зная, что 1 кВт/час это 3600 кДж, можно рассчитать вместимость:

(24*3600)/(4,187*25)=825 кг или 0,825 м³

Это лишь приблизительная схема расчета, так как каждая ёмкость радиатора отопления имеет ряд дополнительных характеристик – тепловые потери, температура и влажность в помещении, тип отопления (гравитационный или с принудительной циркуляцией).

Что нужно учитывать при выборе буферной емкости для системы отопления?

Ее полезный объем;
Площадь теплообменного элемента;
Тип теплообменника – змеевик или бак в баке. Последний предпочтительнее, так как подобная конструкция увеличивает площадь нагрева воды в емкости.

Цена аккумулирующей емкости для отопления высока – самая простая модель на 800 стоит от 35 тыс. руб. поэтому нередко пытаются сделать ее самостоятельно.

Для отопления небольшого частного дома монтаж ёмкости менее 500 л нерентабелен. Она не будет способна аккумулировать нужное количество тепловой энергии.

Тепловой аккумулятор своими руками

Сложность изготовления буферных емкостей для отопления заключается в создании надежной теплоизоляции. Для этого нельзя использовать обычную бочку или аналогичную ей емкость. Помимо этого параметра ёмкость радиатора отопления должна выдержать нагрузку воды на стенки и возможные гидравлические удары.

Самая простая конструкция представляет собой куб, внутри которого располагается П-образный трубопровод или змеевик из медной трубы. Последний предпочтительнее, так как он имеет большую площадь теплообменной поверхности, а медь обладает оптимальным значением теплопроводности. Эта конструкция подключается к общей магистрали. Для изготовления емкости системы отопления понадобятся стальные листы, толщиной не менее 1,5 мм и металлическая труба. Ее диаметр должен быть равен сечению трубопровода на этом участке отопления.

Минимальный набор инструментов включает в себя следующее:

Сварочный аппарат;
Угловая шлифовальная машина (болгарка);
Дрель со сверлами по металлу;
Измерительный инструмент.

Проще всего изготовить ёмкость для радиаторов отопления кубической формы. Предварительно составляется чертеж, по которому будут выполняться все дальнейшие работы. Наличие ТЭНа не обязательно, но предпочтительно. Он сможет поддерживать уровень нагрева воды на должном уровне.

Порядок изготовления теплового аккумулятора

Сначала вырезаются листы прямоугольной формы, из которых будет состоять корпус емкости системы отопления. На этом этапе нужно учитывать зазор для сварки – он может составлять от 1 до 3 мм в зависимости от аппарата и выбранных электродов. Затем в заготовках вырезают отверстия для крепления трубопровода, ТЭНа и патрубков для наполнения емкости. Чугунные батареи отопления не могут крепиться непосредственно к ней. Поэтому нужно рассчитать тепловые потери от емкости к радиатору.

После сборки конструкции нужно сделать теплоизоляцию корпуса. Для накопительной емкости отопления лучше всего использовать базальтовый утеплитель. Он имеет следующие важные качества:

Не горюч. Плавление происходит при температуре свыше 700°С;
Легко устанавливается. Базальтовая вата достаточно упруга;
Имеет пароизоляционные свойства. Это важно для вывода конденсата, который будет неизбежно скапливаться на корпусе аккумулирующей емкости во время работы отопления.

Применение полимерных материалов (пенополистирол или пенопласт) недопустимо, так как они относятся к группе легковоспламеняющихся. Теплоизоляцию буферной емкости лучше всего делать после подключения к системе отопления. Так можно уменьшить тепловые потери на входных и выходных патрубках.

В качестве ёмкости можно использовать старый стальной резервуар. Но толщина его стенки не должна быть менее 1,5 мм.

Монтаж накопительной емкости

Схема подключения теплового аккумулятора к системе отопления

Установка ёмкости осуществляется перед радиаторами отопления. Оптимальный вариант – подключение входного патрубка сразу после котла. По такой схеме нагрев воды в ней будет осуществляться максимально быстро.

Для обеспечения максимальной безопасности работы всей системы нужно предусмотреть монтаж следующих компонентов обвязки емкости отопительной системы:

Запорная арматура на всех патрубках;
Манометры и термометры. Датчики температуры должны указывать степень нагрева воды в ёмкости и теплоносителя;
Комплекты 2-х ходовых клапанов для смешивания нагретой воды и теплоносителя из обратной трубы, так можно минимизировать затраты на энергоноситель.

Обслуживание накопительной емкости нужно делать перед каждым отопительным сезоном. Лучше всего разбирать ее полностью для удаления накипи и проверки состояния конструкции. Если же такое невозможно — делается промывка специальными растворами.

В видеоматериале описывается преимущество использования накопительной ёмкости для автономной системы отопления:

Спасибо автору за интересную статью. Сам узнал о теплоаккумуляторах уже после покупки твердотопливного котла, пришлось докупать и ставить уже в готовую систему. Брал бочку торговой марки Термико, производство Украина. Пока впечатления сугубо положительные. Расход дров уменьшился процентов на 25, котел после загрузки дает тепло еще часов 6. Вообщем, значительно удобнее стало натопить дом. Вообщем, советую сразу при покупке смотреть в сторону буферных емкостей.

Выбираем и подключаем теплоаккумулятор для системы отопления с твердотопливным котлом

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.

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.

Конструктивные особенности теплонакопителя

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 антифриз. 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).

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 схемой обвязки 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.

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

Как рассчитать объем теплоаккумулятора

Основным параметром при покупке буферной емкости для твердотопливного котла, а также для самостоятельного изготовлении устройства 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 топливные брикеты своими руками .

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.

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 расход газа .

Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.

Вместо указанных в статье теплоаккумуляторов успешно можно использовать накопительные водонагреватели емкостью от 200 л, включенных параллельно. Теплоаккумуляторы подключаются к отопительному котлу после штатного нагрева дома и (или) угрозы перегрева котла. Это намного дешевле, чем предлагаемые варианты. К тому же ТЭНы водонагревателей могут быть использованы в перерыве работы котла, например, ночью. Это выгодно при многотарифном счетчике. Единственно, при использовании в качестве теплоносителя этилен или пропилен -гликоль из водонагревателей надо удалить магниевый стержень, установленный для смягчения воды. У меня такая система работает четыре года, позволяя даже зимой топить твердотопливный котел раз в сутки. При сильных морозах (от -27) дважды в сутки. Теплоаккумулятором служат три накопительных водонагревателя емкостью каждый 200 л. Каждый водонагреватель обошелся мне в 9700.

Добавить комментарий Отменить ответ

Как вам статья?

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
Расчет буферной емкости
Подбор теплоаккумулятора
Схемы подключения
Заключение

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:

Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

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

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
мощность котла отопления;
предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

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:

Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
m – масса воды в резервуаре, кг;
Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

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.

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.

Схемы подключения

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:

При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

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

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

Заключение

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.

Применение буферной емкости повышает комфорт отопления твердотопливным котлом. Теплоаккумулятор сглаживает скачки энергоотдачи, стабилизирует температуру в помещениях, позволяет делать топки котла значительно реже и с максимальной мощностью, при которой КПД наибольший.

Общие принципы подключения котла

В приведенной ниже схеме отопления дома с буферной емкостью имеется 3 контура:

1. Контур котла или «первичный». В него включены котел, буферная емкость, насос котла со смесительным узлом.
3. Контур горячего водоснабжения. В него входит теплообменник буферной емкости, циркуляционный насос и сантехнические приборы.

Рассмотрим подробно пример схемы отопления дома твердотопливным котлом с буферной емкостью. На ней все вышеуказанные контуры закрытые – работающие под давлением.

Схема подключения котла и буферной емкости

На схеме указано следующее.

Данная система отопления работает под давлением. Поэтому все оборудования для системы под давлением более дорогое.

Режимы работы отопления с буферной емкостью

Различают несколько основных режимов работы приведенной схемы.

1. Разогрев. Жидкость в контуре котла в основном циркулирует между подачей и обраткой. В обратку через смесительный узел подмешивается горячая вода прямо из подачи котла. Режим необходим для поддержания температуры на теплообменнике котла не ниже 55 градусов, чтобы не выпадала роса из газов, которая слишком вредна для металла. Температура жидкости на выходе из котла поддерживается не меньше 65 градусов. За этим следит датчик температуры (поз. 4).
2. Защита от перегрева. Встроенные в котел датчики и смесительный узел, позволяют реализовать естественную циркуляцию жидкости в контуре котла. При остановке циркуляционного насоса и критическом повышении температуры на выходе из котла происходит полное открытие контура в смесительном узле.
Начинается естественная циркуляция и это защищает котел от перегрева при выключенном насосе. Еще один способ защиты котла – обязательная установка бесперебойного электропитания циркуляционного насоса первичного контура.
3. Прямой нагрев теплоаккумулятора. Когда температура жидкости в буферной емкости поднимется больше 65 градусов, смесительный узел открывает обратку на котел только с гидроаккумулятора без подмеса горячей жидкости с подачи котла.
4. Забор тепла на отопительные приборы. При снижении температуры воздуха в комнатах ниже установленного значения происходит включение циркуляционного насоса вторичного контура с помощью автоматики и жидкость начинает циркулировать по вторичному контуру, нагревая радиаторы. Также возможна упрощенная схема регулировки температуры жидкости термоголовкой с датчика установленного на обратке без контроллера. В данной схеме температура может задаваться автоматикой в зависимости от температуры воздуха на улице и в комнатах.

Особенности монтажа отопления с твердотопливным котлом

В данной схеме смесительным узлом котла может быть реализован режим естественной циркуляции жидкости в первичном контуре котла, что предотвратит его перегрев при остановке циркуляционного насоса. Но чтобы реализовать этот режим нужно разместить теплообменник котла ниже средней линии бака.

Также желательно общий наклона обратной трубы от бака до котла сделать в сторону котла. Диаметр применяемых труб желательно не менее 1,5 дюйма.

Приведенная схема отопления твердотопливным котлом с теплоаккумулятором может значительно изменяться в зависимости от конструкции самого теплоаккумулятора.

Популярными вариантами являются также встройка в буферную емкость электрического нагревателя. Это позволяет подогревать жидкость электричеством при необходимости, и получить совмещение твердотопливного и электрического котлов. Как подключить два котла и какую можно получить выгоду читайте здесь.

Можно будет реализовать ночной экономичный режим обогрева электричеством, не топить твердотопливный котел ночью, а также подогревать дом на автоматике до положительной температуры в случае отсутствия людей.

Также в емкости могут быть смонтированы дополнительные теплообменники подключенные к солнечным коллекторам. В южных регионах, согласно расчетам специалистов, применение солнечных коллекторов оправдано.

Популярное решение — подключать отопительные приборы через закрытый теплообменник внутри емкости. Это позволяет сделать контур котла открытым, с атмосферным давлением, что удешевляет всю схему. Котел и буферная емкость не должны быть специального прочного исполнения.

Можно применить простую накопительную емкость вместо мембранного расширительного бака большого объема (не менее 1/10 объема воды).

Вторичный же контур — замкнутый, работает с повышенным давлением, что обеспечивает оптимальные параметры работы как радиаторов, так и системы теплых полов.

Все сложные смесительные узлы в схемах могут быть заменены на собранные самостоятельно на основе трехходового клапана. Автоматика (вычислительный контроллер) может быть удалена или заменена на простую схему «датчик — реле — насос».

Кроме того умельцы реализуют самодельные буферные емкости, которые в разы дешевле от заводских. Отсутствие антикоррозийной обработки компенсируется большой толщиной металла.

Популярная конструкция – емкость объемом на массу жидкости 1т сделанная из нескольких отрезков труб большого диаметра (до 0,8 метра), которые соединены между собой в одну батарею трубопроводами.

Для примера далее рассмотрим схему отопления дома твердотопливным котлом с буферной емкостью, которая работает с атмосферным давлением (открытая схема).

Схема отопления котлом с открытой буферной емкостью

1 — расширительный бак – открытая емкость с поплавком для автоматики;2 — обратный клапан;3 —вентиль;4 — подключение водопровода;5 — котел;6 — печь или камин со встроенным котлом;7 — насос;8 — фильтр;9 — клапан;10 — буферная емкость (теплоаккумулятор);11 — потребитель горячей воды;12 — предохранительный клапан;13 —расширительный бак;14 — редуктор давления;15 — смесительный клапан;16 — термостатический клапан;17 — радиаторы;18 — теплый пол;

Здесь для подогрева используется не только твердотопливный котел но и печь (камин) оборудованная встроенным котлом, которая была весьма популярна ранее. Старые конструкции в доме можно использовать с современным оборудованием.

На этой схеме не реализована защита котла от холодной обратки во время разогрева, что является серьезным недостатком.

Приведенные схемы были рекомендованы к исполнению отдельными производителями отопительного оборудования.

Читайте в статье

Наибольший недостаток твердотопливных котлов – их цикличность: при максимальной загрузке и горении достигается пиковая (часто избыточная) тепловая мощность, которая постоянно снижается до 0 (полное затухание) и возобновляется новой закладкой топлива. Такая цикличность не позволяет обеспечить стабильную, быстро и точно регулируемую систему отопления.

Сгладить неравномерную теплоотдачу ТТ котлов позволяет буферная емкость (она же теплоаккумулятор), накапливающая излишки тепла при пиковой работе котлоагрегата. Однако в выборе и расчете необходимого объема теплоаккумулятора есть немало нюансов.