Основное предназначение и принцип работы
Функционирует емкость в отопительной системе по определенной схеме. Котел нагревает тепловой носитель, которая собрана в буферной емкости. Насосная установка подает горячий носитель из верхней точки емкости к радиаторам. В таком же объеме вода возвращается через обратку в буферное устройство для системы оопления. На насосе можно смонтировать термостат, отвечающий за включение и отключение установки.
Как только температурный режим понизится, котел придется топить снова. Но как быстро произойдет подобное? Если в системе нет буферной емкости, это происходит сразу, и ощущается часа через три. А установленная в системе отопления буферная емкость увеличит объем теплового носителя в несколько раз, значит, и остывание его будет происходить медленней. Как говорится, реальность пользы и экономии денег вполне очевидна.
Главная польза от накопительного бака состоит в обеспечении дополнительной безопасности. Проще говоря, емкость защитит котел и отопительную систему от перегревания во время отключения электрической энергии. В связи с тем, что дрова прогорят не сразу, и циркулирование воды не прекратится, котел перейдет в режим аварийного ожидания. Если отключается электроэнергия, и насосы останавливаются, то в случае подключения буферной зоны с возможностью естественного движения теплоносителя, бак заберет излишки тепловой энергии и не допустит создания аварийной ситуации в системе обогрева.
Естественно, вариант установки буферной емкости для котла отопления – дело затратное по стоимости и расходным материалам. При этом площадь вашей котельной должна быть не менее восьми квадратных метров с потолками не ниже двух с половиной метров.
Как выглядит буферная емкость для отопления
Существуют разные методы расчетов рекомендуемых объемов, но практикой доказано, что на каждый киловатт мощности необходимо создавать запас объема в два – три десятка литров. Получается, что вместительность буферного бака полностью зависит от мощности вашего оборудования.
Но все расходы вам придется понести один раз – потом начнется сплошная экономия.
Как сделать теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками?
Простейшая схема сборки базируется на стальной бочке, если ее нет, можно самостоятельно сварить емкость аналогичной формы из листов нержавейки (толщина материала должна превышать 2 мм). Если используется открытая отопительная система, буферным резервуаром может служить прямоугольный бак из стали, для закрытых вариаций такой вариант не подойдет из-за высокого риска скачков давления.
Теплоаккумулятор для котлов отопления — схема
В качестве нагревательного элемента умельцы используют медную трубку: заготовку длиной 8-15 м и диаметром 2-3 см скручивают в спираль и помещают в резервуар. Сбор тепла будет осуществляться в верхней части емкости: в этой зоне обустраивается отводной патрубок, через который будет выводиться горячая вода, снизу предусматривают такой же элемент для поступления холодной. Чтобы контролировать поступление среды в накопительную зону, на отводы устанавливаются краны.
Бак проверяют на герметичность, если все швы выполнены качественно, приступают к формированию утеплительного слоя. Поверхность бака зачищают, обезжиривают, грунтуют, покрывают термостойкой порошковой краской (здесь она выступает в качестве защиты от коррозии).
Далее заготовку оборачивают рулонной базальтовой ватой, фиксируя ее скотчем или шнуром. Желательно также обернуть бак фольгированной пленкой или листовым металлом. Пенопласт и пенополистирол могут стать объектом интереса грызунов, поэтому не стоит использовать их в качестве утеплителя.
В новых слоях формируют зазоры для отводных патрубков, подключают емкость к системе отопления. Буферный резервуар оснащают термометром, взрывным клапаном и датчиками давления, позволяющими управлять степенью прогревания среды.
Завершающий этап
Последними действиями перед началом эксплуатации будут:
- Зачистка, грунтовка и покраска внутренней стороны бака. Грунтовать и красить следует несколько раз.
- После подключаются заранее подготовленные змеевики (теплообменники).
- Проверяется герметичность и надёжность конструкции. Это делается при помощи подачи воды под давлением.
- Красится бак с наружной стороны.
- Устанавливается теплоизоляционный материал. На заранее подготовленные крепления монтируется наружная обшивка из листовой оцинкованной стали.
Если есть возможность доверить это дело профессионалам или купить заводскую буферную ёмкость – лучше так и сделать. Так как самостоятельное её производство требует большого опыта работы со сваркой и навыков в тепло- и гидротехнике. К тому же на это потребуется немало ресурсов, сил и времени.
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. https://www.youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew
Расчет емкости теплоаккумулятора
Методика, по которой производится расчет, может быть разной в зависимости от схемы применения. Вот примерная схема подсчетов:
- Определение максимальной загрузки топлива. Например, в топку вмещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт·ч энергии. Таким образом, при сжигании одной закладки дров котел отдаст 20·3,5=70 кВт·ч тепла. Время, за которое сгорает полная закладка, можно определить опытным путем или рассчитать. Если мощность котла, например, 25 кВт 70:25=2,8 ч.
- Температура теплоносителя в отопительной системе. Если система уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери.
- Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.
Расчет теплоаккумулятора
Если за час теплопотери помещения, например, составляют 6,7 кВт, то за сутки это составит 160, кВт. В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определено выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт·ч тепловой энергии.
Потребность на обогрев дома 6.7·3=20,1 кВт·ч, запас аккумулирующего бака составит 70-20,1=49,9, то есть примерно 50 кВт·ч. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 ч. Значит на сутки требуется две полных заклаки и одна неполная.
Исходя из этих расчетов, рассмотрев несколько вариантов, останавливаемся на таком: в 23 часа делается неполная загрузка, в 6.00 и 18.00 – полная. Если начертить график уровня заряда теплоаккумулятора, видно, что максимальный заряд приходится на 60 кВт·ч в 9 утра.
Так как 1 кВт·ч=3600 кДж, запас должен составить 60·3600=216000 кДж тепловой энергии. Запас по температуре (разность максимального показателя воды и необходимого показателя подачи) 95-57=38°С. Теплоемкость воды 4,187 кДж. Таким образом, 216000/(4,187·38)=1350 кг. В этом случае необходимый объем теплоаккумулятора составит 1,35 м3.
Рассмотренный пример дает общее представление о том, как производится расчет емкости аккумулирующего бака. В каждом отдельном случае необходимо учитывать особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.
Особенности установки теплоаккумулятора
Перед установкой оборудования должен быть составлен детальный проект. Необходимо учесть все требования производителей отопительного оборудования. При установке накопительного резервуара должны соблюдаться следующие правила:
- Поверхность емкости должна иметь надежную теплоизоляцию.
- На входе и выходе должны быть установлены термометры для контроля температуры воды.
- Объемные баки чаше всего не вписываются в дверной проем. Если нет возможности внести резервуар до окончания строительства, придется использовать разборный вариант или несколько баков поменьше.
- На входной трубе желательно наличие фильтра грубой очистки.
- Рядом с резервуаром должны быть вмонтированы предохранительный клапан и манометр. В самом баке также должен быть воздухоотводящий клапан.
- Должна быть предусмотрена возможность слива воды из бака.
Использование теплоаккумулятора в системе с твердотопливным котлом увеличивает эффективность работы теплогенератора и срок его службы, а также позволяет более экономно расходовать топливо. Возможность более редкой закладки топлива делает пользование отопительным котлом удобнее для потребителя. Расчет необходимой емкости аккумулирующего резервуара должен учитывать тип котла, особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.
Несмотря на простоту устройства, и очевидность пользы от использования теплоаккумуляторов, данный вид оборудования пока не очень распространен. В этой статье мы постараемся рассказать о том, что такое аккумулятор тепла и преимущества, которые приносит его использование в системах отопления.
Место теплоаккумулятора в системе отопления
Отопительная техника на твердом топливе удобна, практична и эффективна. Особенно возможности современных твердотопливных котлов оценили по достоинству жители загородных домов и коттеджей. Монтаж автономной системы отопления с использованием нагревательных приборов на угле или на дровах вполне осуществить своими силами. Тем более что на установку твердотопливных агрегатов не требуется разрешения. Все основные элементы отопительного комплекса, кроме самого нагревательного агрегата и ряда контролирующих механизмов, можно собрать и сделать самостоятельно. Главное знать, что и для чего монтируется, с какой целью!
К тому же возможность сделать некоторые приспособления и механизмы собственноручно, позволит вам сэкономить значительные средства. Теплоаккумулятор является как раз тем устройством, которое можно соорудить самостоятельно, учитывая тот факт, что заводские изделия достаточно дорогие.
Грамотные рекомендации специалистов, дополнительные источники технической информации подскажут вам, как изготовить теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками. Соблюдение определенных требований и условий при изготовлении обеспечит вам необходимую надежность и работоспособность механизмов. Перед тем как приступить к рабочему процессу, следует ознакомиться с устройством накопителя тепла.
Значение устройства
Понять конструкцию теплового накопителя можно только после того, как определимся со значением и местом этого агрегата в системе отопления. По своей конструкции теплоаккумулятор является термосом, т.е. специальной емкостью, куда поступает нагретый теплоноситель. В течение определенного времени котловая вода, накопленная в емкости, сохраняет заданные температурные параметры. При уменьшении интенсивности горения в котле, или в случае его остановки, теплоноситель из бака будет поступать в систему отопления, продолжая поддерживать температуру в радиаторах на определенном уровне.
За счет присутствия в системе теплового накопителя стало возможным не только добиться сбалансированного теплоснабжения отопительного контура, но и обеспечить существенную экономию топлива. Теплоаккумулятор, включающийся в работу при снижении мощности котла, увеличит промежуток времени между загрузками топлива. К тому же такой принцип работы предоставит вам больше свободы, освободив от необходимости частого подкидывания топлива в котел.
Анализ конструкции теплового аккумулятора
Принцип работы устройства определяет и саму конструкцию. Обычно заводские приборы представляют собой цельную просторную металлическую емкость, внутри которой расположены дополнительные теплообменники. Как правило, такие изделия имеют спиральную, змеевидную форму, повторяя цилиндрическую конфигурацию основного устройства.
В каждом отдельном случае, в зависимости от мощности отопительного агрегата и от требований к системе отопления, количество дополнительных теплообменных контуров может быть разным. Нужный объем теплоаккумулятора определяется путем несложных расчетов, о которых поговорим позже.
Такое количество теплообменников объясняется не только одним желанием снять как можно больше тепла в момент пиковой нагрузке твердотопливного котла, но и технической целесообразностью. Один змеевик может использоваться для снятия избыточной тепловой энергии с котла, другой теплообменник используется для сохранения теплоносителя нужной температуры, идущего в отопительный контур. Третий змеевик, если таковой есть, предусмотрен для обеспечения жителей дома горячим водоснабжением.
Глядя на конструкцию агрегата, можно подытожить преимущества установки подобного приспособления. А они следующие:
- накопление тепловой энергии, расходуемой при сжигании топлива на другие цели и нужды;
- экономия топлива;
- экономия личного времени обитателей дома, расходуемого на обслуживание котельного оборудования;
- техническая возможность объединить в одну систему разные источники тепла;
- увеличение КПД твердотопливного агрегата до высоких значений;
- предохранительная функция, защита оборудования от перегрева;
- возможность регулировать температуру нагрева теплоносителя в отопительном контуре.
Выбираем теплоаккумулятор
ТА выбирают проектируя систему отопления. Правильно подобрать теплоаккумулятор помогут инженеры-теплотехники. Но, если невозможно воспользоваться их услугами, придется выбирать самостоятельно. Сделать это не трудно.
Теплоаккумулятор для твердотопливного котла
Главными критериями при подборе этого устройства принято считать следующие :
- давление в системе отопления;
- объем буферной емкости;
- наружные размеры и вес;
- оснащение дополнительными теплообменниками;
- возможность установки дополнительных устройств.
Напор воды (давление) в системе отопления — основной показатель. Чем он выше, тем теплее в обогреваемом помещении
Учитывая этот параметр, при выборе теплоаккумулятора для твердотопливных котлов обращается внимание на максимальное давление, которое он способен выдерживать. Теплоаккумулятор для твердотопливного котла, показанный на фото, изготовлен из нержавеющей стали, выдерживает высокое давление воды
Объем буферной емкости
От него зависит способность накопления тепла для системы отопления при работе. Чем он больше, тем больше тепла накопится в емкости. Здесь нужно учитывать, что повышать предел до бесконечности бессмысленно. Но если воды будет меньше нормы, устройство просто не будет выполнять возложенную на него функцию накопления тепла. Поэтому для правильного выбора теплоаккумулятора придется сделать расчет его буферной емкости. Чуть позднее будет показано, как он выполняется
Объем буферной емкости. От него зависит способность накопления тепла для системы отопления при работе. Чем он больше, тем больше тепла накопится в емкости. Здесь нужно учитывать, что повышать предел до бесконечности бессмысленно. Но если воды будет меньше нормы, устройство просто не будет выполнять возложенную на него функцию накопления тепла. Поэтому для правильного выбора теплоаккумулятора придется сделать расчет его буферной емкости. Чуть позднее будет показано, как он выполняется.
Наружные размеры и вес. Это тоже важные показатели при выборе ТА. Особенно в уже построенном доме. Когда расчет теплоаккумулятора для отопления произведен, доставка к месту установки осуществлена, возможно возникновение проблемы с самой установкой. По габаритным размерам он может просто не вписаться в стандартный проем двери. Помимо этого, ТА большой емкости (от 500 л.) устанавливаются на отдельный фундамент. Массивное устройство, заполненное водой станет еще тяжелее. Эти нюансы нужно учитывать. Но выход найти легко. В этом случае приобретается два теплоаккумулятора для твердотопливных котлов с суммарным объемом буферных емкостей, равным расчетному для всей системы отопления.
Оснащение дополнительными теплообменниками. При отсутствии в доме системы ГВС, собственного контура подогрева воды в котле, лучше сразу приобрести ТА с дополнительными теплообменниками. Для проживающих в южных районах полезным будет подключение солнечного коллектора к ТА, что станет дополнительным бесплатным источником тепла в доме. Простой расчёт системы отопления покажет, сколько дополнительных теплообменников желательно иметь в теплоаккумуляторе.
Возможность установки дополнительных устройств. Здесь подразумевается установка ТЭНов (трубчатых электрических нагревателей), КИП (контрольно-измерительных приборов), предохранительных клапанов и других устройств, обеспечивающих бесперебойную и безопасную работу буферной емкости в устройстве. Например, в случае аварийного затухания котла, температуру в системе отопления будут поддерживать ТЭНы. В зависимости от объема обогрева помещений комфортной температуры они могут не создать, но размораживание системы предотвратят обязательно
Наличие КИП позволит своевременно обратить внимание на возможные неполадки, возникшие в системе отопления
Важно
Выбирая теплоаккумулятор для отопления заостряйте внимание на его теплоизоляцию. От нее зависит сохранение полученного тепла
Разнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиент
Дело в том, что при любой схеме внутри буферной емкости так или иначе образуется температурный градиент (разница в температурном напоре по высоте). Появляется возможность подключения контуров системы отопления, требующих различных температурных режимов. Это существенно облегчает окончательное термостатическое регулирование теплообменных приборов (радиаторов или «теплых полов»), с минимальными ненужными потерями энергии и снижением нагрузки на регулирующие устройства.
Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов
Теперь можно рассмотреть основные схемы установки теплоаккумуляторов в систему отопления.
| Иллюстрация | Краткое описание схемы |
|---|---|
 | Температурный режим и давление одинаковы в котле и в контурах отопления. Требования к теплоносителю совпадают. На выходе из котла и в ТА поддерживается постоянная температура. На приборах теплообмена регулировка ограничивается только количественным изменением проходящего через них теплоносителя. |
 | Подключение в самому теплоаккумулятору, в принципе, повторяет первую схему, но регулировка режимов работы теплообменных приборов осуществляется по качественном принципу – с изменением температуры теплоносителя. Для этого в схему включены термостатические узлы смешения, например, трехходовые клапаны. Такая схема позволяет наиболее рационально использовать накопленный теплоаккумулятором потенциал, то есть его «заряда» хватит на более продолжительное время. |
 | Такая схема, с циркуляцией теплоносителя в малом контуре котла через встроенный теплообменник, применяется, когда давление в этом контуре превышает допустимое в приборах отопления или в самой буферной емкости. Второй вариант – в котле и в контурах отопления применены разные теплоносители. |
 | Исходные условия аналогичны схеме №3, но применен внешний теплообменник. Возможные причины такого подхода: – площади теплообмена встроенного «змеевика» недостаточно для поддержания требуемой температуры в телоаккумуляторе. – ранее уже был приобретён ТА без внутреннего теплобменника, а модернизация системы отопления потребовала именно такого подхода. |
 | Схема с организацией проточного обеспечения горячей водой через встроенный спиралевидный теплообменник. Рассчитана на равномерное потребление горячей воды, без пиковых нагрузок. |
 | Такая схема, с использованием теплоаккумулятора со встроенным баком, рассчитана на пиковое потребление горячей воды, но не отличающееся высокой положительностью. После расходования созданного запаса и, соответственно, заполнения ёмкости холодной водой, нагрев до требуемой температуры может занять достаточно много времени. |
 | Бивалентная схема, позволяющая задействовать в системе отопления дополнительный источник тепловой энергии. В данном случае упрощенно показан вариант с подключением солнечного коллектора. Этот контур подключается к теплообменнику в нижней части теплоаккумулятора. Обычно подобная система рассчитывается таким образом, что основным источником является именно солнечный коллектор, а котел включается по мере необходимости, для догрева, при недостаточности энергии от основного. Солнечный коллектор, конечно, не догма – на его месте может быть и второй котел. |
 | Схема, которую можно назвать мультивалентной. В данном случае показано применение трех источников тепловой энергии. В роли высокотемпературного выступает котел, который, опять же, может играть лишь вспомогательную роль в общей схеме нагрева. Солнечный коллектор – по аналогии с предыдущей схемой. Кроме того, используется еще один низкотемпературный источник, который, вместе с тем отличается стабильностью и независимостью от погоды и времени суток – геотермальный тепловой насос. Чем меньше температурный напор из подключенного источника энергии, тем ниже место его подключения к теплоаккумулятору. |
Безусловно, схемы даны в очень упрощенном виде. А на деле подключение теплоаккумулятора в сложные, разветвленные системы, с различными контурами отопления, да еще и получающие нагрев от источников различной мощности и температуры, требуют высокопрофессионального проектирования с инженерными теплотехническими расчетами, с применением множества дополнительных регулировочных устройств.
Один из примеров – показан на рисунке:
