Теплоаккумулятор - агрегат для собирания и увеличения тепла с целью его дальнейшего применения. Устройство используется в частных домах, квартирах, на предприятиях, а также для предпускового прогрева двигателей. Аккумулятор тепла для системы отопления позволяет уменьшить энергетические затраты на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Агрегаты устанавливаются в обвязку твердотопливного котла либо подключаются в гелиосистему.

Назначение агрегата

Работа твердотопливного котла в системе отопления представляет собой некоторую цикличность. Сначала в него закладывают топливо, разжигают, а затем котел постепенно выходит на максимальную мощность и передает тепловую энергию через теплоноситель в систему отопления.

Закладка дров постепенно прогорает, теплоотдача уменьшается, и теплоноситель остывает. В период пиковой мощности часть тепловой энергии остается невостребованной, а во время догорания топлива ее, наоборот, будет недостаточно. Для повторения цикла следует опять осуществить закладку твердого топлива.

Частично эту проблему может решить пиролизный котел длительного горения, но во время его работы часто не совпадают пики выработки и потребления тепловой энергии. Для разрешения такой ситуации устанавливается энергоаккумулятор для системы отопления, который известен как буферная емкость или тепловой накопитель.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

В основу действия этого агрегата заложена высокая теплоемкость воды. Если в период максимальной мощности котла нагреть некоторое количество воды, тогда впоследствии ее энергетический потенциал можно будет использовать для нужд отопления.

Например, вода при остывании на 1° C может нагреть 1 м³ воздуха на 4° C. Самый простой теплоаккумулятор для котлов отопления представляет собой вертикальную емкость с четырьмя врезанными в разные стороны патрубками. Существуют теплонакопители с разнообразными аккумулирующими материалами:

С одной стороны корпуса два патрубка подсоединяются к трубопроводам котла, а с другой - к системе отопления. После запуска нагревателя циркуляционный насос начинает прокачивать теплоноситель через буферный бак.

В нижнюю часть накопителя поступает холодный теплоноситель, а в верхнюю - горячий. Из-за существенной разницы в плотности вода перемешиваться не будет, а горячий теплоноситель постепенно заполнит всю емкость.

Обычно объем термоаккумулятора для отопления рассчитывается таким образом, чтобы одной закладки топлива хватило для полного заполнения емкости горячей водой. То есть вся энергия котла, исключая потери, преобразуется в тепловую, которая будет накоплена в аккумуляторной емкости.

Теплоизоляция позволяет сохранять высокую температуру воды в течение длительного времени. Когда котел перестает работать, система обогрева продолжает функционировать. Благодаря насосу горячая вода из аккумулятора поступает в трубопроводы и приборы отопления дома.

На место горячего теплоносителя в буферную емкость через нижний патрубок из обратной линии трубопровода снова поступает остывшая вода. При использовании электрического котла схему отопления с теплоаккумулятором можно использовать в ночное время, когда действует льготный тариф.

Схемы котельных с теплоаккумулятором

Все накопители представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары. Отличаются они друг от друга только элементами, расположенными внутри конструкции. Существует несколько типов термоаккумуляторов:

Все подобные конструкции могут выпускаться в различных вариациях в зависимости от сложности схемы отопления, количества и видов используемых нагревателей и водяных контуров. Сложные устройства легко определить по многочисленным патрубкам, выходящим из емкости.

Теплоаккумулятор или Буферная емкость. И зачем он нужен. Storage tank or buffer capacity principle

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Мы продолжаем наш цикл статей темой, которая будет интересна тем, кто отапливает свое жилье твердотопливными котлами. Мы расскажем про теплоаккумулятор для котлов отопления (ТА) на твердом топливе. Это действительно нужный прибор, позволяющий сбалансировать работу контура, сгладить перепады температуры теплоносителя при этом еще и сэкономить. Сразу отметим, что теплоаккумулятор для электрокотлов отопления применяется только в том случае, если в доме стоит электросчётчик с раздельным подсчетом ночной и дневной энергии. В противном случае установка теплоаккумулятора для газовых котлов отопления не имеет никакого смысла.

Как работает система отопления с теплоаккумулятором

Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.

Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.

• ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
• затем вода поступает по трубам в радиаторы;
• обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.

Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.

Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.

После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.

Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:

• увеличивается время прогрева помещения;
• больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
• более высокие расходы на монтаж.

Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.

В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:

• низкотемпературного отопления (теплый пол).

Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.

В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:

• электросеть;
• солнечные батареи.

Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.

Схемы обвязки теплового аккумулятора

Осмелимся предположить, что если вы заинтересовались этой статьей, то, скорее всего, решили сделать тепловой аккумулятор для отопления и его обвязку своими руками. Схем подключения можно придумать много, главное, чтобы все работало. Если вы правильно понимаете процессы, происходящие в контуре, то вполне можете поэкспериментировать. То, как вы подключите ТА к котлу, повлияет на работу всей системы. Давайте для начала разберем самую простую схему отопления с теплоаккумулятором.

Простая схема обвязки ТА

На рисунке вы видите направление движений теплоносителя. Обратите внимание на то, что движение обратки вверх запрещено. Чтобы этого не происходило, насос между ТА и котлом должен прокачивать большее количество теплоносителя, нежели тот, который стоит до резервуара. Только в таком случае будет образовываться достаточная втягивающая сила, которая будет отбирать часть тепла из подачи. Минус такой схемы подключения – это длительное время разогрева контура. Чтобы его сократить, нужно создать кольцо прогрева котла. Его вы можете увидеть на следующей схеме.

Схема обвязки ТА с контуром прогрева котла

Суть контура разогрева заключается в том, что термостат не подмешивает воду из ТА до тех пор, пока котел не прогреет ее до установленного уровня. Когда котел разогрелся, часть подачи уходит в ТА, а часть перемешивается с теплоносителем из резервуара и поступает в котел. Таким образом, нагреватель всегда работает с уже нагретой жидкостью, что увеличивает его КПД и время разогрева контура. То есть батареи станут теплыми быстрее.

Такой метод установки теплоаккумулятора в систему отопления позволяет использовать контур в автономном режиме, когда насос работать не будет. Обратите внимание, что на схеме показаны только узлы подключения ТА к котлу. Циркуляция теплоносителя к радиаторам происходит по-другому контру, который также проходит через ТА. Наличие двух байпасов позволяет перестраховаться дважды:

• обратный клапан включается в работу, если насос остановлен и шаровой кран на нижнем байпасе перекрыт;
• в случае остановки насоса и поломки обратного клапана циркуляция осуществляется через нижний байпас.

В принципе, в такую конструкцию можно внести некоторые упрощения. Учитывая тот факт, что у обратного клапана высокое сопротивление потока, его можно исключить из схемы.

Схема обвязки ТА без обратного клапана для гравитационной системы

При этом, когда пропадет свет, нужно будет вручную открыть шаровой кран. Следует сказать, что при такой разводке ТА должен находиться выше уровня радиаторов. Если вы не планируете, что система будет работать самотеком, то обвязку системы отопления с теплоаккумулятором можно выполнить по схеме, указанной ниже.

Схема обвязки ТА для контура с принудительной циркуляцией

В ТА создается правильное движение воды, что позволяет шар за шаром, начиная с верхнего, прогревать ее. Возможно, возникнет вопрос, что делать, если не станет света? Об этом мы рассказывали в статье об . Это будет экономнее и удобнее. Ведь гравитационные контуры выполняются из труб большого сечения, к тому же должны соблюдаться не всегда удобные уклоны. Если посчитать цену труб и фитингов, взвесить все неудобства монтажа и сравнить это все с ценой ИБП, то идея установки альтернативного источника питания станет очень привлекательной.

Расчет объёма накопителя тепла

Объем теплоаккумулятора для отопления

Как мы уже упомянули ТА маленького объёма использовать нецелесообразно, при этом слишком большие резервуары также не всегда уместны. Вот и назрел вопрос о том, как рассчитать нужный объём ТА. Очень хочется дать конкретный ответ, но, к сожалению, его не может быть. Хотя приблизительный расчет теплоаккумулятора для отопления все же есть. Допустим, вы не знаете, какие теплопотери вашего дома и узнать не можете, например, если он еще не построен. Кстати, чтобы сократить теплопотери, нужно . Подобрать бак можно исходя из двух величин:

• площадь отапливаемого помещения;
• мощность котла.

Методы расчета объёма ТА: площадь помещения х 4 или мощность котла х 25.

Именно эти две характеристики являются определяющими. Разные источники предлагают свой способ расчета, но по факту эти два метода тесно взаимосвязаны. Предположим мы решили рассчитать объем теплоаккумулятора для отопления, отталкиваясь от площади помещения. Для этого нужно квадратуру отапливаемого помещения умножить на четыре. К примеру, если у нас есть маленький дом в 100 м кв, то понадобится бак 400 литров. Такой объём позволит сократить загрузку котла до двух раз в сутки.

Несомненно, и так есть пиролизные котлы, в которые закладывается топливо дважды в сутки, только в этом случае принцип работы немного отличается:

• топливо разгорается;
• уменьшается подача воздуха;
• начинается процесс тления.

В этом случае, когда топливо разгорается, температура в контуре начинает интенсивно повышаться, а потом тление поддерживает воду тёплой. Во время этого самого тления много энергии улетучивается в трубу. Помимо этого если твердотопливный котел работает в тандеме с негерметичной системой отопления, то при пиковой температуре расширительный бак иногда закипает. В нем в прямом смысле слова начинает кипеть вода. Если трубы сделаны из полимеров, тогда это просто губительно для них.

В одной из статей про ТА забирает часть тепла и бак может закипеть только после того, как резервуар зарядится полностью. То есть возможность закипания, при правильном объёме ТА, стремится к нолю.

Теперь попробуем рассчитать объём ТА, исходя из количества киловатт в нагревателе. Кстати, этот показатель рассчитывается на основании квадратуры помещения. На 10 м берется 1 кВт. Выходит, что в доме 100 м кв должен стоять котел минимум в 10 киловатт. Так как расчет всегда делается с запасом, то можно предположить, что в нашем случае будет стоять 15 киловаттный агрегат.

Если не учитывать количество теплоносителя в радиаторах и трубах, то один киловатт котла может нагревать приблизительно 25 литров воды в ТА. Поэтому и расчет будет соответствующим: нужно мощность котла умножить на 25. В итоге мы получим 375 литров. Если сравним с предыдущим расчетом, то результаты очень близки. Только это с тем учетом, что мощность котла будет рассчитываться с зазором хотя бы в 50%.

Помните, чем больше ТА, тем лучше. Но в этом деле, как и в любом другом, нужно обходиться без фанатизма. Если вы поставите ТА на две тысячи литров, то нагреватель просто не справиться с таким объёмом. Будьте объективны.

Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость) представляет собой устройство, обеспечивающее накопление и сохранение тепла в течение длительного времени для его дальнейшего использования. Простейшим примером накопителя тепла служит обычный бытовой термос. В качестве еще одного примера можно назвать обычную печь из кирпича, которая нагревается при сжигании в ней топлива, а после окончания топки печь еще несколько часов продолжает отдавать тепло, обогревая помещение.

Использование буферной емкости в системах отопления и горячего водоснабжения обеспечивает бесперебойную подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам независимо от того, работает ли котел в данный момент или нет.

Тепловой аккумулятор позволяет также повысить эффективность работы всей системы, увеличить ресурс оборудования и значительно снизить расход энергоресурсов на обогрев помещений и ГВС.

Наибольший эффект от применения ТА заметен в системе, работающей на основе твердотопливного обогревательного котла. Это позволяет добиться значительной экономии топлива (до 25-30%) и увеличить КПД котла до 85%.

Приобрести готовый бак-аккумулятор можно в магазине либо изготовить его самостоятельно. При этом важно правильно рассчитать его емкость и другие технические параметры, а также правильно подключить буферный накопитель к системе отопления.

В этой статье:

Конструктивные особенности теплонакопителя

Чертеж бака-аккумулятора

Основным элементом любого ТА является термоаккумулирующий материал, обладающий высокой теплоемкостью.

В зависимости от вида применяемого материала теплоаккумуляторы для котла могут быть:

• твердотельные;
• жидкостные;
• паровые;
• термохимические;
• с дополнительным нагревательным элементом и т.д.

Для отопления и горячего водоснабжения частных домов применяются бак-аккумуляторы горячей воды, где в качестве термоаккумулирующего элемента выступает именно вода, обладающая высокой удельной теплоемкостью.

Вместо воды иногда используют , предназначенный для систем отопления дома.

Примером водяного ТА с дополнительным электронагревательным элементом для системы горячего водоснабжения может служить современный накопительный водонагреватель.

Обычный аккумулятор тепловой энергии представляет собой герметичный металлический бак различного объема (от 200 до 5000 литров и более), как правило, цилиндрической формы, заключенный в наружную оболочку (корпус).

Между баком и внешней оболочкой находится утепляющий слой из теплоизолирующего материала.

В верхней и нижней частью бака имеются по два патрубка для подключения к отопительному котлу и к самой системе отопления.

В донной части обычно находится дренажный кран для слива жидкости, а сверху располагается предохранительный клапан для автоматического стравливания воздуха при повышении давления внутри буферного бака. Также могут иметься фланцы для подключения датчиков давления и температуры (термометра).

Трубчатые электронагреватели

Иногда внутри буферной емкости может быть установлен один или несколько дополнительных нагревателей различного типа:

• электронагреватель (ТЭН);
• и/или теплообменник (змеевик), подключаемый к дополнительным источникам тепла (солнечные коллекторы, тепловые насосы и пр.).

Основной задачей этих нагревателей является поддержание необходимой температуры нагрева рабочей жидкости внутри ТА.

Также внутри бака может располагаться теплообменник ГВС, обеспечивающий подачу горячей воды за счет ее нагрева рабочей жидкостью системы отопления.

Принцип работы бака-аккумулятора

Схема отопления с теплоаккумулятором

Принцип действия ТА для твердотопливного котла основан на высокой удельной емкости рабочей жидкости (воды или антифриза). За счет подключения бака объем жидкости увеличивается в несколько раз, вследствие чего повышается инерционность системы.

При этом максимально нагретый котлом теплоноситель сохраняет в ТА свою температуру в течение длительного времени, поступая по мере необходимости к приборам обогрева.

Так обеспечивается непрерывная работа системы отопления даже при прекращении сжигания топлива в котле.

Рассмотрим порядок работы системы с твердотопливным котлом и принудительной подачей теплоносителя.

Для запуска системы включается циркуляционный насос, установленный в трубопроводе между котлом и теплоаккумулятором.

Холодная рабочая жидкость из нижней части ТА подается в котел, нагревается в нем и поступает в его верхнюю часть.

В связи с тем, что удельный вес горячей воды меньше, она практически не смешивается с холодной водой и остается в верхней части буферной емкости, постепенно заполняя ее внутреннее пространство за счет отбора насосом холодной воды в котел.

При включении циркуляционного насоса, установленного в обратной магистрали системы между приборами отопления и аккумуляторным баком, холодный теплоноситель начинает поступать в нижнюю часть ТА, вытесняя горячую воду из верхней его части в подающую магистраль.

При этом горячая рабочая жидкость поступает ко всем приборам отопления.

Необходимый объем тепла для обогрева помещений может автоматически регулироваться комнатным датчиком температуры, который управляет работой трехходового клапана, установленного на выходе ТА в подающей магистрали. При достижении в комнате заданной температуры датчик выдает управляющий сигнал на клапан, который срабатывает и ограничивает подачу горячего теплоносителя в систему, перенаправляя его обратно в ТА.

После сгорания топлива в котле горячий теплоноситель из аккумулирующей емкости продолжает поступать в систему по мере необходимости, пока остывшая рабочая жидкость из обратной магистрали полностью не заполнит его внутренний объем.

Схема ГВС с баком-аккумулятором

Время работы ТА при неработающем котле может составлять достаточно продолжительное время. Это зависит от температуры наружного воздуха, объема буферной емкости и количества обогревательных приборов в системе отопления.

Для сохранения тепла внутри теплоаккумулятора бак подвергается теплоизоляции.

Также для этого могут использоваться дополнительные источники тепла в виде встраиваемых электронагревателей (ТЭНов) и/или теплоносителей (змеевиков), подключаемых к другим источникам тепла (электро- и газовые котлы, солнечный коллектор и пр.).

Встроенный в бак теплоноситель для ГВС обеспечивает нагрев холодной воды, подаваемой через него из водопроводной системы. Тем самым он играет роль проточного водонагревателя, обеспечивая потребности хозяев дома в горячей воде.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

1. Обогревательный котел.
2. Тепловой аккумулятор.
3. Отопительные приборы (радиаторы).
4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

• для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
• для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Что учитывать при покупке

Выбор накопителя тепла для отопления

При выборе теплового аккумулятора для индивидуального отопления дома необходимо учитывать объема бака и его технические параметры, которые должны соответствовать параметрам котла и всей системы отопления.

К ним, в частности, относятся:

1. Габаритные размеры и вес устройства, которые должны обеспечить возможность его установки. В случае, когда невозможно найти подходящее место в доме для бака с нужной емкостью, допускается замена одного бака на несколько буферных емкостей размером поменьше.

2. Максимальное давление рабочей жидкости в системе отопления. От этого значения зависит форма буферной емкости и толщина ее стенок. При давлении в системе до 3 бар форма бака не имеет особого значения, но при возможном повышении этого значения до 4-6 бар необходимо использовать емкости тороидальной формы (со сферическими крышками).

3. Максимальная допустимая температура рабочей жидкости, на которую рассчитан ТА.

4. Материал аккумулирующего бака для системы отопления. Обычно их делают из углеродистой мягкой стали с влагостойким покрытием или из нержавеющей стали. Емкости из нержавейки отличаются наиболее высокими антикоррозийными свойствами и долговечностью в эксплуатации, правда стоят дороже.

5. Наличие или возможность установки :

• электронагревателей (ТЭНов);
• встроенного теплообменника, для подключения к ГВС, что обеспечивает подачу в дом горячей воды без дополнительных водонагревателей;
• дополнительных встроенных теплообменников для подключения к другим источникам тепла.

Сравнение популярных моделей

Выпуском бак-аккумуляторов тепла занимается множество отечественных и зарубежных производителей. Приведем сравнительную таблицу некоторых моделей российских и иностранных моделей емкостью 500 литров.

Модель	NIBE BU-500.8	Reflex PFH-500	ACV AK 500	Meibes PSX-500	Сибэнерго-терм	PROFBAK ТА-ВВ-500
Страна-производитель	Швеция	Германия	Бельгия	Германия	Россия	Россия
Объем бака, л.	500	500	500	500	500	500
Высота, мм	1757	1946	1790	1590	2000	1500
Диаметр, мм	750	597	650	760	700	650
Вес, кг	145	115	150	120	165	70
Мах рабочее давление, бар	6	3	5	3	6	3
Мах рабочая температура, °C	95	95	90	95	90	90
Подключение к ГВС	опция	нет	нет	нет	нет	опция
Дополнительный нагрев	опция	нет	опция	нет	нет	ТЭН 1,5 кВт
Примерная стоимость, руб.	43 200	35 100	53 200	62 700	28 500	55 800

Данная таблица наглядно показывает, что цена накопительного бака для отопления с примерно одинаковыми параметрами может находиться в достаточно широких пределах.

Главным образом стоимость зависит от материала (углеродистая сталь или нержавейка), ее формы (обычная или тороидальная), а также наличия дополнительных опций или возможности их установки.

Расчет объема емкости

Основным параметром при покупке буферной емкости для твердотопливного котла, а также для является емкость теплоаккумулятора, напрямую зависящая от мощности обогревательного котла.

Существуют различные методики расчета, основанные на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом (примерно 2-3,5 часа).

Соблюдение этого условия позволяет получить максимальный КПД котла с максимальной экономией топлива.

Самый простой способ расчета предусматривает, что одному киловатту мощности котла должно соответствовать не менее 25 литров объема подключаемой к нему буферной емкости.

Таким образом, при мощности котла 15 кВт емкость бака-аккумулятора должна быть не менее: 15*25=375 литров. При этом емкость лучше выбирать с запасом, в данном случае – 400-500л.

Существует и такая версия: чем больше емкость бака, тем эффективнее будет работать система отопления и тем больше получится сэкономить топлива. Однако эта версия накладывает ограничения: поиск свободного места в доме под установку теплового аккумулятор больших размеров, а также технические возможности самого котла отопления.

Объемы емкости теплоносителя имеют верхний предел: не более 50 литров на 1кВт. Таким образом, максимальный объем накопительного бака при мощности котла 15 кВт не должен превышать: 15*50=750 литров.

Очевидно, что использование ТА объемом 1000 литров или более для котла мощностью 10кВт вызовет дополнительный расход топлива для нагрева до нужной температуры такого объема рабочей жидкости.

Это приведет к значительному увеличению инерционности всей системы отопления.

Чтобы обеспечить домашнюю котельную экологически чистым топливом, рекомендуем научиться изготавливать .

Твердотопливные котлы сложнее перевести на автоматический режим работы. Такие «умные» электрические устройства, как GSM модуль, помогают сделать систему отопления более-менее саморегулируемой. Перейти к .

Преимущества и недостатки буферной емкости

Буферная емкость для котла

К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:

• максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
• обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
• удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
• автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
• возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
• обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
• возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.

К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:

• повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
• необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
• большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
• достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).

Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.

В интерьере
Установка
1-ый этаж
Мансарда
Подвал
Сечение

Использование теплового аккумулятора экономически выгодно не только для твердотопливных котлов, но и для электрических или газовых систем обогрева.

В случае с электрокотлом , ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.

Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший .

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

При использовании газового котла у нас нет необходимости самостоятельно поддерживать определенную температуру в контуре отопления – этим занимается автоматика. Но все меняется, когда в доме ставится твердотопливный котел. Топливо в нем горит неравномерно, что приводит к остыванию или перегреву отопительной системы. Компенсировать данные колебания и стабилизировать температуру в контуре поможет теплоаккумулятор для отопления. Вместительный накопительный бак сможет удержать в себе избыток тепловой энергии, постепенно отдавая его в систему отопления.

В этом обзоре мы рассмотрим:

• Как работают теплоаккумуляторы для систем отопления;
• Как рассчитать необходимый объем аккумуляторного бака;
• Как подключаются накопительные емкости;
• Самые популярные модели тепловых накопителей.

Пройдемся по этим пунктам более подробно.

Принцип действия теплоаккумуляторов

Если установить в доме твердотопливный котел, возникнет суровая необходимость в регулярном подкладывании все новых порций дров. Все дело в ограниченном объеме камеры сгорания – она не может вместить в себя безлимитное количество поленьев. Да и систем их автоматической подачи еще не придумали, если не брать в расчет пеллетные котлы с автоматикой. Иными словами, за работой системы отопления придется следить самостоятельно.

Максимальную мощность данные котлы развивают в тот момент, когда в них весело полыхают дрова. В этот момент они дают много лишней энергии, поэтому пользователи дозируют дрова аккуратно, подкладывая их по одному полену. В противном случае в доме будет слишком жарко. Ничего хорошего в этом нет, так как из-за этого возрастает количество подходов, и без того высокое. Проблема решается с помощью теплоаккумулятора.

Тепловой аккумулятор для отопления представляет собой аккумулирующую емкость, в которой накапливается горячий теплоноситель. Причем в контур отопления энергия отдается строго дозировано, что обеспечивает стабильность температуры. За счет этого домочадцы избавляются от температурных колебаний и частых подходов для закладки дров. Аккумулирующие баки способны накапливать излишки тепловой энергии и плавно отдавать их в отопительные контуры.

Попробуем объяснить принцип работы на пальцах:

Простота конструкции термоаккумулятора не только повышает надежность агрегата, но и упрощает ремонт и плановое обслуживание.

• Установленный в системе отопления с теплоаккумулятором отопительный котел загружается дровами и производит большое количество тепловой энергии;
• Полученная энергия направляется в тепловую батарею и накапливается там;
• Одновременно с этим, с помощью теплообменника, происходит забор тепла для системы отопления.

Буферный бак для отопления (он же теплоаккумулятор) работает в двух режимах – накопление и отдача. При этом мощность котла может превышать необходимую тепловую мощность для обогрева жилища. Пока в топке будут гореть дрова, будет происходить накопление тепла в термоаккумуляторе. После того как поленья потухнут, энергия еще долго будет забираться из аккумулятора.

Примерно так же устроены аккумуляторы тепла Лежебока для парников и теплиц – днем они накапливают тепло от солнца, а ночью отдают его, согревая растения и препятствуя их замерзанию. Только выглядят они несколько по-другому.

Теплоаккумуляторы для систем отопления необходимы и в том случае, если в качестве источника тепла используются солнечные батареи или тепловые насосы. Те же батареи не могут давать тепло круглосуточно, так как в темное время суток их эффективность падает до нуля. В светлое время дня они будут не только отапливать дом, но и накапливать тепловую энергию в накопительном баке.

Теплоаккумуляторы могут пригодиться при использовании электрических котлов. Такая схема оправдывает себя на двухтарифной системе оплаты. В этом случае система настраивается так, чтобы в ночное время происходило накопление тепла, а в дневное начиналась ее отдача. Благодаря этому у потребителей появляется возможность сэкономить деньги на потреблении электроэнергии.

Разновидности теплоаккумуляторов

Аккумулятор тепла для системы отопления представляет собой вместительный бак, оснащенный солидной теплоизоляцией – именно она отвечает за минимизирование теплопотерь. С помощью одной пары патрубков аккумулятор подключается к котлу, а с помощью другой пары – к системе отопления. Также здесь могут быть предусмотрены дополнительные патрубки для подключения контура ГВС или дополнительных источников тепловой энергии. Давайте разберем основные виды теплоаккумуляторов для систем отопления:

При наличие циркуляционного насоса появляется возможность использовать сразу несколько буферных баков, что позволяет равномерно прогревать сразу несколько помещений.

• Буферная емкость – представляет собой простейший бак, лишенный внутренних теплообменников. Конструкция предусматривает использование одного и того же теплоносителя в котле и батареях, при одинаковом допустимом давлении. Если планируется пропускать через котел один теплоноситель, а по батареям другой, следует подключить к теплоаккумулятору внешний теплообменник;
• Тепловые аккумуляторы для индивидуального отопления с нижним, верхним или сразу с несколькими теплообменниками – такие теплоаккумуляторы позволяют организовать два самостоятельных контура. Первый контур представляет собой бак, подключенный к котлу, а второй – контур отопления с батареями или конвекторами. Теплоносители здесь не смешиваются, в обоих контурах может быть разное давление. Нагрев ведется с помощью теплообменника;
• С проточным теплообменником контура ГВС или с баком – для организации горячего водоснабжения. В первом случае вода может потребляться весь день и равномерно. Вторая схема предусматривает накопление воды с целью ее быстрой отдачи в определенное время (например, вечером, когда все принимают душ перед сном) – аналогичным образом устроены бойлеры косвенники, накапливающие воду.

Конструкция теплоаккумуляторов для отопления может быть самой разной, выбор подходящего варианта зависит от сложности отопительной системы, ее характеристик и количества источников горячего теплоносителя.

Некоторые теплоаккумуляторы оснащаются ТЭНами с термостатами, что позволяет обеспечить потребителей теплом в ночное время, когда теплоноситель уже остыл, а подкинуть дрова в топку некому. Также они пригодятся при использовании тепловых насосов и солнечных батарей.

Расчет объема теплоаккумулятора

Мы вплотную подошли к самому сложному вопросу – к расчету необходимого объема теплоаккумулятора. Для этого мы воспользуемся следующей формулой – m=W/(K*C*Δt). Буквой W обозначается количество избыточного тепла, K – это КПД котла (указываем десятичной дробью), C – теплоемкость воды (теплоносителя), а Δt – разница температур, определяемая путем вычитания температуры теплоносителя на обратной трубе из температуры на подающей трубе. Например, она может составить 80 градусов на выходе и 45 на обратке – итого получаем Δt=35.

Для начала рассчитаем количество избыточного тепла. Предположим, что на дом площадью 100 кв. м. нам необходимо 10 кВт тепла в час. Время горения на одной закладке дров составляет 3 часа, а мощность котла составляет 25 кВт. Следовательно, за 3 часа котел выработает 75 кВт тепла, из которых на отопление необходимо отправить всего 30 кВт. Итого у нас остаются 45 кВт избыточного тепла – этого хватит еще на 4,5 часа обогрева. Чтобы не потерять данное тепло и не снижать количество загружаемых дров (иначе мы банально перегреем систему), следует воспользоваться теплоаккумулятором.

Что касается теплоемкости воды, то она составляет 1,164 Вт*час/кг*°С – если не разбираетесь в физике, просто не вдавайтесь в подробности. И помните, что если вы будете использовать другой теплоноситель, то его теплоемкость будет другой.

Проведя необходимые вычисления, используя наши советы, Вы без труда сможете подобрать модель, наиболее точно удовлетворяющую все Ваши запросы.

Итого у нас есть все четыре значения – это 45000 Вт тепла, КПД котла (предположим, 85%, что в дробном исчислении будет 0,85), теплоемкость воды 1,164 и разница температур в 35 градусов. Проводим вычисления – m=45000/(0,85*1,164*35). При данных цифрах объем получается равным 1299,4 литра. Округляем и получаем емкость теплоаккумулятора для нашей системы отопления равную 1300 литрам.

Если не получается провести расчеты самостоятельно, воспользуйтесь специальными калькуляторами, вспомогательными таблицами или помощью специалистов.

Схемы подключения

Самая простая схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу предусматривает использование одного и того же теплоносителя при равном давлении в котле и системе отопления. Для этих целей подойдет самый простой накопительный бак без теплообменников. На обратных трубах ставятся два насоса – регулируя их производительность, мы обеспечим регулировку температуры в системе отопления. Есть и схожая схема с применением трехходового клапана – она позволяет регулировать температуру за счет смешивания горячего теплоносителя и остывшего теплоносителя из обратной трубы.

Теплоаккумуляторы со встроенным теплообменником созданы для работы в системах отопления с высоким давлением теплоносителя. Для этого внутри них располагаются теплообменники, подключаемые через циркуляционный насос к котлам – так образуется питающий контур. Внутренняя емкость накопителя со вторым циркуляционным насосом и батареями образует контур отопления. В обоих контурах могут циркулировать разные теплоносители, например, вода и гликоль.

Схема твердотопливного котла с теплоаккумулятором и контуром ГВС позволяет обеспечить подачу горячей воды без применения двухконтурного оборудования. Для этого задействуются внутренние проточные теплообменники или встроенные баки. Если горячая вода необходима на протяжении всего дня, рекомендуем купить и установить теплоаккумулятор с проточным обменником. Для пикового единомоментного потребления оптимальны аккумуляторы с баками ГВС.

Также разработаны бивалентные и мультивалентные схемы подключения – они предусматривают использование сразу нескольких источников тепла для работы отопления. Для этого могут использоваться теплоаккумуляторы с несколькими теплообменниками.

Популярные модели

Настало время разобраться с самыми популярными моделями теплоаккумуляторов для систем отопления. Мы рассмотрим продукцию отечественных и зарубежных производителей.

Производителем теплоаккумуляторов Прометей является новосибирская компания «СибЭнергоТерм». Она выпускает модели объемом 230, 300, 500, 750 и 1000 литров. Гарантия на оборудование составляет 5 лет. Теплоаккумуляторы наделены четырьмя отводами для подключения к отоплению и источникам тепла. За сохранение накопленной энергии отвечает слой теплоизоляции из минваты. Рабочее давление составляет 2 атм., максимальное – 6 атм. При покупке оборудования учитывайте его размеры – так, диаметр модели на 1000 литров составляет 900 мм, из-за чего ее корпус может не вместиться в стандартные дверные проемы шириной 80 см.

Цена представленного теплоаккумулятора для систем отопления варьируется в диапазоне от 65 до 70 тыс. рублей.

Еще один вместительный теплоаккумулятор на 1000 литров воды. Он оснащается одним или двумя гладкотрубными теплообменниками, но лишен теплоизоляции, что необходимо учитывать при его установке – ее придется приобретать отдельно. Диаметр корпуса составляет 790 мм, но если к нему прибавляется теплоизоляция, то диаметр вырастает до 990 мм. Максимальная температура в системе отопления составляет +110 градусов, в контуре ГВС – до +95 градусов.

Данные теплоаккумуляторы представлены модификациями с шестью или десятью подключениями. Также на борту предусмотрена клеммы температурных датчиков. Емкость баков составляет 960 литров, рабочее давление – до 3 бар. Толщина теплоизоляционного слоя составляет 80 мм. Использование других жидкостей в качестве теплоносителя, кроме воды, не допускается – это касается обоих контуров, а не только контура отопления. При необходимости, возможно последовательное подключение нескольких теплоаккумуляторов в единый каскад.

Самодельные тепловые аккумуляторы

Ничто не мешает собрать теплоаккумулятор для системы отопления своими руками – для этого необходимо провести расчеты и нарисовать чертеж, ориентируясь на требуемую вместительность. Баки сооружаются из листового металла толщиной 1-2 мм, раскраиваемого плазморезом, режущим станком или сварочным аппаратом. Теплообменники организуются из металлических прямых или гофрированных труб. А для того чтобы избежать быстрой коррозии металла, необходимо приобрести магниевый анод. В качестве теплоизоляции можно использовать базальтовую вату.

В качестве бонуса приводим подробный чертеж теплоаккумулятора емкостью 500 литров – этого достаточно для поддержания работы системы отопления в небольшом доме.

Видео

Теплоаккумулятор это устройство, способное накапливать тепловую энергию от источника тепла при ее избыточной выработке, а затем использовать ее запас в случае необходимости.

Источником тепла может быть котел отопления, печь, солнечный коллектор и т.д.

По сути, любое массивное тело, имеющее температуру больше абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. При этом запас накопленного тепла зависит от степени нагрева и массы тела.

Например, любое строение из кирпича, камня или бетонных блоков (материалов, способных накапливать тепло) представляет собой теплоаккумулятор, на непрерывную работу которого мало кто обращает внимания. А ведь именно благодаря запасу тепла, накопленному стенами дома, в нем прохладно жарким днем и тепло ночью при понижении температуры наружного воздуха, работает система естественной вентиляции, и нет резких скачков температуры при кратковременном отключении отопления или при проветривании.

Еще одним примером теплового аккумулятора является русская печь или любая другая печь отопления из камня или кирпича. При сжигании дров массив печи накапливает тепловую энергию, а затем, остывая, отдает ее в окружающее пространство.

Чем больше вес печи, тем большим запасом тепла она обладает и тем дольше может поддерживать комфортную температуру в помещении. Именно по этой причине традиционную русскую печь делают массивной, весом до полутора тонн и более, а протапливают ее периодически: один раз в сутки.

Традиционно для накопления тепла использовали камни или обожженный кирпич, но их применение оправданно только для печного отопления, применение которого в простых современных домах не всегда удобно. Для обогрева современного жилища чаще применяют не печи, а котлы отопления.

Каким котлам нужен тепловой аккумулятор?

Тепловой аккумулятор необходим только котлам, работающим периодически: угольным или дровяным. Котлы, работающие бесперебойно (газовые или электрические), снабженные системами непрерывной подачи топлива, котлы длительного горения в аккумуляции тепла не нуждаются.

Твердотопливные традиционные котлы нуждаются в периодической закладке дров, время полного сгорания топлива в них не более 3 часов. По окончании процесса горения теплоноситель в системе отопления не только остынет до температуры воздуха в помещении, но и в местах пограничной прокладки трубопровода (по полу, в подвале, на чердаке) может перемерзнуть, образовав в системе отопления ледяные пробки, блокирующие циркуляцию воды.

В этих условиях речь идет уже не о комфортных условиях в доме, а о целостности и безопасности системы отопления. Основной задачей аккумуляции тепла в системах с твердотопливным котлом отопления является создание резерва тепловой энергии, использование которого в период простоя котла поможет избежать резкого падения температуры в помещении и избежать перемерзания теплоносителя.

Устройство теплового аккумулятора

Теплоаакумулятор для котла отопления должен быть удобным не только для накопления тепла, но и для его дальнейшего использования. Единственным веществом, пригодным для решения поставленной задачи, является теплоноситель. Это может быть вода или антифриз, помещенная в емкость внушительного размера, включенную в отопительную систему.

Для сохранности тепла емкость дополнительно утепляют: обшивают минеральной ватой, фольгой, теплоизоляционными панелями, устанавливают на утепленное основание.

Объем теплоаккумулятора выбирают по принципу, чем больше, тем лучше, но обычно речь идет о емкости на 2-5 м3. Еще одно важное дополнение: резервуар должен быть герметичным, с двумя отверстиями: для подключения трубопровода.

Теплоаккумулятор включают в систему отопления параллельно котлу по принципу прибора отопления с подключением и к подаче и к обратке. На подаче обязательно устанавливается запорная арматура, позволяющая менять направление движения теплоносителя, пуская его или только к приборам отопления, или только к теплоаккумулятору, или одновременно и туда и туда. Как правило, это трехходовой кран.

Как работает теплоаккумулятор в системе отопления?

При интенсивном горении дров в твердотопливном котле происходит максимальная выработка тепла, позволяющая нагреть не только радиаторы в доме, но и запас воды в аккумуляторе. После прогорания дров тепло от котла перестает поступать, но циркуляция теплоносителя в системе продолжается: холодная вода скатывается вниз, а в систему поступает более горячий теплоноситель из аккумулятора.

Обратная вода, возвращаясь в котел отопления, также проходит через аккумулятор. Если температура обратки выше температуры воды в емкости, то жидкость вней дополнительно подогревается за счет обратки. Если обратка холодная, то, напротив, происходит ее подогрев перед поступлением в котел, что позволяет снизить перепад температур между горячей котловой и холодной обратной водой.

Чем больше объем аккумулятора, тем дольше система может работать без «подзарядки».

Практическое применение

Теплоаккумулятор в системе отопления с твердотопливным котлом можно смело назвать настоящей находкой для ее владельцев. Именно это нехитрое устройство позволяет оставлять дом на несколько часов даже в условиях сильных морозов, не опасаясь за сохранность отопительной системы, спокойно спать ночью, не вскакивая к котлу для закладки новой порции дров и не опасаться о разрушении котла при поступлении в него слишком холодного теплоносителя.

Для управления работой системы отопления с теплоаккумулятором используется трехходовой кран.

С его помощью можно открыть движение горячего теплоносителя только к приборам отопления, что обычно делают при желании быстро прогреть помещение. Если в доме уже жарко, а котел продолжает работать, можно перекрыть подачу воды на радиаторы и направить ее только в теплоаккумулятор.

Для одновременного нагрева приборов отопления и теплоаккумулятора выбирается промежуточное положение крана.

Теплоаккумулятор и циркуляционный насос

Как правило, твердотопливные котлы используются в самотечных системах отопления. В этом случае теплоаккумулятор работает за счет естественной конвекции: по нижнему патрубку в него поступает холодный теплоноситель, а вверх устремляется более нагретая жидкость, поступающая к приборам отопления.

В системах с циркуляционным насосом теплоаккумулятор работает также, но здесь скорость движения теплоносителя задается насосом, что, несомненно, положительно сказывается на работе всей системы отопления.

О достоинствах и недостатках

Установка теплоаккумулятора делает работу системы отопления стабильной, исключая резкие перепады температуры не только в доме, но и в поступлении теплоносителя в котел.

Единственным недостатком теплоаккумулятора является его размер: небольшая емкость не позволяет накопить тепло и использовать его, а для резервуара большого объема не всегда можно найти достаточное количество места. Да и для установки емкости придется делать усиление фундамента или помещать ее в подвальное помещение.