Теплоаккумулятор, он же тепловой аккумулятор, он же буферная емкость - с каждым годом завоевывает все большую популярность, как один из важных элементов системы отопления частного дома.
Более того, в некоторых европейских странах использование твердотопливных котлов отопления без вообще запрещено, причем, список таких стран постоянно пополняется. Да и в нашей стране темпы продаж теплоаккумуляторов для котлов отопления год от года демонстрируют неуклонный рост.
Некоторые отечественные производители наладили выпуск тепловых аккумуляторов, разработанных специально для российских условий и климатических особенностей нашей страны. Попробуем разобраться, каково назначение данного вида оборудования, в чем его особенности, а главное - что даст установка теплоаккумулятора конкретному владельцу частного дома, и как подобрать именно то, что нужно.
Теплоаккумулятор и его использование с теплоисточниками различного типа
Принцип работы теплоаккумулятора очень прост: его главная задача - накапливать тепловую энергию, когда в системе отопления есть ее излишки, и отдавать это тепло в период его дефицита, т.е. когда теплоисточник не работает. Отсюда вытекает и главный вывод - наиболее эффективно использовать тепловые аккумуляторы с тепловыми источниками, которые имеют ярко выраженный периодический характер работы.
К ним относится большинство , очень распространенных как в России, так и за рубежом. А также стремительно набирающие популярность, особенно на юге, . Понятно, что твердотопливные котлы нагревают воду только во время топки, а солнечные коллекторы бесполезны в ночное время.
Но это еще не все, даже электрические отопительные котлы в сочетании с теплоаккумуляторами могут быть более эффективными. Если разница между дневными и ночными тарифами на электроэнергию значительна, например, ночной тариф меньше дневного более чем в 2 раза, можно сделать систему отопления в доме таким образом, чтобы работал только в ночное время, а днем отапливать дом за счет тепла, накопленного в теплоаккумуляторе. Кстати, принимая во внимание взрывной рост тарифов на электроэнергию, экономическая целесообразность такого решения становится актуальной.
Еще одним фактором, определяющим эффективность использования тепловых аккумуляторов, является то, что теплоаккумулятор может стать звеном, объединяющим сразу несколько источников тепла. Другими словами, при необходимости - например, когда стоимость солнечных коллекторов еще более снизится, а эффективность повысится - вы сможете без существенных изменений перестроить систему отопления в своем доме так, чтобы по максимуму отапливать помещения за счет дешевой энергии солнца, но при этом, когда солнца нет, применять твердотопливный котел.
В этом случае появляется возможность в полном объеме накапливать весь избыток тепла, а затем, отдавать его по мере необходимости. Фактически теплоаккумулятор позволяет использовать различные источники тепловой энергии с минимальной в текущий момент стоимостью и при этом обеспечивает устойчивость системы за счет переключения между ними. Конечно, такая возможность есть не у каждого теплового аккумулятора - следует выбрать нужную модель заранее.
Теплоаккумулятор в системе с твердотопливным котлом
В настоящее время теплоаккумуляторы чаще всего применяют в системах отопления с твердотопливными котлами. Характерная особенность твердотопливных котлов - оптимальный режим их функционирования связан с полным сгоранием топлива, т.е. достигается при работе на максимальной мощности. В противном случае, в результате неполного сгорания топлива, образуются токсичные газы, происходит засорение теплообменных поверхностей внутри котла, появляется в дымоходе сажа, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и даже выходу котла из строя, что небезопасно для дома и его обитателей.
Итак, лучше всего, когда котел работает «на полную». Такой режим вполне оправдан в холода, но большую часть года полученного в избытке количества тепла системе отопления дома просто не нужно - будет слишком жарко. Если у вас нет теплоаккумулятора, единственным выходом остается «отапливать улицу», т.е. открывать форточки. Это и дорого, и неэффективно.
Поэтому в систему отопления встраивают буферную емкость - она забирает излишки тепловой энергии, которые в противном случае попросту терялись бы бесцельно, чтобы впоследствии их использовать по назначению, не тратя на это топливо!
Вкратце, система отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором действует так. Во время работы твердотопливный котел не только подает нагретый теплоноситель в систему отопления дома, но и производит его нагрев в баке теплового аккумулятора. После того, как котел прекращает работать, дом, соответственно, начинает охлаждаться. В этот момент температуры воздуха или датчик температуры теплоносителя в системе отопления подают сигнал на включение циркуляционного насоса, который обеспечивает подачу теплоносителя, накопленного в баке теплоаккумулятора, в систему отопления дома.
Когда температура воздуха (теплоносителя) повышается до установленного значения, датчик выключает насос, и подача тепла прекращается. Температура теплоносителя в баке при этом немного уменьшается, т.к. часть энергии была передана в систему отопления. Следует отметить, что из-за хорошей теплоизоляции теплоаккумулятора, теплоноситель, находясь внутри бака, сам по себе остывает очень медленно. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура теплоносителя в теплоаккумуляторе будет оставаться выше, чем в системе отопления. А дом при этом не будет остывать.
Специалисты по-разному оценивают экономический эффект от установки теплоаккумулятора. Этот эффект зависит от многих факторов, о некоторых из них речь пойдет ниже. В среднем, он составляет от 20%, т.е. экономится каждый 5-й рубль. Отметим, что тепловой аккумулятор особенно эффективен в межсезонье, с его частыми температурными скачками.
И тут возникает еще одно полезное свойство теплового аккумулятора - помимо повышения безопасности дома и экономии ваших денег, он еще и дарит вам комфорт. Во-первых, с появлением в вашем доме буферной емкости, вам придется гораздо реже загружать топливо в котел. Если вы все рассчитали и установили правильно, если в вашем доме хорошая теплоизоляция, применяя теплоаккумулятор, вы сможете топить свой твердотопливный котел не несколько раз в день, а до 1 раза в 2 суток.
Во-вторых, тепловой аккумулятор способен сгладить «температурные скачки», связанные с остыванием теплоносителя в системе отопления, т.к. эта система становится более устойчивой и инерционной. В-третьих, он помогает упростить обслуживание твердотопливного котла и даже повысить срок его службы. В-четвертых, с помощью теплоаккумулятора можно дополнительно обеспечить ваш дом горячей водой, но данная возможность предусмотрена не во всех моделях.
Как выбрать нужный теплоаккумулятор
Для начала вам предстоит рассчитать объем теплоаккумулятора. Это важно, т.к. от объема зависят габаритные размеры буферной емкости. Следует помнить, что вам еще нужно найти «правильное» место в доме, чтобы, сначала внести туда через дверные проемы немалый по ширине и высоте тепловой аккумулятор, а потом еще и установить его рядом с твердотопливным котлом, как это чаще всего происходит на практике. Разумеется, точные расчеты может сделать только специалист, т.к. для этого требуется учесть множество специфических факторов, но в любом случае нужно понимать, какую примерно буферную емкость вы покупаете.
Объем теплоаккумулятора напрямую зависит от мощности твердотопливного обогревательного котла. Существует несколько методик предварительного расчета, основанных на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом, т.е. примерно за 2-3 часа. Считается, что так достигается максимальный КПД котла с максимальной же экономией топлива.
Но, как правило, для начала можно воспользоваться следующей методикой расчета: 1 КВт мощности твердотопливного котла должен соответствовать не менее 25 литрам, но и не более 50 литрам объема, подключаемого к нему теплоаккумулятора.
Таким образом, при мощности отопительного котла, равной 15 кВт, емкость теплового аккумулятора должна быть не менее: 15*25 = 375 литров. И не более 15*50 = 750 литров. Лучше выбирать с запасом, т.е. порядка 400-500 литров.
Вообще, производители теплоаккумуляторов предлагают изделия самых разных объемов - от 40 до 10 000 литров. Внимание! Тепловые аккумуляторы емкостью более 500 литров могут не пройти в дверной проем вашего дома.
Какой тип теплоаккумулятора вам подходит
Тип зависит от ваших потребностей, т.е. от того, как именно вы хотите его использовать. Существует 4 условных типа тепловых аккумуляторов:
- Простой телоаккумулятор, для подключения к единственному теплоисточнику;
- Буферная емкость для одновременного подключения нескольких теплоисточников, например, твердотполивного котла отопления и солнечного коллектора. Отличается от предыдущего типа наличием нижнего змеевика;
- Теплоаккумулятор с змеевиком ГВС предназначен как для отопления, так и для производства горячей воды в проточном режиме;
- Тепловой аккумулятор, имеющий внутренний бак для горячего водоснабжения (конструкция «бак в баке»), применяется как для аккумулирования тепла в системе отопления, так и для приготовления и накопления горячей воды, которая используется в быту.
Александр Федотов, Руководитель отдела продаж
«Выбор теплоаккумулятора зависит от целей, которые призвана решать система отопления. Это может быть теплоснабжение здания или обеспечение отоплением и горячей водой. В первом случае может использоваться обычный утепленный бак, во втором речь уже идет о приборе с различными встроенными теплообменниками.
При выборе теплоаккумулятора необходимо учесть тип основного источника тепла и их количество в системе теплоснабжения. Важными факторами являются также мощность теплового прибора и часовые расходы тепла ».
Кроме этого, теплоаккумулятор может быть дополнительно оборудован одним или несколькими ами для автономного подогрева воды, когда это необходимо.
Цена теплоаккумулятора зависит от его объема, типа, а также от дополнительных опций и, конечно, от бренда производителя.
Изготовление теплоаккумулятора своими руками
Интернет пестрит различного рода рекомендациями для умельцев, как сделать теплоаккумулятор собственными силами, уверяя, что ничего сложно в этом нет. С одной стороны, обилие этих рекомендаций еще раз подчеркивает значимость тепловых аккумуляторов в системе отопления - бесполезные вещи не обсуждают. С другой, заставляет здравомыслящего человека задуматься: когда следует сделать выбор между тем, чтобы купить теплоаккумулятор у сертифицированного производителя и заплатить несколько больше, или сделать его «в гараже», но при этом сэкономить свои деньги, нужно в первую очередь задуматься о последствиях.
Что такое теплоаккумулятор ✮Большой выбор теплоаккумуляторов на портале сайт
Потому что даже самый великий народный умелец, сооружая тепловой аккумулятор из железной бочки, как это нередко рекомендуют на разных сайтах, должен понимать, к чему приведет такая мнимая экономия. Во-первых, температура теплоносителя внутри теплоаккумулятора может быть близка к 100°C, во-вторых, внутри системы существует повышенное давление. Как поведет себя кустарная буферная емкость в процессе эксплуатации, не сможет предсказать никто. Стоит ли подвергать риску свой дом - вопрос открытый. Выбор каждый делает сам.
При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.
С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.
С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.
Зачем нужен
Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.
Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.
Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:
- Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
- Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
- К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
- Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
- Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.
Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.
По конструкции теплоаккумулятор может быть:
- «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
- со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
- со встроенным бойлерным баком.
С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:
Расчет
Мощность,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.
- Q = m*С*(T2-T1);
- m – масса, кг;
- С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
- (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.
Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.
Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.
Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:
- Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
- Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
- Мощность основного источника тепла.
Для периодической работы котла в течение суток
Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.
Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.
Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.
Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.
Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.
Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.
В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.
Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.
Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.
Недостатки те же, что и в первом случае, нагрев происходит всего объема теплоносителя в системе и в ТА, что существенно увеличивает время на запуск отопления.
Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.
Схема включения с подмешиванием
Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой . Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.
Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.
Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.
При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.
Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.
Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.
Своими руками
При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:
- с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
- иметь расчетный объем;
- быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
- быть полностью герметичной.
Для изготовления следует брать листовую сталь, желательно нержавеющую толщиной не менее 3 мм, учитывая общую нагрузку и давление.
Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.
В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.
Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.
Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.
Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.
Российского производства
На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.
| Модель | Дополнительные опции | Объем, м3 | Рабюочее давление, бар | Максимальная температура, ºС | Примерная стоимость, руб |
| Сибэнерго-терм | — | 0.5 | 6 | 90 | 28500 |
| PROFBAK | Контур ГВС | 0.5 | 3 | 90 | 56000 |
| GidroNova-HA750 | Электрический ТЭН | 0.75 | 3 | 95 | 58000 |
| ELECTROTHERM ET 1000 A | Контур ГВС, дополнительный теплообменник | 1.0 | 6 | 95 | 225000 |
Внутреннее устройство и принцип работы теплоаккумулятора для котлов отопления спроектировано так, чтобы обеспечить поддержание необходимой температуры теплоносителя в течение 5-10 часов после отключения основного источника энергии. Накопительный бак ставится в обвязке с твердотопливными и электрическими котлами. Возможно подключение к тепловому насосу и солнечным коллекторам.
Что такое буферная емкость
Фактически, это бак с встроенным змеевиком ГВС и теплоизоляционным кожухом. Предназначение емкости аккумулировать излишки тепловой энергии. После отключения основного источника нагрева теплоносителя, бак на определенное время заменяет его.Правильно используемый принцип работы буферного накопителя в системе отопления сокращает расходы на отопление и делает обогрев здания более комфортным. Чтобы убедиться в целесообразности подключения бака, необходимо рассмотреть его устройство и принцип работы, а также учесть существующие преимущества и недостатки.
Устройство и принцип работы
Теплоаккумулирующая ёмкость представляет собой обычную металлическую бочку, с наружной теплоизоляцией. Простое устройство теплоаккумулятора тем не менее отличается высокой эффективностью и незаменимо для систем отопления. Буферная емкость в разрезе состоит из нескольких узлов:- Бак - изготовлен из листового металла (с эмалированным покрытием), нержавеющей стали. От ёмкости отходят патрубки для подключения к системе отопления и теплогенератору. Материал бака во многом определяет продолжительность службы теплоаккумулятора.
- Спиральный теплообменник - устанавливается в моделях, подключаемых к системам отопления с несколькими типами теплоносителей (тепловой насос, солнечные коллекторы). Изготавливается из нержавеющей стали.
- Встроенный змеевик для ГВС - некоторые буферные емкости, кроме поддержания температуры нагрева теплоносителя в системе отопления, подогревают воду для горячего водоснабжения.
В корпусе присутствует ревизионное окно для обслуживания бака, устранения накипи и мусора, проведения ремонтных работ в случае необходимости.
Назначение теплоаккумуляторов
Основа работы буферной емкости связана с тем, что излишек тепловой энергии накапливается, после чего используется для обогрева здания и ГВС. Теплоаккумулятор в системе отопления нужен для поддержания комфортной температуры в жилом здании, после отключения основного источника тепловой энергии.Цели установки накопителя разнятся в зависимости от типа теплогенератора:
Задачи и цели использования теплоаккумуляторов разные. В некоторых случаях, монтаж бака непременное условие эксплуатации, в других всего лишь желаемое требование, обеспечивающее комфортное и экономичное отопление здания.
Плюсы и минусы буферной ёмкости
Первый и очевидный недостаток: высокая стоимость бака. Качественная продукция, изготовленная в ЕС или в России, обойдется от 25000 до 300000 руб. Еще один минус: большие габариты изделия. Нередко приходится устанавливать баки на 1000 и более литров, занимающие много места.Теперь о преимуществах подключения. Их несколько:
- Возможность бесперебойной работы твердотопливных котлов
- если в системе отопления не установлена буферная емкость, теплоноситель начинает охлаждаться сразу после прогорания дров. Падение температуры ощущается человеком приблизительно через 3 часа.
При подключении теплоаккумулятора остывание произойдет медленнее. Вода в системе отопления останется горячей около 5-10 часов (зависит от объёма теплоаккумулятора). - Экономичность - излишки тепловой энергии аккумулируются и используются при остывании теплоносителя, что существенно снижает затраты на топливо.
- Безопасность - облегчается эксплуатация котлов с чугунными теплообменниками. После бака вода в котел поступает теплой, что исключает повреждение сердцевины от быстрого охлаждения.
- Дополнительные функции - в устройстве некоторых баков присутствует змеевик ГВС. Происходит одновременное аккумулирование нагретого теплоносителя и нагрев горячей воды. Установкой можно удовлетворить потребности в ГВС жильцов дома, использующих одноконтурные твердотопливные или электрические котлы, не предназначенные для обеспечения горячего водоснабжения.
Какой теплоаккумулятор выбрать
Подбор накопительной емкости лучше доверить специалистам. Потребуется выбрать бак, оптимально подходящий для типа используемого отопительного оборудования. Подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла и теплового насоса может отличаться. Ведущие производители в инструкции по эксплуатации прямо указывают для какого типа отопительной системы предназначен тот или иной буферный бак.При выборе обращают внимание на несколько технических характеристик:
- Материал накопительной емкости - бак из нержавейки стоит неоправданно дорого, особенно если учесть, что в аккумулятор поступает теплоноситель из системы отопления, менее агрессивный чем вода в ГВС. Эмалированное покрытие с использованием стеклополимеров, оптимальное решение.
- Дополнительные функции - возможен подбор бака для различных водопотребителей, соединения систем обогрева с использованием в качестве теплоносителя воды и специальных составов (тепловой насос, солнечные коллекторы). Отдельного упоминания заслуживают баки, способные одновременно с аккумуляцией тепловой энергии подогревать воду.
Как рассчитать буферную емкость
Чтобы подобрать необходимый объем теплоаккумулятора можно пойти тремя путями решения. Первый связан с использованием специальных онлайн калькуляторов. Потребуется ввести следующие параметры:- отапливаемую площадь;
- мощность котла;
- время автономного поддержания температуры в системе отопления, после выключения котла.
Чтобы получить точное значение используют второй метод, по формулам для расчета буферной емкости. Во время вычислений рассчитывают несколько значений:
- время накопления аккумулятора или нагрева воды до температуры 80-90°С;
- период автономной работы;
- мощность котла.
- Q = m × cp ×(T2-T1)
- согласно вычислениям, удастся рассчитать какое время потребуется для накопления достаточной тепловой энергии и узнать возможные потери. Значения:
- m - расход теплоносителя;
- ср - удельная теплоемкость;
- Т2 и Т1 - начальная и конечная температура нагрева воды в баке.
- Вычисления для солнечных коллекторов проводят несколько иначе. Используется формула Va=Sж × (Vн/Sн). Чтобы не вдаваться в технические подробности в расчетах можно использовать следующую таблицу:
И последнее, вместимость буферных емкостей выбирается так, чтобы на 1 кВт энергии котла приходилось 30-50 л теплоносителя.
Для удобства при расчетах можно воспользоваться следующей таблицей:
Определение минимального количества продуцируемого тепла в кВт выполняется с помощью таблиц, приложенных ниже.
Расчеты для электрокотлов, при условии использования ночного тарифа:
Минимально необходимая мощность для поддержания в работоспособном состоянии буферной емкости, подключенной к твердотопливному котлу:
Какой фирмы купить буферный накопитель
После выполнения расчетов и определения желаемых технических характеристик, можно переходить к выбору теплоаккумуляторов по производителю. На рынке представлена не только европейская продукция. Присутствуют теплоаккумуляторы для котлов отопления российского производства, по качеству не уступающие именитому зарубежному оборудованию.Чтобы облегчить выбор буферной емкости, ниже приводится описание наиболее популярных у отечественного потребителя моделей:
Из представленного списка теплоаккумуляторов можно подобрать оборудование, подходящее для жилья любой площади, отапливаемого электрическим или твердотопливным котлом, тепловым насосом, с возможностью подогрева ГВС и без него.
Сразу после подключения буферной емкости затраты на топливо уменьшатся на 15-30%. Что более важно, котел перестанет подвергаться гидравлическим ударам, а нагрев теплоносителя в системе отопления станет более равномерным. Аккумуляторный бак занимает неотъемлемое место в современных системах отопления.
Основными целями проектирования и монтажа системы автономного отопления являются комфорт в доме и безотказность в эксплуатации. Поэтому те люди, которые считают, что для достижения комфорта достаточно просто установить котел и подключить его к системе отопления, ошибаются.
И эта ошибка заключается в том, что рано или поздно любой котел, даже самый качественный, может выйти из строя. Причем чаще всего происходит это в разгар отопительного сезона, когда режим эксплуатации оборудования является наиболее интенсивным. Как можно подстраховаться на такой случай?
Есть несколько вариантов:
- Иметь в доме обычную печь, находящуюся в рабочем состоянии.
- Иметь два котла, один из которых, имеющий меньшую мощность, используется только в аварийной ситуации.
- Включить в систему отопления устройство, позволяющее аккумулировать тепловую мощность во время работы котла, способное при его остановке достаточно долго поддерживать температуру теплоносителя на должном уровне.
Первый вариант хорош для тех домов, которые ранее имели печное отопление, а потом были снабжены собственной котельной. Вряд ли кто-то будет возводить печь в новом доме, для которого изначально предусмотрено отопление от котла. Второй вариант используется нечасто, но имеет право на жизнь. Обычно основным здесь является твердотопливный и газовый агрегат, а запасным – электрокотел не слишком большой мощности, используемый исключительно как резервный источник тепла.
А вот третий вариант с точки зрения безотказности является самым оптимальным. Такое устройство называется теплоаккумулятором и наиболее часто используется в системах, снабженных котлами периодического действия. Чаще всего это твердотопливные котлы (нуждающиеся в загрузке топливом несколько раз в сутки) и электрические агрегаты, которые выгодно включать только в ночное время (если именно ночью электричество дешевле).
Что такое теплоаккумулятор (ТА)
Теплоаккумулятор представляет собой резервуар определенной (довольно большой) емкости, заполненный теплоносителем (обычно – водой). Бак должен быть хорошо теплоизолирован от внешней среды. При этом во время работы котла, благодаря высокой теплоемкости воды, происходит нагрев теплоносителя по всему объему резервуара. За счет этого создается большой запас тепловой мощности, обеспечивающий стабильную работу системы отопления и горячего водоснабжения (при его наличии) в течение всего срока простоя котла. Причем причина простоя не важна – это может быть просто перерыв между топками или авария.
При достаточном объеме резервуара даже большой дом в состоянии продержаться до 2-х суток. При этом температура в нем снизится всего на 2-3 градуса. Это самое очевидное и понятное преимущество наличия теплоаккумулятора в системе отопления дома. На самом деле его возможности гораздо шире. Ведь по сути дела он значительно увеличивает объем теплоносителя в контуре системы отопления. При этом повышаются и такие ее показатели, как теплоемкость и инертность.
То есть, прогревается система медленнее, поглощая больше энергии, но зато и остывает очень долго, поддерживая температуру в доме даже при неработающем котле.
Существует целый ряд ситуаций, при которых наличие теплоаккумулятора в системе значительно упрощает и удешевляет достижение необходимых результатов.
Топливо лучше всего сгорает при работе котла в режиме максимальной мощности. Но весной и летом эта мощность явно избыточна. А наличие резервуара с водой позволит быстро нагреть в нем воду до нужной температуры и прекратить процесс топки, экономя топливо и время на обслуживание котла.
Котлы на твердом топливе во время розжига имеют минимальную мощность, по мере сгорания топлива она достигает максимума, а потом снова падает. Такой режим не слишком полезен для работы системы отопления – температура теплоносителя в ней постоянно колеблется. Наличие теплоаккумулятора позволяет поддерживать температуру в системе на оптимальном уровне.
Если в системе предусмотрено несколько источников подогрева теплоносителя, причем одним из них является твердотопливный котел, то подключить остальные становится очень сложно. Резервуар с теплоносителем позволяет организовать такие подключения легко и с небольшими затратами.
Если необходимо организовать в доме горячее водоснабжение, то приходится устанавливать в котле дополнительный теплообменник или пользоваться бойлером косвенного нагрева. Все это отрицательно сказывается на работе системы отопления. И здесь большой резервуар с горячей водой позволяет легко выйти из ситуации.
Таким образом, ТА представляет собой узел развязки между контуром отопления и котлом, позволяющий с минимальными затратами реализовать различные дополнительные функции.
Для этого нужно отталкиваться от следующих данных:
- мощность отопительного агрегата;
- время, за которое должен прогреваться теплоноситель в ТА;
- время, на которое должно хватить накопленной в резервуаре тепловой мощности для покрытия теплопотерь дома.
Для правильного подбора необходимо знать тепловую мощность ТА.
Она рассчитывается по формуле:
Q = m × C × (T2 – T1),
- где m – масса теплоносителя (зависит от объема ТА), кг;
- С – удельная теплоемкость теплоносителя;
- T2 – T1 — разница между конечной и начальной температурой воды. Обычно она принимается равной 40 градусам.
Одна тонна воды при остывании на 40 градусов выделяет 46 кВ тч тепла.
Если Вы хотите перевести котел на периодическую работу, к примеру, только на ночной или дневной режим, то мощности ТА должно хватать на обогрев дома для работы в оставшееся время.
Приведем пример. Предположим, используется твердотопливный котел, работающий только в дневное время в течение 10 часов. При этом теплопотери дома составляют 5 кВт, тогда за сутки потребуется 5 × 24 = 120 кВт*ч тепловой мощности для поддержания функции отопления. ТА при этом будет использоваться в течение 14 часов. Значит, в нем должно аккумулироваться: 5 × 14 = 70 кВтч тепла. Если теплоносителем является вода, то ее вес должен составлять 70: 46 = 1,52 т. С запасом в 15% это составит 1,75 т, тогда объем ТА должен составлять примерно 1,75 куб. м.
Не забывайте, что мощности котла должно быть достаточно для того, чтобы выдать 120 кВтч энергии за 10 часов работы. То есть, его мощность должна быть не менее 120: 10 =12 кВт.
Если ТА используется только с целью безопасности системы отопления на случай аварии, то запаса тепловой мощности в нем должно хватать на 1-2 суток. То есть запас мощности должен быть не менее 120 — 240 кВтч. Тогда объем ТА составит: 240: 46 = 5, 25 куб. м.
Это примерные расчеты, однако они позволяют составить примерное представление о параметрах ТА.
Есть и более простые способы расчета объема ТА:
- Объем равен площади помещения в метрах, умноженной на 4. Например, дом имеет площадь 120 кв. м. Тогда объем бака должен составлять: 120 × 4 = 480 л.
- Мощность котла умножается на 25. Например, котел имеет мощность 12 кВт, тогда объем резервуара составит 12 × 25 = 300 л.
Резервуар для подогрева теплоносителя можно изготовить самостоятельно или приобрести готовый. Самостоятельное изготовление связано со сложностями учета характеристик и особенностей будущего оборудования. От этого будет зависеть не только цена вопроса, но и производительность ТА, а также его долговечность.
Основными рабочими параметрами аккумуляторов тепла являются:
- Вес, объем и габариты. Объем резервуара подбирается согласно мощности котла. Но чем больше его объем, тем более экономично будет работать система в целом. Большой ТА будет нагреваться дольше, но и время между топками котла тоже увеличится. Если бак по расчету получается слишком большой и не вписывается в отведенное помещение, то можно использовать несколько емкостей меньшего размера.
- Давление в системе отопления. От этой величины зависит толщина стенок ТА, а также форма его донышка и крышки. Если величина давления в системе не более 3 бар, то можно использовать самые обычные теплоаккумуляторы. Если же рабочее давление находится в пределах 4-8 бар, то нужно выбирать резервуары с торосферическими крышками. Такое оборудование обойдется дороже.
- Материал, из которого изготовлен бак. Чаще всего это стандартная углеродистая сталь с покрытием из водостойкой краски. Но если есть возможность, то лучше выбрать бак из нержавеющей стали. Он более стоек к добавкам, имеющимся в составе теплоносителя, и коррозии.
- Максимальная температура жидкости.
- Наличие возможности установки дополнительного оборудования: ТЭНов, встроенного теплообменника для подключения к системе ГВС, дополнительных теплообменников для организации подключения к другим источникам нагрева теплоносителя.
Как установить теплоаккумулирующий бак
Самым простым способом установки является вертикально расположенный ТА, в стенки которого врезаны 4 патрубка, размещенных по два с каждой стороны. Каждая пара разнесена по вертикали. С одной стороны верхний патрубок подключают к подающей магистрали котельного агрегата, а с другой – к подающей ветви отопительной системы. Снизу, на соответствующих сторонах бака, находятся патрубки, подключенные к обратным магистралям котла и контура отопления.
Обратные трубопроводы котла и отопительного контура оснащены циркуляционными насосами.
После загрузки в котел топлива и достижения стабильного горения включают циркуляционный насос, подающий воду из нижней части теплообменника в зону ее нагрева. В то же время параллельно в ТА через верхний патрубок подается уже горячий теплоноситель, используемый для отопления помещений.
При этом активного смешивания холодной и горячей воды в баке не происходит – этому препятствует различная плотность воды разной температуры.
После прогорания топлива бак заполнен водой нужной температуры. После этого включается циркуляционный насос контура отопления, который прокачивает нагретую воду по системе. За счет того, что теплоноситель поступает в систему через верхний патрубок, а отработавшая в системе и уже остывшая вода поступает снизу, смешивания слоев воды разной температуры не происходит, и ТА длительное время подает в систему воду необходимой температуры.
Виды ТА в зависимости от конструкции
В зависимости от функционального назначения все теплоаккумуляторы делятся на следующие виды:
- Пустые – с прямым подключением контуров. В такой системе никакие теплообменники не используются, а разделение холодной и горячей воды обеспечено только разностью их плотности. Самодельные ТА обычно имеют именно такую конструкцию.
- Со встроенным бойлером. Внутри основного бака размещается дополнительная емкость, предназначенная для нагрева воды системы ГВС.
- С внутренним теплообменником. Эта модель позволяет разделить теплоносители в контурах котла и системы отопления. Разделение жидкостей обеспечивается стенками теплообменника.
Что предлагает рынок отопительного оборудования
На нашем рынке имеется продукция известных зарубежных компаний:
- Buderus (Германия) – выпускает универсальные ТА, которые можно использовать для работы с твердотопливными котлами любых других марок. Баки производят из углеродистой стали и оснащают утеплением из слоя пенопласта толщиной 100 мм.
- Hajdu – венгерская продукция, привлекательная удачным соотношением «цена-качество». Толщина слоя утеплителя также составляет 100 мм.
- Lapesa – испанская компания, выпускающая теплоаккумуляторы не только бытового, но и промышленного назначения. Для теплоизоляции резервуаров используется пенополиуретан, обеспечивающий крайне низкие теплопотери.
- NIBE (Швеция) – выпускает модели, позволяющие использовать различные узлы нагрева теплоносителя (тепловой насос или солнечный коллектор). Теплоизоляция баков представляет собой слой пенополистирола толщиной 80 мм.
- S-TANK – белорусская продукция. Отличается высоким качеством и доступной ценой. Может работать с водой невысокого качества. Имеет антикоррозионную защиту в виде слоя эмали.
- GOPPO – российские теплоаккумуляторы для систем отопления, рассчитанные на давление 3 и 6 бар. Имеют изоляцию из вспененного полиэтилена толщиной 30 мм.
Выбор ТА для системы отопления частного дома – ответственное дело. Если монтаж отопления ведет специализированная компания, то по поводу правильного подбора ТА можно не беспокоиться. Если же Вы решили делать это сами, то постарайтесь принять во внимание все перечисленные параметры и выбирайте бак хотя бы с небольшим запасом объема.
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.
