Теплоаккумулятор для котлов отопления - назначение, расчет и монтаж

Содержание

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Принципиально различия между основными схемами компоновки устройств заключаются во внутреннем строении бака. В остальном это большой объемный бак вертикальной ориентации. Чаще всего используется именно вертикальная цилиндрическая схема, такое расположение позволяет проще организовывать подключение потребителей и дифференцировать объем по температуре теплоносителя.

Самым простым считается накопитель с прямым подключением контуров. В цилиндр бака на разной высоте подключены контур нагрева теплоносителя и контур конечных приборов отопления.

Эта схема применяется в системах, где используется один тип теплоносителя и нет необходимости разделять контуры котла и приборов отопления. Такие буферные емкости рассчитаны на рабочее давление системы и чаще всего имеют в качестве группы безопасности простой механический клапан. Температура в таком бае может достигать 95 градусов.

Модель со встроенным теплообменником значительно расширяет возможности системы. Чаще всего применяется нижнее расположение теплообменника, выполненного в виде спирали из нержавейки. Для увеличения площади нагрева может использоваться вместо обычной гладкой трубы гофрированная труба. В зависимости от объема системы может быть несколько теплообменников, переключение потока между ними осуществляется при помощи клапанной группы, расположенной за пределами бака.

Эта схема обеспечивает функционирование системы отопления, в которой давление в контуре котла намного выше, чем в контуре емкости и радиаторах отопления. Кроме этого, она обеспечивает использование дополнительных источников энергии, например, солнечной установки. Еще одним вариантом применения накопителя с теплообменником выступает использование разных по типу теплоносителей в котле и контурах батарей.

Буферная емкость, дополненная теплообменником во всю высоту или вторым теплообменником в верхней части нашла свое применение в системе, обеспечивающей горячее теплоснабжение дома. Холодная вода через нижнее подключение поднимается и таким образом нагревается до приемлемой температуры. Этот вариант подходит для помещений со стабильным показателем потребления горячей воды. Температура нагрева составляет 60 градусов, что соответствует нормам горячего водоснабжения.

Самым сложным вариантом накопителя выступает модель со встроенным резервуаром для горячей воды. Такие схемы чаще всего используются в накопителях большого размера, поскольку емкость для горячего водоснабжения выбирается объемом 80-100 литров, а для поддержания температуры на уровне 50-60 градусов дополнительный объем должен быть не меньше 800 литров.

Однако такая схема имеет и большой минус – для нормального функционирования пользование горячей водой и пик выработки тепловой энергии должны быть разнесены по времени, или же забор горячей воды должен быть минимальным.

Принцип работы бака-аккумулятора

Схема отопления с теплоаккумулятором

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

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

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

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

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

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

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

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

При этом горячая рабочая жидкость поступает ко всем приборам отопления.

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

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

Схема ГВС с баком-аккумулятором

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

Для сохранения тепла внутри теплоаккумулятора бак подвергается теплоизоляции.

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

Встроенный в бак теплоноситель для ГВС обеспечивает нагрев холодной воды, подаваемой через него из водопроводной системы. Тем самым он играет роль проточного водонагревателя, обеспечивая потребности хозяев дома в горячей воде.
https://www.youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew

Советы по выбору

Если не знаете, какой лучше купить теплоаккумулятор и на что обратить внимание при его выборе, то ознакомьтесь с несколькими полезными советами. Они помогут найти по-настоящему качественное оборудование и избежать покупки малоэффективных моделей

Советы по выбору:

Главным критерием выбора теплоаккумулятора является его объём. Он рассчитывается с учётом нескольких параметров (мощность, «калорийность» топлива, КПД оборудования и др.). При этом большинство покупателей выбирают объём 40 литров на каждый 1 кВт мощности.
Тепловое оборудование часто размещают в небольших и труднодоступных помещениях

Поэтому при выборе теплобака важно учитывать его диаметр, общую высоту и вес. Чем меньше будут значения, тем проще станет транспортировка и монтаж.
Чтобы не допустить ошибку при выборе буферного накопителя, учитывают материал бака

Лучше всего покупать модели из нержавейки. Они устойчивы к коррозии и способны выдержать даже максимальное давление в баке. Альтернативой станут изделия из низкоуглеродистой и конструкционной стали. В этом случае понадобиться дополнительное покрытие бака эмалью.
Советуем выбирать теплобаки, оснащаемые дополнительным оборудованием. К нему относят встраиваемые ТЭНы (трубчатый электронагреватель), контрольно-измерительные приборы (например, термометры, манометры и др.), воздухоотводчики, предохранительные клапаны (для сброса давления или слива воды), тепловые насосы. В эти элементы конструкции сделают процесс эксплуатации простым и безопасным.
Перед тем как покупать теплоаккумулятор в магазине или заказывать онлайн, проверяют толщину изоляции бака. Чем больше будет значение, тем дольше устройство будет сохранять тепло.
Рекомендуем выбирать модели, у которых все подключаемые контуры соединяются фланцами или резьбовыми муфтами. В противном случае надёжность оборудования будет ниже. По той же причине все подсоединяемые трубы не должны оказывать на патрубки статической нагрузки.
В устройствах со встроенным бойлером нужно, чтобы на всех входах воды в теплоаккумулятор были установлены фильтры механической очистки. Их наличие позволит избежать попадания в бак разного мелкого мусора. При этом на выходе воды предусматривают места для установки предохранительного клапана и приборов контроля.
Советуем покупать буферные накопители, предусматривающие вертикальный монтаж. В этом случае оборудование будет занимать намного меньше места, чем в горизонтальном исполнении.
Если теплоаккумулятор устанавливается на видном месте помещения, то рекомендуем не забывать о дизайне устройства и его цветовом оформлении. В противном случае вписать оборудование в интерьер будет проблематично.
Покупайте только те теплобаки, о которых хорошо отзывается большая часть покупателей. В этом случае вероятность покупки малоэффективной модели будет ниже.

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.

Формула:

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.

Объем	0,5	1	1,5	2	3	5
Аккумулируемое тепло при ΔT = 40ºC, кВт/ч	23	46	69	92	138	230

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.

Виды тепловых аккумуляторов

В зависимости от конструкционных особенностей:

пустотелые резервуары (не оснащены внутренними теплообменниками);
имеющие 1 или 2 змеевика – такие экземпляры усиливают потенциал системы;
со встроенными баками.

Пустотелые агрегаты – это самые простые решения, они обслуживают системы с уже обустроенными инструментами горячего водоснабжения.

В бойлерах, оснащенных змеевиками, верхний из них нужен для сбора тепловой энергии, а нижний осуществляет прогревание непосредственно емкости. Затраты на приобретение и установку здесь вполне оправданы: пользователи круглосуточно получают доступ к горячей воде, функционал отопительной системы становится гораздо более эффективным.

Модули, имеющие внутренние бойлеры, как и предыдущий вариант, не только собирают излишки выработанного тепла, но и поставляют необходимую для решения бытовых задач горячую воду. Для изготовления внутренней емкости используют легированную сталь, минимальный целесообразный объем – 150 л. Агрегат может использоваться как с дровяными, так и с электрическими и газовыми котлами, он успешно внедряется в закрытые и открытые системы.

Тепловые аккумуляторы для работы с электрическими котлами, размещают в непосредственной близости к ключевому оборудованию

Такие модели полностью окупаются за 2-5 лет. Чтобы уменьшить расходы, связанные с оплатой энергоресурса, специалисты рекомендуют перейти в режим ступенчатой тарификации.

В этом случае будут установлены временные рамки, в пределах которых расценки на электричество станут минимальными. В подобных условиях благодаря наличию в отопительной системе вместительного бойлера можно будет использовать котел в льготные часы, накапливая излишки тепла и расходуя их тогда, когда невыгодно включать нагревательный элемент.

В обычных твердотопливных котлах сложно настроить точный уровень генерации тепла в соответствии с текущими потребностями, здесь резервуары выполняют роль буфера, позволяющего получать пользу в моменты возникновения избыточной энергии, сохраняя и направляя ее в радиаторы в периоды простоя.

Загородные домовладения все чаще оснащают солнечными коллекторами, позволяющими использовать в решении повседневных задач бесплатные природные ресурсы. Такие системы стоят дорого, требуют тщательного расчета, и для их полноценной эксплуатации необходимы усовершенствованные тепловые аккумуляторы. Неравномерное поступление солнечной энергии ввиду смены времени суток и погоды, сезонности компенсируется возможностью сохранения излишков.

Вопрос установки теплоаккумулятора особенно актуален в том случае, если отопление и горячее водоснабжение полностью базируется на этом источнике. Гелиоколлекторы, установленные на южной стороне, получают максимальный объем лучей и направляют их преобразованный эквивалент в инженерные системы дома.

Буферные резервуары здесь работают также, как и с твердотопливными котлами – сохраняют и равномерно распределяют тепловую энергию, расширяют возможности ее использования.

Критерии при подборе

Выбирают теплоаккумулятор, учитывая параметры системы отопления и вид теплоносителя Подбирать тепловой аккумулятор необходимо в соответствии с точными расчетами, учитывающими параметры домашней системы отопления

Однако помимо расчетных значений принимают во внимание общие характеристики тепловых накопителей

Давление в системе отопления. По этому параметру тепловой аккумулятор должен соответствовать системе отопления. Во всяком случае значение может быть выше, но не ниже. Какое давление сможет выдержать накопитель, зависит от толщины стенок, формы резервуара, материала изготовления. Теплоаккумуляторы для котлов, выдерживающие более 4 бар, имеют выпуклые нижнюю и верхнюю крышки.
Объем буферной емкости. Этот параметр считают наиболее важным и стараются выбрать емкость такого объема, чтобы накопитель мог аккумулировать все лишнее тепло. Но в то же время и излишне объемный прибор не нужен.
Наружные размеры и вес. Вопросы транспортировки и размещения оборудования решать придется, поэтому необходимо тщательно все рассчитать: пройдет ли бак в дверной проем, выдержат ли перекрытия при полностью заполненном водой резервуаре.
Оснащение дополнительными теплообменниками. Они позволяют еще более оптимизировать функционирование системы. Модели подбирают в соответствии со сложностью всей системы.
Возможность установки дополнительных устройств. Совместно с аккумуляторным буфером обмена устанавливают дополнительные ТЭНы, датчики и регуляторы температуры. Если все элементы системы подобраны грамотно, можно снизить расход топлива в два раза.

Что представляет собой теплоаккумулятор и зачем нужен

Прибор представляет собой большой резервуар с водой, которая в данном случае выступает в качестве теплоносителя. Благодаря высокой теплоемкости воды при полном нагреве всего объема имеющегося в резервуаре, накапливается большой запас тепла, который в дальнейшем используют по необходимости. Нагревшаяся вода часто используется в отопительной системе для поддержания комфортной температуры в помещении.

Основной задачей аккумулятора тепла является накапливание тепловой энергии в случае, если имеется избыточная в системе отопления, и ее последующая передача в моменты, когда тепла не хватает, например, при выключении основного источника тепла. Из этого следует, что оптимальнее всего использовать теплоаккумуляторы имеющие тепловые источники с выраженным периодом работы. При сочетании теплоаккумуляторов и электрических отопительных котлов, пользователи значительно экономят расходы на электроэнергию, так как в большинстве населенных пунктов существует разница между ночными и дневными тарифами. Как правило, разница в цене на ночной меньше почти в два раза, таким образом если использовать котлы ночью, а днем потреблять тепло, которое накопит аккумулятор, то можно заметить значительную разницу в расходах. И если учитывать регулярный рост цен на электроэнергию, многие начинают рассматривать подобные конструкции, как идеальное решение для экономии средств. Также аккумулятор тепла, можно использовать, как соединительный элемент, между несколькими источниками тепла, при помощи переключения между нами, что позволяет минимизировать расходы н энергию. Конечно такими возможностями наделены не все приборы и поэтому перед покупкой следует заранее ознакомиться с функциональными возможностями.

Плюсы и минусы

Перед установкой прибора в помещении специалисты рекомендуют ознакомиться с достоинствами и недостатками теплоаккумуляторов.

Достоинства:

значительно понижаются траты на электричество и топливо;
повышается производительность отопительных систем;
не происходит перегревание устройств;
уменьшается расход твердого топлива в котлах;
пользователи могут выбрать и установить нужный температурный режим;
за счет наличия перераспределяющей функции продлевается период службы котла;
присутствует возможность совмещения с несколькими отопительными системами;
повышается удобство и безопасность использования отопительных котлов.

Пользователи также отмечают, что за счет совместной работы котла и теплоаккумулятора топливо в печи прогорает не до конца, происходит экономия продукта и плюс ко всему отпадает потребность в регулярной чистке от продуктов сгорания ни самого котла ни дымохода.

Недостатки:

довольно долго запускается в нормальный рабочий режим, из холодного состояния;
транспортировка прибора неудобна, так как он имеет большое количество комплектующих, также это отражается на его установке;
требует немалых денежных вложений, которые не быстро окупаются экономией на электроэнергии и топливе;
сохраняется необходимость в топливном складе вблизи котельной.

Довольно часто умельцы самостоятельно оборудуют котлы аккумуляторами тепла, что позволяет снизить расходы на их установку и обслуживание.

Что такое тепловой аккумулятор

Тепловой аккумулятор – устройство, предназначенное для накопления тепловой энергии с целью ее использования в домах, зданиях, на промышленном производстве. Тепловой аккумулятор или, как его иногда еще называют – буферная емкость – ни что иное, как обыкновенная бочка (круглая или квадратная). Но бочка эта не простая, а волшебная.

Она способна экономить ваши деньги и создавать комфортную температуру в доме. У самой простой модификации теплового аккумулятора два выхода вверху и два внизу. Что еще может быть проще? Про тепловой аккумулятор наслышаны многие, но когда и как его применить, сэкономив при этом на отоплении, знают далеко не все.

Для чего нужен теплоаккумулятор, и как рассчитывается

Не для всех систем отопления теплоаккумулятор является необходимостью. Но вот владельца домов с электрическими или дровяными котлами – есть о чем задуматься.

Давайте для начала глянем на работу дровяного котла. Сразу бросается в глаза выраженная цикличность выработки тепловой энергии с чередованием различных этапов. От полного отсутствия поступления тепла при регулярной обязательной чистке камер и загрузке топки дровами, до максимальной теплоотдачи при выходе на полную мощность. И так далее – по устоявшемуся режиму работы системы.

Получается, что при активном горении дров тепло вырабатывается, скорее всего, с избытком, а при прогорании закладки его явно недостаточно. Теплоаккумулятор в такой ситуации помогает «сгладить эти синусоиды» — избыточное тепло в период активности накапливается, и по необходимости дозировано отдается в контур отопления.

Один из простейших вариантов обвязки твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Электрические котлы относят к наиболее удобным и безопасным в эксплуатации, чрезвычайно простым и послушным в управлении. Но высокая стоимость электрической энергии «портит всю картину». Чтобы как-то снизить затраты, наверное, имеет смысл перенести работу электрического котельного оборудования на время действия льготных тарифов – на ночь. То есть в этот отрезок времени «накачивать теплом» теплоаккумулятор, а потом в течение дня постепенно расходовать созданный запас.

Кстати, наличие теплоаккумулятора – это большой плюс для тех, кто намеревается использовать альтернативные источники. Например, при желании к нему подключается и расположенный на крыше солнечный коллектор, который в погожий день может выдать очень существенный приток тепла.

Принцип устройства этого аккумулятора не столь сложен – по сути, это вместительный бак, заполненный водой. За счет высокой теплоёмкости воды он получает возможность накапливать тепло, которое потом рационально используется хорошо настроенной системой отопления.

Но какой объем такой буферной емкости необходим? Это необходимо знать хотя бы из тех соображений, чтобы предусмотреть свободное место в котельной для монтажа подобного крупногабаритного оборудования.

Для расчета имеется специальная формула, на основании которой был составлен онлайн-калькулятор, предлагаемый вниманию читателей.

Пояснения по проведению вычислений

Ля расчета пользователь должен указать в полях калькулятора несколько исходных величин.

Расчетное количество тепла, требуемое для полноценного отопления дома. По идее, хозяева должны располагать такой информацией, если живут в доме не первый год. Если нет, то придётся рассчитать, и с этим мы тоже поможем.

Следующий параметр – паспортная мощность имеющегося котла. Следует прочувствовать разницу между этой и предыдущей величинами, так как их частенько путают.
Период активности котла.

— Для твердотопливного – это известное владельцам по опыту обслуживания время прогорания дровяной закладки, то есть тот период, когда котел действительно поставляет тепло в общую «копилку».

— Для электрического – промежуток времени, на который запрограммирована работа котла в период действия льготного ночного тарифа.

Коэффициент полезного действия котла – придется поискать в техническом описании модели. Иногда пишется сокращенно КПД, иногда обозначается греческой буквой η.
Наконец, последние два поля калькулятора – это температурный режим работы системы отопления. То есть – температура в трубе подачи на выходе из котла, и в трубе «обратки» на входе в него.

Вот теперь осталось только нажать на клавишу «РАССЧИТАТЬ…» — и будет выдан результат в литрах и кубических метрах. От этого минимального значения и «пляшут» уже при выборе подходящей модели теплоаккумулятора. Такой прибор гарантированно обеспечит наиболее экономичную работу системы отопления.

Виды агрегатов

Функционально бойлеры делят на два основных вида:

системы, обслуживающие только отопительные приборы;
для подключения отопления и соединения с водяным контуром ГВС.

Если схема использования напорного резервуара подразумевает подключение только радиаторов отопления, то в качестве теплоносителя может использоваться антифриз. Такой теплоноситель особенно актуален для небольших производств, станки которых не терпят сильного охлаждения.

Схема, связанная с водяным контуром горячего водоснабжения, в обязательном виде напитывается водой. Это делается во избежание смешивания жидкостей при аварийных ситуациях. Источники, работающие на твердом топливе, чаще всего используют воду в качестве теплоносителя. Схема с водяным накопителем тепла легче воплощается своими руками.

По принципу теплоотдачи накопительные резервуары делят еще на два типа: динамические или статические.

Статические теплоаккумуляторы подразумевают прямой нагрев жидкости внутри емкости. Это осуществляется тэнами, подключенными к электрической сети или альтернативным источникам энергии.

Динамические агрегаты работают в связке с котлами на твердом топливе или газе. В этом случае жидкость нагревается в котле и поступает в бойлер. А змеевик, связанный с водяным контуром водоснабжения или радиаторами, нагревается от жидкости, поданной из отопительного котла.

В системах с динамическим типом теплоотдачи более рациональна схема с трехходовым краном, клапаном или автоматическим устройством. Это позволит регулировать температуру в радиаторах или теплых полах через запорную арматуру, управляющую водяным контуром.