Теплоаккумулятор для котлов отопления: назначение и принцип работы

Использование теплоаккумулятора

В отличие от стандартной системы отопления, система, снабженная аккумулятором тепла, работает несколько иначе. В самом примитивном виде, сразу после котла бак устанавливается в качестве буферного устройства.

Между котлом и трубопроводами устанавливается бак со многослойной теплоизоляцией. Ёмкость бака, а она рассчитывается таким образом, чтобы количество теплоносителя внутри бака было больше, чем в системе отопления, содержит теплоноситель, нагреваемый от котла.

Внутрь бака введены несколько теплообменников для системы отопления и для системы горячего водоснабжения. Нагретый от котла внутренний объем аккумулятора долгое время может поддерживать высокую температуру и постепенно отдавать ее для систем отопления и водоснабжения.

Учитывая то, что самый маленький бак имеет объём 350 литров воды, то нетрудно рассчитать, что потратив одно и то же количество топлива при использовании теплового аккумулятора эффект будет намного больше, чем при прямой системе отопления.

Но это самый примитивный вид теплового прибора. Стандартный, рассчитанный на действительно работу в условиях теплоснабжения отдельного дома, аккумулятор теплоты может иметь:

  • внутренний объем от 350 до 3500 литров;
  • верхний теплообменник системы горячего теплоснабжения;
  • теплообменник системы отопления;
  • приборы системы безопасности – клапанную группу, манометр, патрубки выхода воздуха;
  • приборы системы контроля температуры, давления, предохранительные и обратные клапаны;
  • технологические выходы стандартной для обвязки арматуры диаметров;
  • высота бака с термооболочкой включает от 1,8 метра до 5,6 метра;
  • диаметр от 0,7 до 1,8 метра.

Цена таких аккумуляторов зависит от многих факторов:

  • материала изготовления бака;
  • объема внутреннего бака;
  • материала, из которого изготовлен теплообменник;
  • фирмы изготовителя;
  • комплекта дополнительного оборудования;

Замечание специалиста: рассчитать правильную работу всей системы отопления, начиная от ТТ котла и заканчивая диаметром парубков, в принципе можно и самостоятельно, но при этом следует учитывать, что мощность как котла, так и самой установки должна быть рассчитана на работу в условиях максимально низких температур в регионе.

Более детальную информацию по этому вопросу сегодня можно найти на страницах интернет сайтов, как в текстовом виде, так и воспользовавшись услугами специализированных онлайн калькуляторов, ну и конечно в специализированных фирмах, занимающихся разработкой и установкой систем теплоснабжения.

Расчёт и Подбор Теплоаккумулятора

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список баков аккумуляторов тепла соответствующих заданным исходным данным.

Тепловая мощность источника

Тепловая мощность потребителя

Время загрузки бака аккумулятора горячей водой

Время разбора горячей воды из бака

Время одновременной работы источника и потребителя

Температура нагретого теплоносителя поступающего в бак от источника

Температура остывшего теплоносителя поступающего в бак от потребителя

Максимальное давление в точке подключения теплоаккумулятора. Для большинства изготавливаемых баков Pmax= 3 бар

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

Подбор Теплоаккумулятора

Бак аккумулятор подбирают под ранее выбранный источник тепла и рассчитывают таким образом, чтобы он мог аккумулировать всё тепло выработанное этим источником, либо под потребителя которого следует обеспечить теплом, выработанным до времени теплопотребления источником малой мощности.

Приоритетом в подборе бака аккумулятора будет источник, если его мощность или время теплопоступлений лимитировано, например:

  • в схеме с твердотопливным котлом для аккумулирования тепла разовой загрузки топлива и последующим разбором системой отопления в течении суток.
  • солнечным коллектором определённой мощности со сбором тепла в светлое время суток и пиковым или равномерным на протяжении суток использованием в системе горячего водоснабжения.

Приоритетом в подборе теплоаккумулятора будет потребитель, если требуется покрыть заданную тепловую нагрузку за определённое время, например:

  • в системах отопления источником тепла в которых является электрический котёл работающий только во время действия сниженного ночного тарифа;
  • в системах горячего водоснабжения с заданным высоким пиковым потреблением горячей воды и нагревом этой воды источником малой мощности в течении суток.

Расчёт теплоаккумулятора

Расчёт теплоаккумулятора заключается в определении аккумулирующей способности запасённого объёма воды. Аккумулирующую способность воды характеризует теплоёмкость, которая равна 4,187 кДж кг/°С, это означает что для нагрева одного килограмма воды на 1 градус необходимо подвести количество тепла эквивалентное 4,187 кДж или, что тоже самое, = 1 ккал = 1,163 Вт.ч. Например, если у нас есть бак аккумулятор тепла объёмом в 1000 литров (далее условно принята масса 1 литра воды равная 1 кг) и мы его нагреем на 50 градусов, то в нём будет аккумулировано тепловой энергии 1000*50 = 50 000 ккал = 0,05 Гкал = 58 кВт.ч. При отборе тепла и охлаждении бака на 50 градусов от него будет отведено соответственно 0,05 Гкал тепла.

В зависимости от схемы применения используются различные методики расчёта аккумуляторов тепла, но в целом при подборе следует учитывать:

Схема подключения и монтаж своими руками

Схема подключения теплового аккумулятора

Если вы сталкивались с монтажом или реконструкцией отопительной системы, то вам будет несложно изготовить и установить тепловой аккумулятор. Справиться с этой работой сможет и новичок при наличии необходимых слесарных навыков.

Схема подключения буферной ёмкости имеет следующие особенности:

  • к нижним патрубкам прибора присоединяются вход котла и обратная ветка отопительной системы;
  • движение теплоносителя в системе, равно как и его подачу в нагревающий агрегат, обеспечивает циркуляционный насос, установленный совместно с обратным клапаном и запирающим краном;
  • к выходу котла подключён второй насос, предназначенный для транспортировки горячей жидкости к верхнему патрубку аккумулирующей ёмкости;
  • второй верхний патрубок бака соединяется с напорной магистралью системы отопления. При этом возможно включение как с трёхходовым клапаном, так и без него.

Отметим, что подобный принцип используется для систем с одним отопительным агрегатом. Применение нескольких котлов требует дополнительной установки запирающих, балансировочных и отсекающих устройств, что значительно усложняет схему подключения и конструкцию теплового аккумулятора.

Установка теплоаккумулирующей ёмкости

Монтаж теплового аккумулятора предусматривает установку регулирующей автоматики, запорных устройств и центробежных насосов

Вне зависимости от того, какой теплоаккумулятор используется (покупной или изготовленный своими руками), в процессе работы понадобятся:

  • шаровые краны;
  • циркуляционные насосы;
  • отрезки труб необходимого диаметра;
  • обратные клапаны;
  • датчики температуры;
  • предохранительный клапан;
  • электрическая проводка;
  • трехходовые краны или электрическая система управления работой циркуляционных насосов;
  • тепловой аккумулятор.

Кроме этого, потребуются обычные наборы сантехника и электрика, которые включают нужные инструменты и необходимые изолирующие и герметизирующие материалы.

При монтаже буферной ёмкости учитывают способность нагретой жидкости подниматься в верхнюю часть бака

Прежде всего, определяют место установки прибора. Если есть возможность, то бак монтируют как можно ближе к отопительному котлу. Теплоаккумулирующую ёмкость подключают в следующем порядке:

  1. Из отопительной системы сливают теплоноситель.
  2. К одному из верхних выводов бака подключают предохранительный клапан.
  3. На патрубки бака устанавливают шаровые краны. Можно обойтись и без запорной арматуры, но в таком случае при необходимости ремонта или замены оборудования понадобится сливать теплоноситель.
  4. К нижнему выводу ёмкости подключают циркуляционный насос, посредством которого охлаждённая жидкость будет подаваться в котёл.
  5. Напорный патрубок отопительного агрегата присоединяют к верхнему выводу теплового аккумулятора.
  6. Монтируют датчик температуры и блок автоматики, которые будут управлять циркуляционным насосом в зависимости от степени нагрева теплоносителя.
  7. К парному выводу, расположенному в верхней части бака, подключают подающую магистраль отопительной системы.
  8. На обратном трубопроводе монтируют второй циркуляционный насос. Этот агрегат понадобится для транспортировки теплоносителя по контуру обогрева.
  9. Устанавливают автоматику для управления работой второго насоса в зависимости от температуры воздуха в помещениях.
  10. Если конструкцией теплоаккумулятора предусмотрен второй контур, то его присоединяют к системе горячего водоснабжения.
  11. При необходимости выполняют электрическое подключение ТЭНа буферной ёмкости к питающему напряжению.
  12. Устанавливают устройство защитного отключения и заземляющий контур.

Места всех сопряжений должны быть тщательно герметизированы при помощи пакли и специальной пасты. Фум-ленту лучше не использовать, поскольку она не позволит «доворачивать» соединения для правильной установки циркуляционных насосов и удобного размещения шаровых кранов.

Как подключить тепловой аккумулятор в обвязке с твердотопливным и газовым котлами (видео)

Тепловой аккумулятор оптимизирует работу отопительного агрегата и позволяет экономить ресурсы. Буферную ёмкость несложно установить своими руками, для чего можно купить готовое изделие в торговой сети или же изготовить накопительный бак самостоятельно. В любом случае потраченные средства окупаются в короткий срок, что позволяет советовать установку теплоаккумуляторов как с целью энергосбережения, так и для защиты отопительных агрегатов от перегрева.

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.

Теплоаккумулятор своими руками: схемы и описание процесса

В случае принятия решения о создании теплового аккумулятора своими руками, необходимо:

  1. Выполнить расчёт объёма ёмкости.
  2. Определить подходящую конструкцию — ёмкость может быть цилиндрической или прямоугольной.
  3. Заготовить необходимые материалы и комплектующие.
  4. Собрать и проверить устройство на герметичность.
  5. Подключить ёмкость к системе отопления.

От объёма резервуара будет зависеть, сколько продержится тепло в помещении в период отключения котла. На фото представлен расчёт объёма для помещения в 100 м²:

Оптимальным накопителем для сохранения разогретого теплоносителя будет цилиндрическая ёмкость с выпуклыми днищами. Такая форма позволяет хранить довольно большой объём воды. Такие ёмкости можно изготовить только в заводских условиях.

Домашний мастер значительно облегчит задачу, если изыщет возможность и будет использовать уже готовую ёмкость. Для этого можно использовать:

  1. Баллоны для хранения и транспортировки газа.
  2. Неиспользуемые ёмкости, которые, предназначены для эксплуатации под давлением.
  3. Ресиверы, которые были установлены в пневматическую систему железнодорожного транспорта.

Но, разумеется, допустимо использование и самодельных баков. Для их изготовления применяют листовой прокат толщиной не менее 3-х мм. Внутри ёмкости располагают 8–15-метровую медную трубку, диаметром 2–3 см, предварительно согнутую в спираль. Сверху резервуара размещают патубок для отвода горячей воды, а снизу такой же для холодной. Каждый снабжают краном для обеспечения контроля поступления жидкости.

Нормальная работа теплового накопителя основана на движении горячего и холодного теплоносителя внутри, время «зарядки» аккумулятора. Оно должно осуществляться строго по горизонтали, а в момент «разрядки» —  по вертикали.

Для обеспечения такого движения необходимо обеспечить выполнения нескольких простых правил:

  1. Контур котла требуется подключить к аккумулирующей ёмкости через циркуляционный насос.
  2. Отопительную систему снабжают рабочей жидкостью с применением отдельного насосного агрегата и смесителя, в состав которого включён трехходовой клапан — он отбирает из накопителя требуемый объём воды.
  3. Насосный агрегат, который устанавливают в контуре котла, по эффективности не может уступать узлу, подающему рабочую жидкость к приборам отопления.

Утепление теплоаккумулятора

Как утепляют ёмкости? Для решения этой задачи оптимальным вариантом считают базальтовую вату, толщина которого равняется 60–80 мм. Пенопласт или экструдированный пенополистирол использовать не рекомендуется. Ещё одна причина, по которой используют вату — её пожарная безопасность. Теплоизоляцию устанавливают между ёмкостью и металлическим кожухом, который изготавливают из листового проката — его необходимо покрасить.

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.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

  • по отапливаемой площади;
  • по мощности котла;
  • по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м²  / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров.  Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

  • Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
  • Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.
  • Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.

  • Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

https://youtube.com/watch?v=sso9cNuvveQ

Преимущества теплового аккумулятора

У традиционной русской печи перед современным твердотопливным котлом есть два существенных преимущества:

  • если ее конструкция выполнена правильно, сгорание топлива в печи всегда идет в оптимальном температурном режиме, благодаря чему топливо отдает максимум тепловой энергии с образованием минимального количества продуктов горения;
  • массивное кирпичное тело печи нагревается, а затем на протяжении длительного времени отдает тепло в помещение, то есть, выполняет функцию аккумулятора тепла, позволяя сократить количество топок в сутки.

Чтобы твердотопливный котел функционировал в оптимальном режиме, полноценно сжигая топливо, он должен работать на своей номинальной мощности. Но при покупке котельного агрегата для отопления дома мощность выбирают в расчете на самые морозные дни в регионе, но таких набирается не более двух недель за зиму. Таким образом, практически весь отопительный сезон котел работает в режиме ограниченной подачи кислорода, из-за чего снижается его КПД, топливо тратится неэффективно, так как при горении отдает меньше тепла.

Схема обвязки ТА

Чтобы избежать данной проблемы, к котельному агрегату подсоединяют теплонакопитель – резервуар с водой, аккумулирующий тепло во время работы котла, и подающий нагретую воду в систему отопления, когда котел выключен на ночь и температура теплоносителя снизилась.

Функционирование устройства

Производители выпускают тепловой аккумулятор для котла в виде емкости для воды цилиндрической формы, в которую погружены змеевики для циркуляции теплоносителя разных контуров отопления и котельного агрегата.

Вода в емкости поглощает избыток тепловой энергии в процессе работы котла, нагревающего теплоноситель и готовящего воду для системы ГВС. Твердотопливный котел (если речь идет не о котлах длительного горения или автоматическом пеллетном агрегата) требует достаточно частой закладки дров или угля, поэтому его останавливают на ночь.

Это приводит к постепенному остыванию теплоносителя, циркулирующего в системе. Автоматическая подача нагретой воды из теплоаккумулятора в радиаторы или систему теплого пола позволяет дольше поддерживать в отапливаемых помещениях дома комфортную температуру.

Особенности конструкции теплового аккумулятора

Модели, предлагаемые производителями, различаются по конструкции и функциональности.

К примеру, в целях удобства и экономии нагревать воду в емкости можно несколькими способами:

  • подключив к котлу для отопления;
  • установив в теплоаккумуляторе ТЭН;
  • подсоединив емкость к солнечному коллектору.

Однако стоимость накопителей тепла в заводском исполнении достаточно высока, поэтому многие домовладельцы предпочитают теплоаккумулятор для твердотопливного котла изготовить своими руками.

В случае самостоятельного изготовления устройство обычно не оснащают змеевиками, выбирая самый простой вариант – емкость, с установленными патрубками в верхней и нижней части. К первой паре патрубков подсоединяются трубы подачи и обратки от котла, к паре патрубков, установленной на противоположной стороне емкости – трубы подачи и обратки отопительной системы.

Конструкция и назначение ёмкостного бака

Но если есть желание, время, подходящие инструменты и финансовые возможности, можно сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками, скопировав модель фабричного производства или разработав собственную конструкцию. Для изготовления змеевиков используется медная труба, также необходимо позаботиться о герметизации мест, где концы змеевика выводятся наружу. Такой подход в первую очередь востребован при наличии солнечного коллектора.

Емкость требует качественной теплоизоляции, благодаря которой температура воды дольше остается высокой.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий