Тепловой аккумулятор: преимущество использования в различных системах отопления, особенности расчета и обвязки

Буферная или емкость или теплоаккумулятор для отопления используется для накопления горячего теплоносителя с целью его более рационального использования. Однако, большинство систем отопления с газовыми, электрическими и дизельными котлами функционируют без аккумулирующего бака. Следует определить, в каких именно случаях использование теплоаккумулятора для котла отопления является наиболее эффективным, а когда не приносит заметного экономического или технического эффекта.

Преимущества использования теплоаккумулятора для котлов различного типа

Приобретая тепловой аккумулятор, пользователь ожидает значительного повышения КПД системы отопления. Однако, коэффициент увеличения отличается для котлов, использующих различные виды топлива.

Газовый котел

В газовых системах теплоаккумуляторы для отопления используются довольно редко. Причина состоит в высоком уровне автоматизации газового котла в сочетании с использованием встроенных циркуляционных насосов. Таким образом, буферная емкость будет только мешать принудительному перемещению теплоносителя по системе. Что касается экономии средств, то для газового топлива не существует особых тарифов. Следовательно, нет возможности в нагреве теплоносителя при низкой цене топлива.

Электрический котёл

Электрокотлы оборудованы эффективной системой контроля с высоким уровнем автоматизации. Однако они являются одними из самых дорогостоящих, с точки зрения цены на энергоресурсы. В сочетании с теплоаккумулятором для системы отопления затраты на электричество могут быть существенно снижены. Это происходит при условии использования двухтарифного счётчика. В ночное время при слабой загрузке энергосистемы электрический котел работает при более экономном тарифе, нагревая теплоноситель и заканчивая его в аккумулирующий бак. Утром по сигналу таймера или программатора котел отключается. В дневной период горячий теплоноситель при помощи циркуляционных насосов распределяется по системе отопления.

Твердотопливный котел

Существует несколько причин, по которым использование теплоаккумулятора для твердотопливного котла является наиболее эффективным. Прежде всего, это возможность управления системой отопления, которая делает нагрев дома более эффективным. Для газовых, электрических и даже жидкотопливных (дизельные, мазутные) котлов, существует возможность в любой момент уменьшить подачу топлива, понизив температуру теплоносителя. Твердотопливные котлы, независимо от типа: с одной топкой (классические), длительного горения или конденсационные, не могут без ущерба для конструкции одномоментно прекратить работу. Они имеют высокую степень тепловой инерции и практически не поддаются управлению. Единственный способ контроля процесса горения в топке, это регулятор тяги.

Зачастую в момент работы высвобождается избыточное количество тепла. При этом, установить терморегулятор на радиаторы отопления настоятельно не рекомендуется. Исключение нескольких контуров из общей системы теплообмена приведет к резкому росту температуры теплоносителя на обратке. Что может привести к повреждению теплообменника и топки. Комфортная температура в доме достигается путем проветривания помещений. Это является неэффективной тратой энергоресурсов. Таким образом, поддержка требуемого температурного режима твердотопливного котла выполняется исключительно вручную. Для этого необходимо систематически, через короткие промежутки времени, подавать в топку небольшое количество топлива. Что явно не облегчает обслуживание системы отопления.

Выполнив подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу, конечный пользователь получает сразу несколько преимуществ:

• Значительное повышение КПД, в некоторых случаях до 75-85%, против обычных для твердотопливного котла 45-50%;
• Возможность контролировать температуру в доме с разделением на отдельные зоны и установкой комфортных температурных параметров независимо в каждом помещении;
• Увеличивается период между загрузками топлива, кроме того основное функционирование можно перенести на дневное время;
• Уменьшается риск пиковых нагрузок при экстремальной эксплуатации, перегрева топки и теплообменника или образования конденсата, что положительно сказывается на продолжительности функционирования котла.

Основные технические характеристики теплоаккумулятора для частного дома

Бак теплоаккумулятора имеет цилиндрическое или квадратное сечение и объём от 200 до 30000 л. Материалы для изготовления служит нержавеющая сталь или металлические сплавы с антикоррозионным покрытием. Кроме того, наличие воды, занимающей весь внутренний объем замедляет интенсивность коррозии. Буферные емкости небольшого объема покрывают изнутри эмалью. Некоторые производители предлагают емкости, изготовленные из термостойких полимерных материалов с дополнительными ребрами жесткости для укрепления конструкции. Такие изделия не боятся коррозии, однако имеют существенные ограничения по размерам в связи с низкой прочностью материала.

Некоторые баки имеют горизонтальные перегородки, разделяющие внутреннее пространство на отдельные секции. Это способствует более выраженному температурному расслоению воды. Как следствие, повышается эффективность управления тепловыми потоками.

Количество пар патрубков подачи и обратки зависит от системы отопления. Большинство моделей имеют от 2 до 10 пар. При этом на каждую пару рекомендует устанавливать отдельный циркуляционный насос. В конечном счете, более целесообразно при обвязке котла с теплоаккумулятором дополнительно использовать тепловой коллектор (гребенку) для распределения теплоносителя по контурам.

Некоторые модели предоставляют возможность установки дополнительных нагревательных элементов. Теплоаккумулятор с тэном, в зависимости от его мощности, может стать полноценным источником тепла, полностью заменив твердотопливный котел, при менее эффективных режимах обогрева.

Расчёт теплоаккумулятора для отопления и особенности его выбора

Объём ёмкости буферного накопителя находится в прямой зависимости от мощности твердотопливного котла. На практике, это выражается следующим образом. Объём бака должен быть такой, чтобы имеющийся в нем теплоноситель полностью нагревался до расчетной температуры за время одной загрузки топлива. Учитывая, что время эффективного нагрева классического твердотопливного котла составляет порядка 3-4 часов. Такой режим работы позволяет сократить количество загрузок до 1-3 как в сутки, что обеспечивает КПД близкий к максимальному.

Выполним расчет теплоаккумулятора на примере частного коттеджа площадью 150 м2. При достаточно эффективном утеплении сооружения, при температуре окружающей среды -30°С теплопотери такого дома могут достигать 15 кВт/ч. В сутки теплопотери составят около 360 кВт/ч.

При условии отопления дома сухими березовыми дровами, имеющими выход тепловой энергии 3,8 кВт/ч/кг. Общие суточные затраты топлива могут составить 95 кг. При условии, что объем топки среднего по размерам котла составляет около 50 л в неё можно свободно загрузить 30 кг дров. Что даст 114 кВт/ч тепловой энергии. Это значит, что в сутки необходимо выполнить три полные загрузки.

Для упрощения расчетов принимается, что на 1 кВт мощности котла необходимо 18-23 л воды в аккумулирующем баке. При условии, что вся тепловая энергия, которую обеспечивает котел, используется только для нагрева теплоносителя в баке его объем должен составлять 1,5 тонны. Исходя из практики, твердотопливный котел для обеспечения системы отопления с одновременным нагревом воды в аккумуляторе должен иметь избыточную мощность. Если обычно системы отопления принимается 1 кВт на 1 м2, в сочетании с буферной емкостью мощность должна быть увеличена 25-30% и составлять 20-25 кВт.

Если твердотопливный котёл определенной мощности уже имеется, то расчетный объём бака необходимо сокращать на треть. Таким образом, она составит для данного дома 1000л.

Принимаем теплоотдачу котла на одной загрузке равную 38 кВт/ч. (3 часа работы на березовых дровах (30кг) 114 кВт/ч.). Из них на поддержание системы отопления дома уходит около 15 кВт/ч, а на нагрев теплоносителя в баке остальные 23 кВт/ч. Соответственно, буферная емкость объёмом 1000 л будет нагреваться до плановой температуры на протяжении 2,8 часа, что соответствует продолжительности одной загрузки. Следовательно, объём бака буферной емкости подобран правильно.

После того как котёл погаснет температура теплоносителя из бака будет достаточно для обеспечения комфортного уровня температуры в помещениях на протяжении 3-4,5 часов. То есть одной загрузке котла в сочетании с буферной емкостью достаточно на 6-7,5 часов. Это означает сокращение количества загрузок топлива на треть при температуре -30°С и вдвое при -10°С.

Типовые схемы обвязки ТТ котла с теплоаккумулятором

Правильная обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором, кроме своей основной функции накопления и выдачи тепла, выполняет еще несколько дополнительных:

• Быстрый переход твердотопливного котла в рабочий режим;
• Подача в систему отопления теплоносителя с определенной (комфортной) температурой.

Буферная ёмкость подключается к котлу таким образом, чтобы разделять котловой и отопительный контуры.

Котловой контур отделён от накопителя байпасом с трёхходовым клапаном. В начале запуска твердотопливного котла теплоноситель движется по малому кольцу через байпас, пока не достигнет температуры около 60°С на обратке. После этого угроза низкотемпературной коррозии теплообменника существенно снижается. Трёхходовой клапан начинает открываться, перенаправляя теплоноситель в буферную емкость.

Схема подключения твердотопливного котла с теплоаккумулятором включает следующие элементы:

• Группа безопасности устанавливается на подаче непосредственно возле твердотопливного котла. В нее включается предохранительный клапан, манометр и кран Маевского (клапан для удаления воздуха);
• Узел подачи горячего теплоносителя в обратку (подмес) для защиты топки и теплообменника;
• Запорная арматура с кранами для слива и наполнения системы отопления;
• Расширительный бачок для компенсации температурных расширений теплоносителя;
• Буферная емкость теплоаккумулятора;
• Смесительные узлы контуров отопления (коллектор, если контуров много);
• Автоматика управления подачи теплоносителя в систему отопления.

Следует помнить, что такая система является энергозависимой. И для её функционирования необходимо предусмотреть альтернативные источники питания аккумуляторы или дизель-генератор.

Буферная емкость для отопления: принцип работы и критерии выбора

Что представляет собой буферная емкость для отопления, и зачем она необходима в котле? Если говорить коротко, то такая емкость представляет собой большую железную бочку для воды, имеющую теплоизоляционный слой и выполняющую функции термоса. Из-за своей способности накапливать тепло, а потом постепенно распределять его по всей отопительной системе, емкость помогает экономить финансовые средства, предназначенные для оплаты расходов, связанных с обогревом помещения.

Основное предназначение и принцип работы

Функционирует емкость в отопительной системе по определенной схеме. Котел нагревает тепловой носитель, которая собрана в буферной емкости. Насосная установка подает горячий носитель из верхней точки емкости к радиаторам. В таком же объеме вода возвращается через обратку в буферное устройство для системы оопления. На насосе можно смонтировать термостат, отвечающий за включение и отключение установки.

Как только температурный режим понизится, котел придется топить снова. Но как быстро произойдет подобное? Если в системе нет буферной емкости, это происходит сразу, и ощущается часа через три. А установленная в системе отопления буферная емкость увеличит объем теплового носителя в несколько раз, значит, и остывание его будет происходить медленней. Как говорится, реальность пользы и экономии денег вполне очевидна.

Главная польза от накопительного бака состоит в обеспечении дополнительной безопасности. Проще говоря, емкость защитит котел и отопительную систему от перегревания во время отключения электрической энергии. В связи с тем, что дрова прогорят не сразу, и циркулирование воды не прекратится, котел перейдет в режим аварийного ожидания. Если отключается электроэнергия, и насосы останавливаются, то в случае подключения буферной зоны с возможностью естественного движения теплоносителя, бак заберет излишки тепловой энергии и не допустит создания аварийной ситуации в системе обогрева.

Естественно, вариант установки буферной емкости для котла отопления – дело затратное по стоимости и расходным материалам. При этом площадь вашей котельной должна быть не менее восьми квадратных метров с потолками не ниже двух с половиной метров.

Как выглядит буферная емкость для отопления

Существуют разные методы расчетов рекомендуемых объемов, но практикой доказано, что на каждый киловатт мощности необходимо создавать запас объема в два – три десятка литров. Получается, что вместительность буферного бака полностью зависит от мощности вашего оборудования.

Но все расходы вам придется понести один раз – потом начнется сплошная экономия.

Варианты конструкций и схем их подключения

Буферные емкости для систем отопления могут быть прямоугольными либо плоскими. Но мера эта вынужденная, определяется условиями монтажа в конкретной котельной. В качестве теплового носителя могут использоваться обычная вода или антифриз.

Чтобы улучшить эффективность работы емкости, ее рекомендуется утеплять слоем на четыре – десять сантиметров. Кроме этого, буферная емкость для котла отопления может комплектоваться:

• встроенными электрическими нагревательными элементами (ТЭНами),
• медными или стальными змеевиками, изготовленными из нержавеющего материала или черного металла. Их основное предназначение – готовить ГВС, подключать дополнительные тепловые источники, гелиосистемы, «теплые полы»,
• резервуарами для подготовки ГВС вместимостью на сто – двести литров.

Теперь рассмотрим наиболее распространенные варианты подключения буферной емкости к системе отопления.

Основное предназначение смесительного узла – не пускать холодную воду из обратки в теплогенератор. Трехходовой клапан, отрегулированный на температурный режим не ниже сорока пяти градусов, направляет тепловой носитель по малому кругу, пока он не нагреется до заданного параметра. После этого через клапан начинает дозировано поступать холодная жидкость. Чтобы очищать систему от накипи, до клапана рекомендуется установить фильтр-грязевик. При этом необходимо помнить, что вертикальная схема монтажа – ошибочное действие.

Большинство изготовителей настоятельно советуют пользоваться теплоаккумуляторами (буферными емкостями). Обусловлено это определенными причинами:

• после закрытия заслонки в камере тлеет древесина с минимальным количество кислорода, от чего повышается количество угарного газа, растет уровень загрязнения окружающей среды. По этой причине котел должен функционировать на средних или максимальных показателях, излишки тепла сосредотачивая в емкости,
• как только дрова прогорят, тепловой энергии, накопившейся в буферной зоне, будет достаточно, чтобы какое-то время обогревать все помещения. Продолжительность такого варианта обогрева зависит от величины бака.

Вариант подключения, альтернативный предыдущему способу – обвязка котла, работающего на твердом топливе, с буферным баком. Способ подключения буферной емкости к системе отопления отличается тем, что бак не накапливает тепло, а разделяет котел от трубного контура отопительной системы, которых может быть несколько, с разными температурными режимами теплоносителей.

Зачастую твердотопливные котлы устанавливаются в качестве дополнительного элемента в домах, в которых уже имеются электрические установки. Чтобы совместная работа проходила корректно, потребуется выполнить правильную обвязку, в которой предусмотрена для агрегатов подстраховка друг друга. К примеру, в котле прогорает уголь. В это момент автоматически активируется электрический либо газовый котел.

Плюсы и минусы использования

Каждый тепловой источник, предназначенный для обогрева помещений, отличается своими особенностями, которые необходимо принимать во внимание во время проектирования и монтажа теплового источника.

Установка буферной емкости в систему отопления отличается неоспоримыми преимуществами:

• практически на пятьдесят процентов экономятся энергетические ресурсы,
• емкость дает возможность котлу работать на полную мощность. Это продлевает ресурс теплового источника, потому что конденсат образовывается в минимальных количествах. Кроме того, топливо сгорает в полном объеме, количество вредных выбросов в атмосферу снижается, котел реже нуждается в чистке,
• объем теплового носителя, содержащийся в буферной емкости, защищает отопительную систему от перегрева,
• работа теплоаккумуляторного бака лучше всего проявляется в межсезонье, когда отопительный котел задействуют периодически.

Буферная емкость для отопления экономит ресурсы

Теперь рассмотрим негативные моменты, которые присущи буферной емкости:

• придется нести дополнительные расходы на приобретение буферного резервуара и прочих комплектующих, необходимых для обвязки. Но практикой уже доказано, что все расходы окупятся в течение двух – трех лет,
• система отопления усложняется, для установки оборудования потребуется дополнительное пространство,
• отопительная система с буферным баком будет «разгоняться» в течение двух – четырех часов.

Критерии выбора

Решив выполнить установку емкости, придется учесть определенные нюансы:

• объем тепла емкости зависит от вместительности. Количество теплоносителя должно быть таким, чтобы энергия не расходовалась зря, и весь избыток тепла сосредотачивался в баке,
• уточняется предел допустимого давления. Оно должно быть не менее аналогичных показателей для любого отопительного контура,
• по значениям показателей, приведенных выше, определяют размеры и вес емкости. Не стоит забывать, что в баке будет вода, массу которой тоже придется учесть,
• выбор модели осуществляется с учетом схемы подсоединения и решаемых задач. По этой причине могут устанавливаться баки, имеющие необходимое количество теплообменников,
• немаловажное значение уделяется материалу, из которого изготовлен бак. Нержавеющая сталь прослужит долго, но и обойдется вам по деньгам значительно дороже.

При выборе буферной емкости для отопления обращайте внимание на материал изготовления

Нюансы подключения к системе отопления

Когда буферная емкость приобретается к существующей схеме, до подключения в общую систему отопления рекомендуется продумать вопрос, как вы внесете ее в котельную. Вероятно, придется снимать дверное полотно или даже расширять проем. Если площадки под бак, наполненный водой, по прочности окажется маловато, придется устраивать дополнительное фундаментное основание.

Обязательно ознакомьтесь с вариантами подключения выбранного вами буферного бака, монтажом нагревательных элементов, измерительных устройств, приборов для обеспечения безопасной эксплуатации. Здесь необходимо помнить, что соединения сварным способом запрещаются – только резьба или фланцы.

Эффективность работы вашего буферного устройства будет зависеть от толщины теплоизоляционного слоя и материала, из которого он будет устроен.

Рядом с баком необходимо установить предохранительный клапан и манометр.

На каждый используемый патрубок системы устанавливается запорный кран и прибор для визуального наблюдения за температурным режимом. Если в комплекте поставки такие элементы отсутствуют, их необходимо приобрести отдельно.

На некоторых моделях имеются воздухоотводчики, работающие в автоматическом режиме. В противном случае их докупают и устанавливают в специальное гнездо на верхней части бака или находящегося там же патрубка.

Не рекомендуется заниматься самостоятельным усовершенствованием буферных систем, чтобы не создать проблем для безопасного проживания.

Методы расчета параметров

Опытные специалисты, выбирающие буферную емкость для устройства системы отопления, при расчете емкости пользуются одним из известных способов.

Статистический

При таком варианте подразумевается определение нужного объема емкости с учетом количества загружаемого топлива. В основу закладывается принцип равновесия между показателями вырабатываемой и используемой энергии.

Чтобы тепловая энергия не отбиралась системой отопления, емкость должна поглощать все количество энергии, произведенной котлом при максимальной загрузке топки. Для такого расчета придется номинальную мощность котла умножить на время, за которое топливо прогорит полностью.

Динамический

Для проведения расчетов этим способом необходимо знать количество энергии, затрачиваемой на обогрев здания, и действующий в этот момент температурный режим. Максимальное время для работы котла в этом случае определяется пользователем, измерение его ведется в сутках.

Буферная емкость защитит ваш отопительный котел от гидравлических ударов, прогрев теплового носителя в системе будет происходить более равномерно. Аккумуляторный бак займет важное место в вашей системе обогрева помещений.