Принцип работы
В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:
- Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
- Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
- Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой
Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.
Функции, которые выполняет теплоаккумулятор
Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:
- Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
- Стабилизируют температурный режим в помещениях
- Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
- Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
- Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом
Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:
- Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
- Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной
В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками
Как устроен теплоаккумулятор?
Буферная емкость, как правило, изготавливается в форме цилиндра из листовой стали (черной или нержавеющей). Объем теплоаккумулирующего бака может варьироваться от сотни до нескольких тысяч литров. Чем больше объем емкости, тем больше ее габариты. Из-за внушительных линейных размеров баков-накопителей возникают сложности с их размещением в помещении котельных. Производители готовых теплоаккумуляторов выпускают модели как с теплоизоляцией, поставляемой в отдельной упаковке, так и без нее. Толщина слоя утеплителя обычно составляет 10 см, которые необходимо учитывать при монтаже оборудования. На бак с утеплителем надевается кожух, сшитый из качественного заменителя кожи. Утеплитель замедляет остывание теплоносителя, находящегося в теплоаккумулирующей емкости.
В зависимости от конструкции буферные емкости бывают:
- пустыми (без теплообменников);
- с одним или двумя змеевиками (теплообменниками);
- с встроенными баками-бойлерами меньшего диаметра, используемыми для обеспечения автономной работы системы горячего водоснабжения загородного объекта.
В стальном корпусе бака предусматривается несколько резьбовых отверстий, которые используются для подключения аккумулирующего устройства к котлу и трубной разводке системы отопления дома.
Внешний вид и внутреннее устройство термоаккумулятора (буферной емкости) с нижним теплообменником и слоем минераловатного утеплителя
Как подключить
Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.
Словами схему подключения можно описать следующим образом:
- Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
- Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
- Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
- Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются
Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.
Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.
Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем
Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.
Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.
Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.
Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.
Варианты модернизации
Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:
- Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
- Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
- Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
- Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
- Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода
Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой
https://youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew
Подводим итоги
Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.
Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.
Расчет теплового аккумулятора
Формула расчета очень простая:
Q = mc(T2-T1), где:
Q — накопленная теплота;
m — масса воды в баке;
с — удельная теплоемкость теплоносителя в Дж/(кг*К), для воды равная 4200;
Т2 и Т1 — начальная и конечная температуры теплоносителя.
Допустим, у нас радиаторная система отопления. Радиаторы подобраны под температурный режим 70/50/20. Т.е. при опускании температуры в баке аккумулятора ниже 70С, мы начнем испытывать недостачу тепла, то есть попросту замерзать. Давайте расчитаем, когда это произойдет.
90 – это наши Т1
70 – это Т2
20 – температура в помещении. Она нам в расчете не понадобится.
Допустим, у нас тепловой аккумулятор на 1000 литров (1м3)
Считаем запас тепла.
Q
=1000*4200*(90-70)=84 000 000 Дж или 84 000 кДж
1 кВт-ч = 3600 кДж
84000/3600=23,3 кВт тепла
Если теплопотери дома – 5 кВт в холодную пятидневку, то нам хватит запасенного тепла почти на 5 часов. Соответственно, если температура выше расчетной на холодную пятидневку, то теплового аккумулятора будет достаточно на более продолжительное время.
Подбор объема теплового аккумулятора зависит от ваших задач. Если необходимо сгладить температуру, ставим небольшой объем. Если требуется накопить тепло вечером, чтобы утром проснуться в теплом доме, нужен большой агрегат. Пусть стоит вторая задача. С 2300 до 0700 – должен быть запас тепла.
Предположим, что теплопотери – 6 кВт, а температурный режим системы отопления – 40/30/20. Теплоноситель в тепловом аккумуляторе может разогреться до 90С
Время запаса 8 часов. 6*8=48 кВт
M
=
Q
/4200*(Т2-Т1)
48*3600=172800 кДж
V
=172800/4200*50=0,822 м3
Тепловой аккумулятор от 800 до 1000 литров удовлетворит нашим требованиям.
Как подключить?
Все работы связанные с внесением изменений в схему теплоснабжения следует проводить в летнее время при отключенном оборудовании и слитом теплоносителе.
Этапы установки
- Подготовка системы, слив теплоносителя.
- Определение места врезки.
- Приваривание отводов к отходящему от котла трубопроводу.
- Нарезание резьбы и установка запорной арматуры.
- Приваривание обводного трубопровода котла.
- Подключение аккумулятора.
Особенности установки и схема подключения
В своем доме можно использовать самую простую гравитационную схему, если отапливаемая площадь небольшая. Аккумулятор в таком случае устанавливается на уроне котла или ниже. Таким образом, циркуляционный насос не понадобится, так как источник тепла находится внизу и соответственно теплые слои всегда будут стремиться вверх.
Необходимо помнить что чем дальше от котла находится устройство, тем больший участок трубопровода придется проложить, а это лишние потери тепла. Аккумулятор включается параллельно уходящему их котла трубопроводу. Это делается для того чтобы можно было вывести его из работы. Для этого же в трубопровод врезается вентиль.
Одновременно, от приходящего трубопровода делается отвод с врезкой вентиля на аккумулятор. Таким образом можно будет произвести переключение потока воды с котла на резервуар, тем самым снизив гидравлическое сопротивление цепи и не обогревая остывающий котел. Перед растопкой котла следует провести обратное переключение.
Практические советы
- Даже при нижней установке аккумулятора рекомендуется оснастить его циркуляционным насосом. Это значительно повысит теплоотдачу и снизит потери тепла через стенки трубопроводов.
- При использовании трубопроводов ПВХ, желательно комбинировать их с металлической запорной арматурой, так как это даст возможность всегда произвести ее ремонт.
Эти устройства требуют достаточно больших капитальных затрат, из-за большого количества металла. Вложившись один раз, можно за один-два сезона окупить все затраты, поскольку аккумулятор может выполнять и роль бойлера для ГВС, таким образом не придется тратиться на покупку и монтаж еще одного прибора.
Для чего нужны топливные аккумуляторы?
Это разновидность пассивной отопительной арматуры делающей эксплуатацию системы отопления такой же удобной как и при использовании газового котла. В нем хранится избыток тепловой энергии, когда твердотопливный котел работает в штатном режиме, нагревая воду для системы отопления и ГВС.
Когда интенсивность пламени в топке снижается вплоть до полного угасания, горячая вода из аккумулятора автоматически начинает подаваться в систему. Таким образом можно поддерживать комфортную температуру до следующего розжига котла после чего аккумулятор автоматически возвращается в режим зарядки.
Конструкция
Представляет собой металлический бак различной, но чаще всего овальной формы, оснащенный фланцами для подключения входящих и выходящих трубопроводов.
По имеющейся оснастке аккумуляторы подразделяют на:
- Простые – не имеющие внутри дополнительных узлов.
- Сложные – оснащенные дополнительными конструктивными элементами, располагаемыми внутри.
Емкость выполняется из углеродистой или нержавеющей стали путем сваривания листового металла. Внутри аккумулятора могут находиться теплообменники через которые циркулирует котловая вода тем самым подогревая воду в емкости.
Их количество и конструкция обуславливаются мощностью аккумулирующего устройства. В качестве дополнительных также могут применяться отдельная емкость для подогрева воды на нужды ГВС и встроенный электронагреватель.
Принцип работы теплоаккумулятора
Принцип работы твердотопливного котла ранее подразумевал необходимость круглосуточного добавления топлива. С появлением теплоаккумулятора эта проблема исчезла. Котловая вода проходя через теплообменники внутри бака частично отдает свое тепло находящейся в нем воде и воде в дополнительном баке для нужд ГВС.
При полном сгорании топлива в топке циркулирующий по системе теплоноситель начинает охлаждаться и в систему подается теплоноситель из бака. Наличие автоматической подачи зависит от сложности отопительной системы, в самодельных же аккумуляторах нередко обходятся и без этой опции делая переключение вручную.
В некоторых моделях встраивают электрический нагреватель что позволяет еще больше увеличить время работы в режиме разрядки.
Где используется устройство?
Сфера применения аккумулятора – отопительные системы различной конструкции. По сути, нет ограничения ни для каких систем, однако чем она больше, тем должна быть большей и емкость резервуара. В промышленных моделях предусматривается возможность создания каскада из нескольких аккумуляторов подключаемых друг к другу.
Инструкция и видео по подключению теплоаккумулятора к твердотопливному котлу
- Вначале устанавливается котел по стандартной схеме. На трубах, идущих от него к накопителю, обязательно нужно установить группу безопасности и трехходовой клапан. Последний защищает котельную установку от конденсата. Если в котле ручная загрузка, то температура воды в обратной магистрали будет не ниже 55 град., а для его аналога гидролизного типа она лежит в пределах от 65 до 75 град. Под этот показатель подбирается соответствующий клапан. Перед ним устанавливается циркуляционный насос, нагнетающий горячий теплоноситель в буферный бак.
- В систему подключается теплоаккумулятор.
- На верхней трубе устанавливается трехходовой смесительный кран.
- Подключается насос. Для его подсоединения в систему нужно дополнительно установить на верхней части накопителя обычный релейный термостат, который имеет погружную гильзу.
- После него необходимо предусмотреть два обратных клапана: лепестковый вид будет расположен на горячей трубе, а пружинный на обратке. Они необходимы для введения в систему газового котла.
Установка, работающая на газу, признана выполнять две функции: она выступает альтернативным источником тепла, а также компенсирует долгий нагрев отопительной системы котлом, уменьшая его от 4 часов до получаса. Газовая установка дает в систему воду, нагретую до 40 град., а котел нагнетает ее до 60 град. Когда такая вода продвигается по системе, в газовом устройстве происходит автоматическое отключение. В случае если в системе температура станет меньше 40 град., газовый котел снова включится и начнет обогревать жилье.
Как работает система отопления с теплоаккумулятором
Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.
Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.
- ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
- затем вода поступает по трубам в радиаторы;
- обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.
Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.
Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.
После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.
Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:
- увеличивается время прогрева помещения;
- больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
- более высокие расходы на монтаж.
Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.
В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:
- ГВС;
- низкотемпературного отопления (теплый пол).
Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.
В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:
Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.
Правила установки и расчет
Принцип подключения теплоаккумулятора является таким же, как и у гидрострелки, а основное отличие заключается только в теплоизоляции и объеме. Эти механизмы нужно монтировать между двумя трубопроводами, идущими от котла – обратным и подающим. Подающий элемент подключается к верхней части резервуара, в то время как обратный – к нижней.
Для того чтобы рассчитать тепловую емкость устройства, можно воспользоваться следующей формулой: Q = mc (T2-T1). В данном случае Q – это количество накопленного тепла, m – масса, которой обладает вода в емкости, c – показатель удельной теплоемкости, измеряемый в Дж/(кг*К) и равный 4200, а Т2 и Т1 – исходный и конечный параметр температуры воды. Пример использования теплоаккумулятора в схеме отопления:
Данная формула позволит правильно рассчитать то, какую тепловую емкость должен иметь теплоаккумулятор для котлов отопления. При возникновении вопросов относительно создания и монтажа теплоаккумуляторов, а также во избежание неполадок во время дальнейшей эксплуатации всегда можно обратиться за помощью к квалифицированным специалистам, в наличии у которых всегда имеются фото вариантов оборудования, а также подробные видео по их правильной установке.
Подключение ТА к потребителям
С другой стороны теплоаккумулирующую емкость надо подключить к системе отопления. Если подключаем только радиаторы, все просто — с одного из верхних выходов идет труба в трубопровод подачи, в нижний подключаем обратку. Но, в этом случае, возможен перегрев радиаторов. Когда вода в баке нагрета до температуры выше 60°C, это может быть опасным, а температура может быть 90°C и даже выше. При касании к таким горячим радиаторам, высока вероятность получения нешуточного ожога. К тому же в помещении явно будет жарко.
Подключение радиаторов
Чтобы избежать подачи слишком горячего теплоносителя, ставят еще один трехходовой смесительный клапан. Схема работает также как описано выше. Выставляем на регуляторе требуемую температуру, например, 50°C. Как только теплоноситель в подаче будет горячее, клапан откроет подмес воды из обратки.
Одна из выгод установки теплоаккумулятора — возможность приготовления ГВС в той же емкости (средняя картинка на рисунке ниже). Для этого в бак встраивают теплообменник или емкость. Его выход подключают к гребенке горячего водоснабжения.
Схемы обвязки буферной емкости со стороны системы отопления
Так как и в этом случае тоже возможен перегрев, тут также необходим узел подмеса. Вот только добавлять надо холодную водопроводную воду. Реализуется этот узел при помощи еще одного трехходового смесительного клапана. Выход от холодного водопровода подключаем к смесительному трехходовому клапану ГВС. Чтобы при отсутствии разбора горячей воды она не попадала в гребенку холодной воды, на линии подачи от ХВС ставим обратный клапан.
Эта схема обвязки теплоаккумулятора имеет существенный недостаток: когда горячая вода не используется, вода в трубах остывает. Чтобы «добыть» теплую, приходится сливать остывшую просто в канализацию. Это неудобно, так как приходится ждать, и неэкономно. Для решения проблемы, от последней точки разбора тянут обратную линию, в которой устанавливают свой циркуляционный насос. Этот контур называется рециркуляционным. Пока кран нигде не открыли, вода бегает по кругу. Таким образом, из всех кранов постоянно идет теплая вода
Обратите внимание на установку обратных клапанов — они обязательны для работоспособности схемы
Обвязка теплоаккумулятора для индивидуального отопления со всеми функциональными элементами и арматурой
Для окончательной проработки схемы надо еще оговорить место установки арматуры. Это автоматические воздухоотводчики, которые ставят в самых высоких точках системы. Еще нужны запорные краны. Их устанавливают возле каждого крупного функционального узла так, чтобы при необходимости, можно было перекрыть краны и снять оборудование для ремонта или профилактики.
Как запитать теплый водяной пол
К теплоаккумулятору можно очень неплохо подключить и теплый пол. Обвязка в этом случае ничем не отличается от случая с радиаторами. Нужен тот же узел подмеса со смесительным трехходовым клапаном, но настроен он должен быть на более низкую температуру — не выше +40°C. В этом случае можно подключить теплый пол без смесительного узла — температура должна контролироваться при выходе из котла. Но можно и перестраховаться — поставить второй смесительный узел на распределительном коллекторе теплого пола.
Обвязка теплоаккумулятора с теплым водяным полом (в зеленом контуре)
Есть и второй вариант обвязки теплоаккумулятора с теплым полом — подавать той же температуры теплоноситель, что идет на радиаторы. Понижать ее будет смесительный узел. Хлопот и затрат меньше (нужны только тройники для отвода от основной магистрали), но и надежность такого решения ниже. Хотя, справляется же это оборудование с теплоносителем, который подает обычный котел.
