Термо аккумуляторы для отопления дома. Буферная емкость (теплоаккумулятор) для системы отопления

Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость) представляет собой устройство, обеспечивающее накопление и сохранение тепла в течение длительного времени для его дальнейшего использования. Простейшим примером накопителя тепла служит обычный бытовой термос. В качестве еще одного примера можно назвать обычную печь из кирпича, которая нагревается при сжигании в ней топлива, а после окончания топки печь еще несколько часов продолжает отдавать тепло, обогревая помещение.

Использование буферной емкости в системах отопления и горячего водоснабжения обеспечивает бесперебойную подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам независимо от того, работает ли котел в данный момент или нет.

Тепловой аккумулятор позволяет также повысить эффективность работы всей системы, увеличить ресурс оборудования и значительно снизить расход энергоресурсов на обогрев помещений и ГВС.

Наибольший эффект от применения ТА заметен в системе, работающей на основе твердотопливного обогревательного котла. Это позволяет добиться значительной экономии топлива (до 25-30%) и увеличить КПД котла до 85%.

Приобрести готовый бак-аккумулятор можно в магазине либо изготовить его самостоятельно. При этом важно правильно рассчитать его емкость и другие технические параметры, а также правильно подключить буферный накопитель к системе отопления.

В этой статье:

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.

Также внутри бака может располагаться теплообменник ГВС, обеспечивающий подачу горячей воды за счет ее нагрева рабочей жидкостью системы отопления.

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.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

1. Обогревательный котел.
2. Тепловой аккумулятор.
3. Отопительные приборы (радиаторы).
4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

• для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
• для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Что учитывать при покупке

Выбор накопителя тепла для отопления

При выборе теплового аккумулятора для индивидуального отопления дома необходимо учитывать объема бака и его технические параметры, которые должны соответствовать параметрам котла и всей системы отопления.

К ним, в частности, относятся:

1. Габаритные размеры и вес устройства, которые должны обеспечить возможность его установки. В случае, когда невозможно найти подходящее место в доме для бака с нужной емкостью, допускается замена одного бака на несколько буферных емкостей размером поменьше.

2. Максимальное давление рабочей жидкости в системе отопления. От этого значения зависит форма буферной емкости и толщина ее стенок. При давлении в системе до 3 бар форма бака не имеет особого значения, но при возможном повышении этого значения до 4-6 бар необходимо использовать емкости тороидальной формы (со сферическими крышками).

3. Максимальная допустимая температура рабочей жидкости, на которую рассчитан ТА.

4. Материал аккумулирующего бака для системы отопления. Обычно их делают из углеродистой мягкой стали с влагостойким покрытием или из нержавеющей стали. Емкости из нержавейки отличаются наиболее высокими антикоррозийными свойствами и долговечностью в эксплуатации, правда стоят дороже.

5. Наличие или возможность установки :

• электронагревателей (ТЭНов);
• встроенного теплообменника, для подключения к ГВС, что обеспечивает подачу в дом горячей воды без дополнительных водонагревателей;
• дополнительных встроенных теплообменников для подключения к другим источникам тепла.

Сравнение популярных моделей

Выпуском бак-аккумуляторов тепла занимается множество отечественных и зарубежных производителей. Приведем сравнительную таблицу некоторых моделей российских и иностранных моделей емкостью 500 литров.

Главным образом стоимость зависит от материала (углеродистая сталь или нержавейка), ее формы (обычная или тороидальная), а также наличия дополнительных опций или возможности их установки.

Расчет объема емкости

Основным параметром при покупке буферной емкости для твердотопливного котла, а также для является емкость теплоаккумулятора, напрямую зависящая от мощности обогревательного котла.

Существуют различные методики расчета, основанные на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом (примерно 2-3,5 часа).

Соблюдение этого условия позволяет получить максимальный КПД котла с максимальной экономией топлива.

Самый простой способ расчета предусматривает, что одному киловатту мощности котла должно соответствовать не менее 25 литров объема подключаемой к нему буферной емкости.

Таким образом, при мощности котла 15 кВт емкость бака-аккумулятора должна быть не менее: 15*25=375 литров. При этом емкость лучше выбирать с запасом, в данном случае – 400-500л.

Существует и такая версия: чем больше емкость бака, тем эффективнее будет работать система отопления и тем больше получится сэкономить топлива. Однако эта версия накладывает ограничения: поиск свободного места в доме под установку теплового аккумулятор больших размеров, а также технические возможности самого котла отопления.

Объемы емкости теплоносителя имеют верхний предел: не более 50 литров на 1кВт. Таким образом, максимальный объем накопительного бака при мощности котла 15 кВт не должен превышать: 15*50=750 литров.

Очевидно, что использование ТА объемом 1000 литров или более для котла мощностью 10кВт вызовет дополнительный расход топлива для нагрева до нужной температуры такого объема рабочей жидкости.

Это приведет к значительному увеличению инерционности всей системы отопления.

Чтобы обеспечить домашнюю котельную экологически чистым топливом, рекомендуем научиться изготавливать .

Твердотопливные котлы сложнее перевести на автоматический режим работы. Такие «умные» электрические устройства, как GSM модуль, помогают сделать систему отопления более-менее саморегулируемой. Перейти к .

Преимущества и недостатки буферной емкости

Буферная емкость для котла

К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:

• максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
• обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
• удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
• автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
• возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
• обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
• возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.

К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:

• повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
• необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
• большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
• достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).

Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.

В интерьере
Установка
1-ый этаж
Мансарда
Подвал
Сечение

В случае с электрокотлом , ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.

Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший .

Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.

Теплоаккумулятор это устройство, способное накапливать тепловую энергию от источника тепла при ее избыточной выработке, а затем использовать ее запас в случае необходимости.

Источником тепла может быть котел отопления, печь, солнечный коллектор и т.д.

По сути, любое массивное тело, имеющее температуру больше абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. При этом запас накопленного тепла зависит от степени нагрева и массы тела.

Например, любое строение из кирпича, камня или бетонных блоков (материалов, способных накапливать тепло) представляет собой теплоаккумулятор, на непрерывную работу которого мало кто обращает внимания. А ведь именно благодаря запасу тепла, накопленному стенами дома, в нем прохладно жарким днем и тепло ночью при понижении температуры наружного воздуха, работает система естественной вентиляции, и нет резких скачков температуры при кратковременном отключении отопления или при проветривании.

Еще одним примером теплового аккумулятора является русская печь или любая другая печь отопления из камня или кирпича. При сжигании дров массив печи накапливает тепловую энергию, а затем, остывая, отдает ее в окружающее пространство.

Чем больше вес печи, тем большим запасом тепла она обладает и тем дольше может поддерживать комфортную температуру в помещении. Именно по этой причине традиционную русскую печь делают массивной, весом до полутора тонн и более, а протапливают ее периодически: один раз в сутки.

Традиционно для накопления тепла использовали камни или обожженный кирпич, но их применение оправданно только для печного отопления, применение которого в простых современных домах не всегда удобно. Для обогрева современного жилища чаще применяют не печи, а котлы отопления.

Каким котлам нужен тепловой аккумулятор?

Тепловой аккумулятор необходим только котлам, работающим периодически: угольным или дровяным. Котлы, работающие бесперебойно (газовые или электрические), снабженные системами непрерывной подачи топлива, котлы длительного горения в аккумуляции тепла не нуждаются.

Твердотопливные традиционные котлы нуждаются в периодической закладке дров, время полного сгорания топлива в них не более 3 часов. По окончании процесса горения теплоноситель в системе отопления не только остынет до температуры воздуха в помещении, но и в местах пограничной прокладки трубопровода (по полу, в подвале, на чердаке) может перемерзнуть, образовав в системе отопления ледяные пробки, блокирующие циркуляцию воды.

В этих условиях речь идет уже не о комфортных условиях в доме, а о целостности и безопасности системы отопления. Основной задачей аккумуляции тепла в системах с твердотопливным котлом отопления является создание резерва тепловой энергии, использование которого в период простоя котла поможет избежать резкого падения температуры в помещении и избежать перемерзания теплоносителя.

Устройство теплового аккумулятора

Теплоаакумулятор для котла отопления должен быть удобным не только для накопления тепла, но и для его дальнейшего использования. Единственным веществом, пригодным для решения поставленной задачи, является теплоноситель. Это может быть вода или антифриз, помещенная в емкость внушительного размера, включенную в отопительную систему.

Для сохранности тепла емкость дополнительно утепляют: обшивают минеральной ватой, фольгой, теплоизоляционными панелями, устанавливают на утепленное основание.

Объем теплоаккумулятора выбирают по принципу, чем больше, тем лучше, но обычно речь идет о емкости на 2-5 м3. Еще одно важное дополнение: резервуар должен быть герметичным, с двумя отверстиями: для подключения трубопровода.

Теплоаккумулятор включают в систему отопления параллельно котлу по принципу прибора отопления с подключением и к подаче и к обратке. На подаче обязательно устанавливается запорная арматура, позволяющая менять направление движения теплоносителя, пуская его или только к приборам отопления, или только к теплоаккумулятору, или одновременно и туда и туда. Как правило, это трехходовой кран.

Как работает теплоаккумулятор в системе отопления?

При интенсивном горении дров в твердотопливном котле происходит максимальная выработка тепла, позволяющая нагреть не только радиаторы в доме, но и запас воды в аккумуляторе. После прогорания дров тепло от котла перестает поступать, но циркуляция теплоносителя в системе продолжается: холодная вода скатывается вниз, а в систему поступает более горячий теплоноситель из аккумулятора.

Обратная вода, возвращаясь в котел отопления, также проходит через аккумулятор. Если температура обратки выше температуры воды в емкости, то жидкость вней дополнительно подогревается за счет обратки. Если обратка холодная, то, напротив, происходит ее подогрев перед поступлением в котел, что позволяет снизить перепад температур между горячей котловой и холодной обратной водой.

Чем больше объем аккумулятора, тем дольше система может работать без «подзарядки».

Практическое применение

Теплоаккумулятор в системе отопления с твердотопливным котлом можно смело назвать настоящей находкой для ее владельцев. Именно это нехитрое устройство позволяет оставлять дом на несколько часов даже в условиях сильных морозов, не опасаясь за сохранность отопительной системы, спокойно спать ночью, не вскакивая к котлу для закладки новой порции дров и не опасаться о разрушении котла при поступлении в него слишком холодного теплоносителя.

Для управления работой системы отопления с теплоаккумулятором используется трехходовой кран.

С его помощью можно открыть движение горячего теплоносителя только к приборам отопления, что обычно делают при желании быстро прогреть помещение. Если в доме уже жарко, а котел продолжает работать, можно перекрыть подачу воды на радиаторы и направить ее только в теплоаккумулятор.

Для одновременного нагрева приборов отопления и теплоаккумулятора выбирается промежуточное положение крана.

Теплоаккумулятор и циркуляционный насос

Как правило, твердотопливные котлы используются в самотечных системах отопления. В этом случае теплоаккумулятор работает за счет естественной конвекции: по нижнему патрубку в него поступает холодный теплоноситель, а вверх устремляется более нагретая жидкость, поступающая к приборам отопления.

В системах с циркуляционным насосом теплоаккумулятор работает также, но здесь скорость движения теплоносителя задается насосом, что, несомненно, положительно сказывается на работе всей системы отопления.

О достоинствах и недостатках

Установка теплоаккумулятора делает работу системы отопления стабильной, исключая резкие перепады температуры не только в доме, но и в поступлении теплоносителя в котел.

Единственным недостатком теплоаккумулятора является его размер: небольшая емкость не позволяет накопить тепло и использовать его, а для резервуара большого объема не всегда можно найти достаточное количество места. Да и для установки емкости придется делать усиление фундамента или помещать ее в подвальное помещение.

Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Расчет буферной емкости для котла

Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.

Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25-50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома . Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.

На подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла влияет наличие свободного пространства в помещении. При покупке большой аккумулирующей емкости нужно будет предусмотреть устройство фундамента, поскольку на обычные полы оборудование со значительной массой ставить нельзя. Если по расчету требуется бак объемом 1 м 3 , а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м 3 , расположив их в разных местах.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Еще один момент – наличие в доме системы ГВС. В том случае, когда котел не имеет собственного контура подогрева воды, есть возможность приобрести тепловой аккумулятор с таким контуром. Немаловажное значение имеет и величина рабочего давления в системе отопления, которая в жилых домах традиционно не должна превышать 3 Бар. В отдельных случаях давление достигает 4 Бар, если в качестве источника тепла используется мощный самодельный агрегат. Тогда теплоаккумулятор для системы отопления придется выбирать специального исполнения, - с торосферической крышкой.

Некоторые заводские аккумуляторы горячей воды укомплектованы электрическим ТЭНом, устанавливаемым в верхней части бака. Такое техническое решение не позволит теплоносителю окончательно остыть после остановки котла, верхняя зона емкости будет подогреваться. Будет действовать подача ГВС на хозяйственные нужды.

Простая схема включения с подмешиванием

Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.

При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.

Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.

Схема с гидравлическим разделением

Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Элементы блока:

• циркуляционный насос;
• трехходовой термостатический клапан;
• обратный клапан;
• грязевик;
• шаровые краны;
• приборы контроля температуры.

Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.

Преимущества и недостатки

Система отопления с теплоаккумулятором, в которой источником тепла служит твердотопливная установка, имеет массу достоинств:

• Повышение комфортных условий в доме, поскольку после сгорания топлива система отопления продолжает обогревать дом горячей водой из бака. Не нужно вставать среди ночи и загружать порцию дров в топку.
• Наличие емкости защищает от закипания и разрушения водяную рубашку котла. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, установленные на радиаторах, перекрыли теплоноситель по причине достижения нужной температуры, то источник тепла будет нагревать воду в баке. За это время может возобновиться подача электричества или будет запущен дизель-генератор.
• Исключена подача холодной воды из обратного трубопровода в раскаленный чугунный теплообменник после внезапного включения циркуляционного насоса.
• Теплоаккумуляторы могут использоваться как гидравлические разделители в системе отопления (гидрострелки). Это делает работу всех ветвей схемы независимыми, что дает дополнительную экономию тепловой энергии.

Более высокая стоимость монтажа всей системы и требования к размещению оборудования – это единственные недостатки применения аккумулирующих емкостей. Однако за этими вложениями и неудобствами последуют минимальные эксплуатационные затраты в долгосрочной перспективе.

Основными целями проектирования и монтажа системы автономного отопления являются комфорт в доме и безотказность в эксплуатации. Поэтому те люди, которые считают, что для достижения комфорта достаточно просто установить котел и подключить его к системе отопления, ошибаются.

И эта ошибка заключается в том, что рано или поздно любой котел, даже самый качественный, может выйти из строя. Причем чаще всего происходит это в разгар отопительного сезона, когда режим эксплуатации оборудования является наиболее интенсивным. Как можно подстраховаться на такой случай?

Есть несколько вариантов:

• Иметь в доме обычную печь, находящуюся в рабочем состоянии.
• Иметь два котла, один из которых, имеющий меньшую мощность, используется только в аварийной ситуации.
• Включить в систему отопления устройство, позволяющее аккумулировать тепловую мощность во время работы котла, способное при его остановке достаточно долго поддерживать температуру теплоносителя на должном уровне.

Первый вариант хорош для тех домов, которые ранее имели печное отопление, а потом были снабжены собственной котельной. Вряд ли кто-то будет возводить печь в новом доме, для которого изначально предусмотрено отопление от котла. Второй вариант используется нечасто, но имеет право на жизнь. Обычно основным здесь является твердотопливный и газовый агрегат, а запасным – электрокотел не слишком большой мощности, используемый исключительно как резервный источник тепла.

А вот третий вариант с точки зрения безотказности является самым оптимальным. Такое устройство называется теплоаккумулятором и наиболее часто используется в системах, снабженных котлами периодического действия. Чаще всего это твердотопливные котлы (нуждающиеся в загрузке топливом несколько раз в сутки) и электрические агрегаты, которые выгодно включать только в ночное время (если именно ночью электричество дешевле).

Что такое теплоаккумулятор (ТА)

Теплоаккумулятор представляет собой резервуар определенной (довольно большой) емкости, заполненный теплоносителем (обычно – водой). Бак должен быть хорошо теплоизолирован от внешней среды. При этом во время работы котла, благодаря высокой теплоемкости воды, происходит нагрев теплоносителя по всему объему резервуара. За счет этого создается большой запас тепловой мощности, обеспечивающий стабильную работу системы отопления и горячего водоснабжения (при его наличии) в течение всего срока простоя котла. Причем причина простоя не важна – это может быть просто перерыв между топками или авария.

При достаточном объеме резервуара даже большой дом в состоянии продержаться до 2-х суток. При этом температура в нем снизится всего на 2-3 градуса. Это самое очевидное и понятное преимущество наличия теплоаккумулятора в системе отопления дома. На самом деле его возможности гораздо шире. Ведь по сути дела он значительно увеличивает объем теплоносителя в контуре системы отопления. При этом повышаются и такие ее показатели, как теплоемкость и инертность.

То есть, прогревается система медленнее, поглощая больше энергии, но зато и остывает очень долго, поддерживая температуру в доме даже при неработающем котле.

Существует целый ряд ситуаций, при которых наличие теплоаккумулятора в системе значительно упрощает и удешевляет достижение необходимых результатов.

Топливо лучше всего сгорает при работе котла в режиме максимальной мощности. Но весной и летом эта мощность явно избыточна. А наличие резервуара с водой позволит быстро нагреть в нем воду до нужной температуры и прекратить процесс топки, экономя топливо и время на обслуживание котла.

Котлы на твердом топливе во время розжига имеют минимальную мощность, по мере сгорания топлива она достигает максимума, а потом снова падает. Такой режим не слишком полезен для работы системы отопления – температура теплоносителя в ней постоянно колеблется. Наличие теплоаккумулятора позволяет поддерживать температуру в системе на оптимальном уровне.

Если в системе предусмотрено несколько источников подогрева теплоносителя, причем одним из них является твердотопливный котел, то подключить остальные становится очень сложно. Резервуар с теплоносителем позволяет организовать такие подключения легко и с небольшими затратами.

Если необходимо организовать в доме горячее водоснабжение, то приходится устанавливать в котле дополнительный теплообменник или пользоваться бойлером косвенного нагрева. Все это отрицательно сказывается на работе системы отопления. И здесь большой резервуар с горячей водой позволяет легко выйти из ситуации.

Таким образом, ТА представляет собой узел развязки между контуром отопления и котлом, позволяющий с минимальными затратами реализовать различные дополнительные функции.

Для этого нужно отталкиваться от следующих данных:

• мощность отопительного агрегата;
• время, за которое должен прогреваться теплоноситель в ТА;
• время, на которое должно хватить накопленной в резервуаре тепловой мощности для покрытия теплопотерь дома.

Для правильного подбора необходимо знать тепловую мощность ТА.

Она рассчитывается по формуле:

Q = m × C × (T2 – T1),

• где m – масса теплоносителя (зависит от объема ТА), кг;
• С – удельная теплоемкость теплоносителя;
• T2 – T1 — разница между конечной и начальной температурой воды. Обычно она принимается равной 40 градусам.

Одна тонна воды при остывании на 40 градусов выделяет 46 кВ тч тепла.

Если Вы хотите перевести котел на периодическую работу, к примеру, только на ночной или дневной режим, то мощности ТА должно хватать на обогрев дома для работы в оставшееся время.

Приведем пример. Предположим, используется твердотопливный котел, работающий только в дневное время в течение 10 часов. При этом теплопотери дома составляют 5 кВт, тогда за сутки потребуется 5 × 24 = 120 кВт*ч тепловой мощности для поддержания функции отопления. ТА при этом будет использоваться в течение 14 часов. Значит, в нем должно аккумулироваться: 5 × 14 = 70 кВтч тепла. Если теплоносителем является вода, то ее вес должен составлять 70: 46 = 1,52 т. С запасом в 15% это составит 1,75 т, тогда объем ТА должен составлять примерно 1,75 куб. м.

Не забывайте, что мощности котла должно быть достаточно для того, чтобы выдать 120 кВтч энергии за 10 часов работы. То есть, его мощность должна быть не менее 120: 10 =12 кВт.

Если ТА используется только с целью безопасности системы отопления на случай аварии, то запаса тепловой мощности в нем должно хватать на 1-2 суток. То есть запас мощности должен быть не менее 120 — 240 кВтч. Тогда объем ТА составит: 240: 46 = 5, 25 куб. м.

Это примерные расчеты, однако они позволяют составить примерное представление о параметрах ТА.

Есть и более простые способы расчета объема ТА:

• Объем равен площади помещения в метрах, умноженной на 4. Например, дом имеет площадь 120 кв. м. Тогда объем бака должен составлять: 120 × 4 = 480 л.
• Мощность котла умножается на 25. Например, котел имеет мощность 12 кВт, тогда объем резервуара составит 12 × 25 = 300 л.

Резервуар для подогрева теплоносителя можно изготовить самостоятельно или приобрести готовый. Самостоятельное изготовление связано со сложностями учета характеристик и особенностей будущего оборудования. От этого будет зависеть не только цена вопроса, но и производительность ТА, а также его долговечность.

Основными рабочими параметрами аккумуляторов тепла являются:

• Вес, объем и габариты. Объем резервуара подбирается согласно мощности котла. Но чем больше его объем, тем более экономично будет работать система в целом. Большой ТА будет нагреваться дольше, но и время между топками котла тоже увеличится. Если бак по расчету получается слишком большой и не вписывается в отведенное помещение, то можно использовать несколько емкостей меньшего размера.
• Давление в системе отопления. От этой величины зависит толщина стенок ТА, а также форма его донышка и крышки. Если величина давления в системе не более 3 бар, то можно использовать самые обычные теплоаккумуляторы. Если же рабочее давление находится в пределах 4-8 бар, то нужно выбирать резервуары с торосферическими крышками. Такое оборудование обойдется дороже.
• Материал, из которого изготовлен бак. Чаще всего это стандартная углеродистая сталь с покрытием из водостойкой краски. Но если есть возможность, то лучше выбрать бак из нержавеющей стали. Он более стоек к добавкам, имеющимся в составе теплоносителя, и коррозии.
• Максимальная температура жидкости.
• Наличие возможности установки дополнительного оборудования: ТЭНов, встроенного теплообменника для подключения к системе ГВС, дополнительных теплообменников для организации подключения к другим источникам нагрева теплоносителя.

Как установить теплоаккумулирующий бак

Самым простым способом установки является вертикально расположенный ТА, в стенки которого врезаны 4 патрубка, размещенных по два с каждой стороны. Каждая пара разнесена по вертикали. С одной стороны верхний патрубок подключают к подающей магистрали котельного агрегата, а с другой – к подающей ветви отопительной системы. Снизу, на соответствующих сторонах бака, находятся патрубки, подключенные к обратным магистралям котла и контура отопления.

Обратные трубопроводы котла и отопительного контура оснащены циркуляционными насосами.

После загрузки в котел топлива и достижения стабильного горения включают циркуляционный насос, подающий воду из нижней части теплообменника в зону ее нагрева. В то же время параллельно в ТА через верхний патрубок подается уже горячий теплоноситель, используемый для отопления помещений.

При этом активного смешивания холодной и горячей воды в баке не происходит – этому препятствует различная плотность воды разной температуры.

После прогорания топлива бак заполнен водой нужной температуры. После этого включается циркуляционный насос контура отопления, который прокачивает нагретую воду по системе. За счет того, что теплоноситель поступает в систему через верхний патрубок, а отработавшая в системе и уже остывшая вода поступает снизу, смешивания слоев воды разной температуры не происходит, и ТА длительное время подает в систему воду необходимой температуры.

Виды ТА в зависимости от конструкции

В зависимости от функционального назначения все теплоаккумуляторы делятся на следующие виды:

• Пустые – с прямым подключением контуров. В такой системе никакие теплообменники не используются, а разделение холодной и горячей воды обеспечено только разностью их плотности. Самодельные ТА обычно имеют именно такую конструкцию.
• Со встроенным бойлером. Внутри основного бака размещается дополнительная емкость, предназначенная для нагрева воды системы ГВС.
• С внутренним теплообменником. Эта модель позволяет разделить теплоносители в контурах котла и системы отопления. Разделение жидкостей обеспечивается стенками теплообменника.

Что предлагает рынок отопительного оборудования

На нашем рынке имеется продукция известных зарубежных компаний:

• Buderus (Германия) – выпускает универсальные ТА, которые можно использовать для работы с твердотопливными котлами любых других марок. Баки производят из углеродистой стали и оснащают утеплением из слоя пенопласта толщиной 100 мм.
• Hajdu – венгерская продукция, привлекательная удачным соотношением «цена-качество». Толщина слоя утеплителя также составляет 100 мм.
• Lapesa – испанская компания, выпускающая теплоаккумуляторы не только бытового, но и промышленного назначения. Для теплоизоляции резервуаров используется пенополиуретан, обеспечивающий крайне низкие теплопотери.
• NIBE (Швеция) – выпускает модели, позволяющие использовать различные узлы нагрева теплоносителя (тепловой насос или солнечный коллектор). Теплоизоляция баков представляет собой слой пенополистирола толщиной 80 мм.
• S-TANK – белорусская продукция. Отличается высоким качеством и доступной ценой. Может работать с водой невысокого качества. Имеет антикоррозионную защиту в виде слоя эмали.
• GOPPO – российские теплоаккумуляторы для систем отопления, рассчитанные на давление 3 и 6 бар. Имеют изоляцию из вспененного полиэтилена толщиной 30 мм.

Выбор ТА для системы отопления частного дома – ответственное дело. Если монтаж отопления ведет специализированная компания, то по поводу правильного подбора ТА можно не беспокоиться. Если же Вы решили делать это сами, то постарайтесь принять во внимание все перечисленные параметры и выбирайте бак хотя бы с небольшим запасом объема.

Компании, занимающиеся разработкой инжиниринговых систем, последние годы делают упор на развитие альтернативных технологических решений. На первый план выходят концепции и направления, не предусматривающие использование природных ресурсов. По крайней мере специалисты стремятся ориентироваться на минимизацию их потребления. Ощутимую пользу в этом сегменте демонстрирует аккумулятор тепла для системы отопления, который включается в существующий инженерный комплекс в качестве дополнительного оптимизационного компонента.

Общие сведения об аккумуляторах тепла

Существует множество модификаций и разновидностей тепловых аккумуляторов, которые также называются буферными нагревателями. Различны и задачи, которые выполняют такие установки. Как правило, аккумуляторы применяют для повышения эффективности работы основного агрегата, например твердотопливного котла. В этих же случаях целесообразно использовать подобные системы для осуществления контролирующей функции, которая сложно реализуется в процессе обслуживания традиционных котельных в частных домах. Чаще всего для этого используются баки-аккумуляторы тепла, емкость которых достигает 150 л. В промышленной сфере, конечно, могут применяться и установки вместимостью порядка 500 л.

В самом баке предусматриваются элементы, обеспечивающие поддержание необходимой температуры носителя. Сам же материал, из которого выполнен бак, в обязательном порядке сопрягается с пластами изоляторов. Активные компоненты представляют собой ТЭНы и медные трубы. Конфигурация их размещения в баках может отличаться, как и системы управления рабочими параметрами аккумулятора.

Принцип действия

С точки зрения накопителя главной задачей является обеспечение возможности поддержания нужного температурного режима, который задает сам пользователь. По мере работы котла бак получает горячую воду и сохраняет ее до момента остановки функции системы обогрева. Условия для поддержания температурного баланса определяются изоляционными материалами емкости и внутренними нагревательными элементами. Классический аккумулятор тепла для системы отопления, в сущности, напоминает работу бойлера и также интегрируется в То есть, с одной стороны, оборудование подключается к источнику тепла, а с другой - обеспечивает работу непосредственных отопителей, в качестве которых могут выступать радиаторы. Кроме того, систему нередко применяют как полноценный источник горячей воды для бытовых нужд в режиме постоянного потребления.

Функции тепловых аккумуляторов

Как уже отмечалось, агрегаты такого типа могут выполнять разные задачи, требования к которым и определяют критерии выбора той или иной системы. К базовым и главным функциям можно отнести аккумуляцию тепла от генератора и последующую его отдачу. Иными словами, тот же бак собирает, хранит и передает энергию непосредственному обогревающему элементу. В комплексе с твердотопливным котлом к функциям системы можно отнести и защиту от перегрева. Автоматизированные и электронные реле управления малоэффективны в твердотопливных агрегатах. Поэтому практикуется оптимизация работы котла с помощью аккумулятора тепла, который естественным образом собирает излишнюю энергию и возвращает ее в моменты температурных спадов. Электрические, газовые и жидкостные генераторы проще поддаются управлению, но с помощью аккумулятора их можно соединить в единый комплекс и эксплуатировать с минимальными теплопотерями.

Где можно использовать тепловой аккумулятор?

Систему аккумулирования тепла целесообразно использовать в случаях, когда имеющийся отопительный узел не позволяет в достаточном объеме контролировать его работу. Например, твердотопливные котлы неизбежно предусматривают моменты обслуживания, когда их мощности оказываются не загруженными. Для компенсации теплопотерь есть смысл использовать такую систему. Также в работе водяных и электрических отопительных комплексов такое решение себя оправдывает экономически. Современный аккумулятор тепла с автоматическим управлением можно настроить на работу в определенные периоды времени, когда действует наиболее экономный тариф потребления энергоресурса. Так, к примеру, в ночное время система законсервирует определенный объем который в течение последующего дня можно будет использовать по любым нуждам.

Где нежелательно использовать теплоаккумуляторы?

Характер работы буферных аккумуляторов рассчитан на обеспечение равномерной теплоотдачи и сглаживание скачков при температурных перепадах. Но такой принцип действия полезен далеко не всегда. Для систем отопления, в которых, наоборот, требуется ускоренный набор или понижение температурного режима, такое дополнение будет излишним. В подобных ситуациях повышение потенциала теплоносителя за счет вспомогательных будет препятствовать быстрому остыванию и нагреву. К тому же стоит отметить, что аккумуляторы тепла дома в большинстве своем делают невозможной точную регулировку температуры. Казалось бы, такое решение может стать оптимальным для систем отопления, работающих короткими промежутками - достаточно заранее нагреть емкость и затем в назначенный момент использовать готовую энергию. Однако само по себе содержание оптимального состояния теплоносителя требует расхода определенной энергии. Поэтому, например, котельная, используемая для нерегулярного и кратковременного обогрева сушилки, вполне может обойтись без аккумулятора. Другое дело, если речь идет о целой группе котлов, которые можно объединить в одну систему за счет буфера.

Характеристики аккумуляторов

Среди главных характеристик можно отметить размерные параметры агрегата, его емкость, максимальную температуру и показатель давления. Для частных домов производители предлагают небольшие установки, диаметр которых может составлять 500-700 мм, а высота - порядка 1500 мм. Важно учитывать и массу, поскольку в некоторых случаях специалистам приходится использовать бетонные стяжки для придания конструкции стабильности. Средний аккумулятор тепла весит около 70 кг, хотя точное значение напрямую связывается с емкостью и качеством изоляции бака. Рабочие характеристики сводятся к температуре и давлению. Первое значение составляет около 100 °C, а уровень давления может достигать 3 Бар.

Подключение аккумулятора

Имеющий знания в электротехнике домовладелец может не просто самостоятельно подключить готовый буфер к системе отопления, но и полностью собрать конструкцию. Для начала необходимо заказать емкость в виде цилиндра, которая станет рабочим буфером. Далее транзитом через всю емкость необходимо провести обратный трубопровод по нише будущего теплового аккумулятора. Начинать подключение следует с соединения обратки котла и бака. От одного компонента до второго следует предусмотреть место, на котором будет установлен циркуляционный насос. С его помощью горячий теплоноситель будет перемещаться из бочки в кран отсечения и расширительный бак.

Монтировать аккумулятор тепла своими руками нужно таким образом, чтобы предполагалось наиболее рациональное распределение жидкости по всем комнатам. Для оценки качества работы собранной системы можно предусмотреть в ней наличие термометров, и датчиков давления. Такая оснастка позволит оценить, насколько рационально будет функционировать аккумулятор через подключенные контуры.

Водяные системы

Классический теплоаккумулятор предполагает использование воды в качестве носителя энергии. Другое дело, что использовать этот ресурс можно по-разному. Например, его применяют для снабжения нагревательных полов - жидкость проходит по циркуляционным трубам в специальное покрытие. Также вода может применяться для обеспечения работы душа и других нужд, в том числе технологического, гигиенического и санитарного свойства. Стоит отметить, что взаимодействие котлов с водой достаточно распространено и по причине ее низкой стоимости. Водяной аккумулятор тепла обходится дешевле по сравнению с электрическими обогревателями. С другой стороны, у них есть и свои недостатки. Как правило, они сводятся к нюансам в организации циркуляционных сетей. Чем больше объемы потребляемого ресурса, тем дороже обходится ее организация. Затраты на монтаж являются единоразовыми, но зато эксплуатация обойдется дешевле.

Солнечные системы

В водяных системах конструкция предусматривает наличие гребенчатого теплообменника, предназначенного для геотермального насоса. Но также может использоваться и солнечный коллектор. В сущности, получается центр энергетической установки, который оптимизирует функцию отопительной станции за счет резервирования энергии от разных источников. Хотя аккумулятор солнечного тепла менее распространен, его вполне можно использовать в типовых отопительных системах. Солнечные коллекторы также сохраняют энергетический потенциал, который в дальнейшем расходуется на бытовые нужды. Но важно учитывать, что горячий теплоноситель в виде воды сам по себе требует меньше энергии, чем солнечная батарея. Оптимальным вариантом использования таких аккумуляторов является прямая интеграция панелей в места, где должен производиться нагрев без дополнительных преобразований.

Как выбрать тепла?

Исходить стоит из нескольких параметров. Для начала определяется функционал системы и ее рабочие показатели. Бак должен полностью охватывать объемы, которые планируется расходовать в ходе эксплуатации системы отопления. Не стоит экономить и на системах управления. Современные реле с автоматическими регуляторами не только делают удобным программирование инженерных систем, но и обеспечивают защитные свойства. Правильно укомплектованный аккумулятор тепла имеет в себе защиту от холостого хода и предусматривает широкие возможности для индикации температурных режимов.