Устройство и принцип работы буферной емкости для отопления

Необходимость усовершенствования системы отопления собственного дома вынуждает владельцев вести постоянный поиск полезных идей, дополнительных устройств, позволяющих экономить топливо, равномерно распределять тепло внутри дома, увеличивать теплоотдачу радиаторов.

Проблема равномерного распределения тепла особенно остро стоит в домах с твердотопливными котлами. В них нельзя мгновенно остановить процесс сгорания топлива и подачу тепла в трубопровод системы. Если перекрыть кран на подаче, горячая вода, скапливаясь на входе, может достичь точки кипения и повредить часть трубопровода. Можно распределить количество растопок по времени. Подобные решения трудозатратны и малоэффективны. В данном случае целесообразно применение теплоаккумулятора, который обеспечит равномерное распределение тепла по дому, исключит температурные перепады.

В домах, где встроен теплоаккумулятор, значительно сокращаются теплопотери.

Факт! Твердотопливные котлы в обычном рабочем режиме вырабатывают тепло до 90 °C, в отличие от газовых или дизельных с максимумом в 65 °C.

Устройство теплоаккумулятора

Гидроаккумулятор — это емкость, аккумулирующая тепло, производимое твердотопливным котлом, сохраняющая его продолжительное время. Устройство работает по принципу термоса.

Аккумулирующий бак состоит из таких комплектующих:

• Емкость из стали или нержавейки, большого размера (прямоугольная или круглая);
• Четыре патрубка внутри емкости, разнесенные по высоте. Один является выходом из обогревателя в бак, а другой – входом системы отопления, то же в нижней части;
• Вверху в гидроаккумулятор встроен предохранительный клапан;
• Снаружи емкость утепляется толстым слоем изоляционного материала.

Буферная емкость аккумулирует нагретый теплоноситель внутри, поддерживает тепло в доме до двух дней после отключения системы отопления.

Устанавливая гидроаккумулятор, необходимо устроить контур обвязки между ним и котлом, включающий:

• Циркуляционный насос;
• Термосместительный клапан;
• Расширительный бак.

Аккумулирующий бак обязательно должен быть теплоизолирован, иначе выделяемое тепло будет нагревать помещение, где находится гидроаккумулятор.

Накопительный бак работает таким образом:

• Из твердотопливного котла нагретая вода поступает к верхнему патрубку;
• Циркуляционный насос, работая, выгоняет холодную воду из нижней части теплоаккумулятора в твердотопливный котел до того момента, пока весь бак не будет наполнен горячей водой;
• Следующим этапом будет подача горячей воды из бака аккумулятора в систему отопления. С помощью циркуляционного насоса из системы отопления остывшая вода перегоняется в бак, а из бака в систему.

Принцип работы

Аккумулирующий бак начинает накапливать избыточное тепло в верхней части емкости после полного обогрева помещения. По мере охлаждения гидроаккумулятор постепенно выделяет тепло в системы отопления.

От емкости гидроаккумулятора зависит, сколько раз в течение суток будет загружаться твердотопливный котел.

В основе работы аккумулирующего бака лежит использование высокой теплоемкости воды, которая при остывании на 1 °C выделяет в несколько раз большее количество тепла на обогрев 1 м 2 помещения.

Для расчета объема аккумулирующей емкости используют соотношение — 25 – 30 л емкости на 1 кВт мощности твердотопливного котла.

Например, для котла мощностью 20 кВт объем бака будет составлять от 500 до 600 л.

Самодельный теплоаккумулятор

Владея минимальными знаниями физики и механики можно собрать гидроаккумулятор своими руками:

• Наружная готовая емкость необходимого объема;
• Внутренний трубопровод, меньше по высоте основной емкости на 5 – 7 см;
• Сваривается внутренняя емкость с отверстиями для патрубков.

Важно! Аккумулирующую емкость монтируют своими руками уже в помещении, для большой площади дома потребуется аккумулятор большого объема. В стандартные двери внести его невозможно.

Монтаж теплоаккумулятора

Усовершенствование работы отопления дополнительными устройствами своими руками сделает необходимым проведение следующих работ:

1. Сделать подробную схему. Разрабатывая чертеж, нужно принимать во внимание, где находится аккумулятор отопления, изоляционный слой, высоту аккумуляторной емкости, наличие дренажа для водоотведения – факторы уменьшения теплопотери;
2. Встроить в систему коллектор-распределитель, проследив правильность подсоединения различных систем;
3. Соединив детали трубопровода, проверить герметичность соединений;
4. Подключить аккумулирующий бак;
5. Подключить циркуляционный насос;
6. После завершения сборочных работ своими руками, провести тест-контроль герметичности и правильности соединений.

Зачем нужна буферная емкость для системы отопления

Нужно ли устанавливать буферную ёмкость в систему отопления — экономическая целесообразность или лишние затраты на оборудование?

Установка буферной ёмкости целесообразна при любом варианте отопления частного дома, за исключением системы с газовым котлом.

Для чего нужна буферная ёмкость в системе отопления

Буферная ёмкость – металлическая бочка с утеплением объемом от 200 литров, устанавливаемая между источником тепловой энергии и системой отопления дома в качестве разделителя тепловых контуров с разной температурой и накопителя тепла.

Аккумулирующий бак необходим, если в одну систему объединяются несколько различных источников тепловой энергии: газовый, твердотопливный, электрический котлы, тепловой насос и солнечный коллектор. Теплоаккумулятор собирает тепло в любое время работы каждого из источников. Например, днём ­– от солнечного коллектора, ночью – от теплонасоса или электрокотла, в любое время работы газового или твердотопливного котла.

Раздача тепла происходит в постоянном режиме. Подключение буферной ёмкости в контур передачи тепловой энергии повышает экономичность работы самого твердотопливного котла за счёт сбора и накопления тепла. Это позволяет исключить холостой расход тепловой энергии из системы.

Использование буферных емкостей

Схема отопления на основе твердотопливного котла без буферной емкости являет собой типичный контур подогрева и подачи воды к излучающим поверхностям (радиаторам, батареям, панелям, конвекторам). За счёт сгорания твёрдого горючего в камере котла, выделяется тепло, которое уходит на разогрев теплоносителя. Эта жидкость передается напрямую через трубную магистраль к теплоизлучателям. Негативным нюансом такой системы есть частая закладка котла: каждый раз необходимо подогревать полностью весь объем жидкости в системе. Происходит чрезмерный расход энергоресурса на нагрев. До 30% топлива уходит в данном случае на оборгев улицы, т.к. на максимальной мощности котел выдает избыточное тепло и хозяину дома приходится открывать форточки.

Распространённым решением этой проблемы является подключение буферной емкости. Между котлом и радиаторами вставляют теплоаккумулирующий бак, который функционирует на основании принципа термодинамического равновесия.

Как работает система с баком

Нагретый объём воды перемещается в накопитель, где и хранится. По сигналу термостата включается циркуляционный насос, который приводит в движение теплоноситель. Из бака буферной емкости вода направляется к радиаторам. Происходит излучение через источник тепла. После этого охлаждённая жидкость возвращается обратно в нижнюю часть емкости. В результате процесса конвекции, происходит смешивание с тёплой водой у поверхности. Эта вода опять идет в радиаторы и отдаёт тепло.

После нескольких подобных циклов работы имеем общее понижение температуры в буферной емкости для котла, труб и радиаторов.

Чтобы не потерять тепловую мощность системы в это время необходимо подогреть воду на 5-10 градусов. Получается, что система отопления дома эксплуатируется в двухконтурном режиме. За счёт естественной работы теплоаккумулятора можно уменьшить количество закладок котла.

Представленная схема подключения бака позволяет создать «подпитываемый» источник тепла. Подогреть теплоноситель на несколько градусов намного проще и дешевле, нежели на несколько десятков градусов.

Преимущества и недостатки применения

Любой источник тепла для отопления частного дома имеет свои особенности, которые учитываются при проектировании и монтаже тепловой установки.

Буферная емкость для твердотопливного котла имеет ряд неоспоримых достоинств:

1. Экономия энергоресурсов до 50% (за счет использования ночного тарифа и сохранения всего выработанного тепла);
2. Бак позволяет работать котлу на твердом топливе на максимальной мощности постоянно – это увеличивает ресурс котла, т.к. снижается образование конденсата; работа на максимальной мощности способствует полному сгоранию топлива, что снижает количество вредных выбросов в виде угарного газа и сажи – чистить котел нужно реже;
3. Защита от перегрева системы за счёт буферного объема теплоносителя;
4. Работа теплоаккумулятора максимально эффективно проявляется в периоды межсезонья (температуры окружающей среды от -5 до +10°С).

Последний довод является весомым для помещений, которые расположены климатических зонах Украины.

Но буферная емкость для котла также имеет и свои недостатки и дополнительные условия:

1. Дополнительные вложения на покупку самого резервуара и сопутствующее оборудование для его обвязки. Однако, расчеты показывают, что за счет экономии в дальнейшем, средства вернуться за 2-3 сезона отопления.
2. Усложнение системы отопления и дополнительное пространство для оборудования. Но обслуживание отопления станет более комфортным: твердотопливный котел и дымоход нужно реже чистить. Загружать топливо реже.
3. Начальный «разгон» системы в пределах 2-4 часов.

Чтобы сократить время первоначального нагрева системы отопления мы устанавливаем дополнительный обводной контур с байпасом мимо бака. Емкость будет нагреваться уже после нагрева теплоносителя в радиаторах дома.

Другой вариант решения этой задачи можно исключить с помощью подогрева воды напрямую в резервуаре, например, через электрический ТЭН или газовый запал. Но этот способ мы считаем нецелесообразным по причине неэффективного использования энергии.

Расчёт объёма буферной емкости

Подбор буферной емкости для твердотопливного котла базируется на банальном расчёте полного объёма теплоносителя. Также из этого значения вычитаю объём воды в магистрали и радиаторах.

Типичный расчет буферной емкости теплоаккумулятора сводится к обычной формуле из школьной термодинамики:
Q = c × m × ∆t,
где Q — затраченное количество энергии,

c — удельная теплоёмкость жидкости,

m — масса теплоносителя,

∆t — разница температур в градусах.

Норма расхода тепла в Украине на 1 м 2 площади помещения составляет 80 Вт × час.

С — табличная величина для воды 4,2 кДж/кг × К;

Вычислим, например, Q₁ – количество тепла, необходимое для нагрева 1 литра воды на 40 градусов для домика 150 м²:

Считаем необходимый размер буферной ёмкости m для самостоятельного обогрева дома в течение 5 часов:

Теплопотери Q дома за 5 часов составят 60 000 Вт.

Таким образом нам понадобится теплоаккумулятор ёмкостью 1300 л.

Здесь мы не учитывали остывание бака за эти же 5 часов. Этот параметр зависит от степени утепления самой бочки, а также, от температуры в помещении, где она установлена.

Срок окупаемости буферной емкости

Дополнительные расходы при установке теплоаккумулирующей емкости в приведенном выше примере составят:

1. Стоимость буферного бака с утеплением емкостью 1200 л – от €240 до €750.
2. Монтажные работы €100.

Итого: от 340 до 750 евро. В среднем – 500 евро.

Вложения окупаются за счет экономии топлива, рационального использования выработанного тепла.

За 1 час отопления без сжигания топлива экономится около 3 кг дров (стоимостью около 0,12 евро/кг) или 1 кг угля (стоимостью 0,15 евро/кг).

За сезон время отопления без работающего котла составит: 10 часов в сутки * 180 дней = 1800 часов.

Таким образом, экономия за один отопительный сезон составит:

• на дровах – 1800 часов * 0,12 евро/кг = 216 евро.
• на угле – 1800 часов * 0,15 евро/кг = 270 евро.

Теперь легко посчитать, что стоимость покупки и установки теплоаккумулирующего буферного бака окупится примерно за 2÷3 сезона (500 евро/216-270 евро). А в следующие годы сократит расходы на отопление на 30÷40%.

Выбор модели теплоаккумулятора

Буферная емкость в системе отопления для дома является оптимальным вариантом безопасного и экономичного использования твердотопливного котла для плавной регулировки и длительного поддержания заданного температурного режима в помещениях.

При выборе котла следует учитывать более 25 факторов, 10 из которых являются критически важными.

Следуя этим правилам вы купите выгодный и безопасный для вашего дома котел.

«Экосистем Инжиниринг» является официальной монтажной организацией, специалисты которой имеют необходимые допуски, соответствующее оборудование и квалификацию.

Если Вам нужен качественный монтаж с гарантией – это к нам.

У вас уже есть оборудование, которое нужно установить? Отправьте нам заявку – установим!

Устройство буферной ёмкости для твердотопливного котла

Каждый владелец частного дома мечтает о том, чтобы установленная отопительная система работала максимально слаженно и не требовала особых условий ухода. Важную роль играет экономичная сторона используемого оборудования. Чтобы система не страдала от ярко выраженной неравномерности поступления энергии, а заложенное заранее топливо создавало необходимый запас тепла, необходимо использовать буферную ёмкость для твердотопливного котла.

В установленном теплоаккумуляторе расположена специальная буферная ёмкость, которая является мощным накопителем излишков тепла. Само устройство представлено в виде бака для воды с небольшим змеевиком, который полностью укрыт теплоизоляционным материалом.

Пока котёл сжигает загружённые в него дрова, ёмкость постепенно накапливает вырабатываемые системой избытки тепла. В тот момент, когда котёл перестает выдавать необходимую пользователю температуру, всё излишнее тепло из бака направляется в батареи. Огромное преимущество состоит в том, что вода в радиаторах совершенно не остывает.

Вне зависимости от площади дома отопительная система должна быть снабжена мощным электрическим насосом, который сможет обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя. Но после отключения электроэнергии такая установка прекращает свою работу. Заложенные дрова горят, тепло выделяется, а вот вода неподвижно стоит в трубах, закипая в котле.

Если пользователь упустит момент, то система взорвется, что может угрожать жизни людей. Установленный теплоаккумулятор предотвращает возникновение таких последствий. Огромное преимущество буферной ёмкости для твердотопливного котла состоит ещё и в том, что она увеличивает время между закладками дров в несколько раз. Устраняется опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Качественный буферный агрегат выполняет несколько полезных функций в автоматическом режиме:

• В нужный момент отдаёт накопленное тепло заправленному теплоносителю.
• Обеспечивает стабильную работу системы без вмешательства человека.
• Беспрерывно накапливает всё излишнее тепло.
• В случае отключения электроэнергии предотвращает закипание воды.

Каждый специалист согласится, что у современных автономных твердотопливных котлов с буферными ёмкостями есть свои преимущества и недостатки.

Все нюансы обязательно должны быть учтены будущим владельцем, чтобы выбранная им отопительная система работа исправно.

Среди положительных сторон можно отметить:

• Установленное оборудование надёжно защищено от перегрева.
• Энергетический потенциал котла используется в полном объёме. Благодаря этому существенно возрастает уровень КПД.
• Система работает более плавно, что гарантирует дифференцированный подход к обогреву различных помещений.
• Проблема горячего водоснабжения дома решается без особых трудностей.
• Работа котла требует гораздо меньше вмешательств человека.
• У пользователя есть множество вариантов модернизировать отопительную систему, сделав её более эффективной.

Недостатков не так уж и много, но все они весьма своеобразны. Каждый пункт требует внимания со стороны владельцев отопительного оборудования.

К минусам относятся следующие факторы:

• Буферные ёмкости — это довольно громоздкие и тяжёлые изделия. Для их монтажа нужно подготовить вместительное помещение, что не всегда удобно. Помимо этого, могут возникнуть определённые сложности с доставкой.
• Котёл с теплоаккумулятором отличается большой инерционностью. Именно поэтому от первичного розжига котла до выхода на стандартные показатели уйдёт достаточно много времени. Такая ситуация может доставлять особые трудности владельцам загородных домов.
• Довольно высокая цена оборудования, которая может превосходить стоимость самого котла.

Буферная ёмкость для котла представлена в виде обычной металлической бочки, с наружной теплоизоляцией. Несмотря на весьма простую конструкцию, этот агрегат обладает высокой эффективностью и экономичностью, что очень важно в отопительной системе.

Чтобы такой аппарат функционировал правильно, нужно знать, из каких элементов он состоит и какую функцию все они выполняют:

• Спиральный теплообменник. Этот элемент установлен только в тех моделях, которые подключаются к системе отопления сразу с несколькими типами теплоносителей (мощные солнечные коллекторы, тепловой насос). Для его изготовления используется исключительно нержавеющая сталь.
• Вместительный бак. Выпускается из листового металла с эмалированным покрытием либо из нержавеющей стали. От бака отходят специальные патрубки, которые предназначены для подключения к системе отопления и теплогенератору. Важно понимать, что от материала, из которого изготовлен бак, зависит продолжительность его эксплуатации.
• Встроенный змеевик для ГВС. Некоторые современные модели, помимо поддержания температуры нагрева заполненного теплоносителя, подогревают воду для бытовых целей.

Каждая модель оснащена специальным ревизионным окном, которое помогает обслуживать бак. Благодаря этому мастер может своевременно устранить мусор, а также провести ремонтные работы.

Когда с устройством буферной ёмкости для системы отопления всё понятно, можно приступать к расчётам требуемых параметров. Этот показатель напрямую зависит от мощности отопительного котла.

Если был установлен агрегат, который вырабатывает 35 кВт/час, тогда объем используемой ёмкости должен превышать эту цифру минимум в 30 раз. Помимо этого, важно учесть ряд дополнительных факторов:

1. 1. Не стоит делать никаких надбавок на то, что тепловой аккумулятор будет впитывать всё тепло, а сама система будет работать плохо. Когда на улице температура опускается ниже -30˚С, то котёл может спокойно работать в обход буферной установки. А вот когда становится теплее, то в действие входит теплоаккумулятор, а всё лишнее тепло в нем накапливается.
2. 2. Мощность должна быть рассчитана исключительно для погодных условий, когда дом теряет максимальное количество вырабатываемой тепловой энергии. К примеру, если котёл теряет 33 кВт/час при температуре окружающей среды от -29˚С, то и мощность всей системы должна быть такой же. Конечно, нужно учитывать и небольшой запас. Для качественного подогрева существующей схемы должно создаваться минимум 35 кВт/час.
3. 3. Обязательно учитывается размер помещения, где будет установлен сам агрегат вместе с теплообменником и другими элементами схемы. В некоторых случаях может возникнуть такая ситуация, когда установить большой теплоаккумулятор просто не получится.

Если же мастер обладает всеми необходимыми навыками, то изготовить ёмкость можно и своими руками. Лучшим вариантом считается цилиндрический агрегат, обладающий следующими параметрами:

• Диаметр — 1 метр. Стоит учесть, что если объём теплового аккумулятора равен 1750 л, то его диаметр должен составлять минимум 1,06 м.
• Высота — 2 метра.

Подобрать наиболее подходящий теплообменник всегда помогут опытные инженеры-теплотехники. Но если нет возможности обратиться к профессионалам за помощью, тогда выбор нужно делать самостоятельно.

Реализовать это вовсе не трудно, главное, тщательно изучить основные параметры:

• Объём ёмкости.
• Давление в отопительной системе.
• Оснащение вспомогательными теплообменниками.
• Вес и наружные размеры.
• Возможность установки дополнительных элементов.

Специалисты утверждают, что основным параметром является показатель давления в системе. Чем выше эта цифра, тем теплее будет в обогреваемом помещении.

При выборе наиболее подходящей модели обязательно нужно учитывать показатель максимального давления, так как от этого зависит его эксплуатационный срок. Отличными характеристиками обладает тот термоаккумулятор, который изготовлен из нержавеющей стали.

Опытные мастера используют несколько проверенных способов подключения теплообменника к твердотопливному котлу. Но вне зависимости от выбранного варианта специалист должен соблюдать ряд элементарных правил.

Чтобы отопительная система правильно функционировала, необходимо учесть следующие нюансы:

1. 1. На входах должны быть установлены качественные фильтры для очистки воды.
2. 2. На магистрали обязательно монтируется специальная запорная арматура.
3. 3. Абсолютно все соединения в отопительной системе должны быть фланцевыми или же резьбовыми.
4. 4. Система не сможет стабильно функционировать без клапана воздухоотводчика.
5. 5. На теплообменник должен быть установлен манометр и предохранительный клапан.

Тщательное соблюдение этих элементарных правил сможет обеспечить полную безопасность и работоспособность всей отопительной установки.

Качественная обвязка твердотопливного котла с буферным устройством может осуществляться по самым разным схемам. Среди специалистов существует самая упрощённая модель, с которой прекрасно справится даже начинающий мастер. Но приступить к самостоятельному монтажу можно только после ознакомления с принципом действия выбранной схемы.

Многие решают изготовить эту разновидность буферной установки своими руками. Такой подход позволяет существенно сэкономить финансовые сбережения.

Для реализации этой идеи необходимо выполнить следующие действия:

• На начальном этапе рисуется схема будущей конструкции, а также определяются размеры каждой стенки. Мастер обязательно должен учитывать толщину сварочных швов. Чаще всего этот показатель варьируется в пределах от 1 до 3 мм (всё зависит от используемого аппарата и электродов).
• Заранее подготовленный листовой металл нужно разрезать на куски.
• Две стороны заготовки необходимо прижать друг к другу, чтобы они образовали прямой угол. Те предметы, которые имеют большой вес, должны быть надёжно зафиксированы.
• В нескольких местах металла используют точечную сварку, после чего проверяют правильность размещения всех листов.
• Мастер должен выполнить внутренний и внешний сварочный шов.
• По аналогичной схеме привариваются все стенки, а также дно.
• В верхней части аккуратно приваривают угол, сверлят все необходимые дырочки.
• К каждой стороне крепят несколько рёбер жёсткости.
• Остаётся только изготовить ножки и приварить их.

Многие мастера привыкли выполнять стандартную типовую обвязку твердотопливного котла полипропиленом, с малым контуром и узлом смешивания. Основная задача смесительного узла состоит в том, чтобы не пропустить холодную воду из обратного трубопровода в специальную водяную рубашку буферной ёмкости.

Когда используется трёхходовой клапан, который настроен на температуру +45˚С, то движение теплоносителя замыкается по малому кругу до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение. Только после этого агрегат подмешивает воду из системы в обратный трубопровод.

Чтобы очистить жидкость от накипи и другого мусора, перед трёхходовым краном необходимо установить очистительный фильтр, который опытные мастера называют грязевиком. Монтировать его нужно в горизонтальном положении.

В больших частных домах обвязка твердотопливного котла осуществляется при помощи гидрострелки. Основное отличие этой схемы состоит в том, что теплообменник не служит накопителем тепла, а выполняет функцию гидравлического разделения котлового контура с остальными ветвями отопления.

Преимущество такой системы неоспоримо, так как владелец может подключить тёплые полы, радиаторное отопление, а также бойлер косвенного нагрева воды. Для слаженной работы таких установок нужна разная температура основного теплоносителя в каждой ветви.