Теплоаккумулятор для котла

При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.

С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.

С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.

Зачем нужен

Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.

Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.

Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:

• Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
• Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
• К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
• Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
• Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.

Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.

По конструкции теплоаккумулятор может быть:

• «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
• со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
• со встроенным бойлерным баком.

С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:

• Накапливать и сохранять значительный объем тепловой энергии, в первую очередь избыточную, с последующей отдачей его в контур отопления. Даже если пропустить одну или две заправки дров, и котел остановится, температура в доме опустится всего на пару градусов. Для электрокотлов есть возможность установить расписание, по которому трата электроэнергии будет происходить только ночью по сниженному тарифу, тогда как днем тепло будет поступать от теплоаккумулятора;
• При наличии нижнего теплообменника – подключать дополнительные источники тепла, солнечный коллектор, запасной котел, работающий на газу или дизтопливе, геотермальный тепловой насос;
• С вмонтированными ТЭНами использоваться в качестве запасного источника тепла на случай, если твердотопливный котел не работает или отключен для профилактики и ремонта;
• При наличии верхнего теплообменника – для подключения контура ГВС или бойлера косвенного нагрева. Некоторые модели теплоаккумуляторов вместо теплообменника снабжаются готовым бойлером, размещенным внутри основной емкости;
• Реализовать дополнительную защиту в системах с принудительной циркуляцией на случай отключения электроэнергии, не допуская перегрева воды в котле. Рассматривая емкость как узел гидроразвязки, его можно подключить по смешанной схеме с котлом, выше него и трубами большего диаметра для поддержания естественной циркуляции. В это же время раздача по радиаторам будет осуществляться насосом в принудительном порядке.

Расчет

Мощность ,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.

• Q = m*С*(T2-T1);
• m – масса, кг;
• С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
• (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.

Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.

Объем	0,5	1	1,5	2	3	5
Аккумулируемое тепло при ΔT = 40ºC, кВт/ч	23	46	69	92	138	230

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

• Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
• Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
• Мощность основного источника тепла.

Для периодической работы котла в течение суток

Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.

Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.

Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.

Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.

Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.

Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.

Схема подключения

В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.

Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.

Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.

Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.

Схема включения с подмешиванием

Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой. Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.

Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.

Схема подключения с подмешиванием

Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.

При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.

Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.

Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.

Своими руками

При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:

• с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
• иметь расчетный объем;
• быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
• быть полностью герметичной.

Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.

В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.

Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.

Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.

Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.

Российского производства

На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.

Модель	Дополнительные опции	Объем, м3	Рабюочее давление, бар	Максимальная температура, ºС	Примерная стоимость, руб
Сибэнерго-терм	—	0.5	6	90	28500
PROFBAK ТА-ВВ-500	Контур ГВС	0.5	3	90	56000
GidroNova-HA750	Электрический ТЭН	0.75	3	95	58000
ELECTROTHERM ET 1000 A	Контур ГВС, дополнительный теплообменник	1.0	6	95	225000

Обзор теплоаккумуляторов для отопительных котлов: виды, достоинства, цена

Постоянно увеличивающиеся тарифы на отопление и отсутствие возможности использования дешевого природного газа, заставляют владельцев частных домов вести поиски источников энергии альтернативных, среди которых эффективностью отличается теплоаккумулятор.

Описание

Там, где есть возможность заготовить в достаточном количестве дрова, распространение получают котлы твердотопливные.

Их проблема связана с чередованием пиков вырабатываемого тепла и «провалами». Но, во время максимальной поставки тепла, может оказаться, что его слишком много и потребить полностью невозможно или не нужно.

Когда же топливо в котле догорает, либо последний не работает, тепловой энергии может не хватать. Получается, что топливный потенциал то расходуется впустую, то его недостает. Частично решить вопрос позволяют котлы длительного горения, но ее полностью не решают и они.

Главным отрицательным моментов электрических котлов является значительная стоимость предлагаемой энергии, которая заставляет прибегать к максимальной загрузке оборудования ночью (в льготное время) и к минимальному их использованию в дневное.

Конечно, двухтарифные электросчетчики приносят свои плоды, позволяя экономить средства, но вносит в жизнь человека дискомфорт.

Все активнее внедряются сегодня инновационные технологии, позволяющие, например, направить на службу человеку энергию солнца.

И вновь проблема — периодичность: работать эффективно они могут в солнечную погоду и дневное время, значительно сокращая поставку тепловой энергии при большой облачности и т.д. Пики нагрева при помощи солнечных коллекторов в пасмурную и солнечную погоду сравнивать не приходится. Естественно, такая зависимость нагрева от «капризной» природы не позволяет использовать данные устройства в качестве основных систем отопления.

Каждый подход отличается преимуществами, но имеет и свои, порой существенные, недостатки, главным из которых считают то, что выработка тепловой энергии идет периодически.

Поднять на значительную величину экономичность отопительной системы, сделать ее более эффективной, упростить операции, связанные с эксплуатацией, заставить работать более равномерно смогли бы специальные устройства, подключаемые к общей схеме. Они могли бы аккумулировать тепло, не востребованное по любой причине, чтобы отдавать его затем при надобности.

«Буферное» устройство смогло бы регулировать потребление тепла. И оно есть. Называется оно «теплоаккумулятор для котлов отопления».

Как это работает?

Функционирование теплоаккумулятора для отопления построено на использовании теплоемкости воды. Большой объем ее разогревается в часы пикового поступления тепла до нужного значения, затем, скопившийся энергопотенциал, идет на отопительные нужды.

Пример

Сравнив теплофизические данные, получается, что литр нагретой воды, остывая на один градус, подогревает куб воздуха на 4 градуса.

Как устроен?

Это большого объема резервуар, имеющий эффективную термоизоляцию, подключаемый между контурами источника (или нескольких) тепла и системой отопительной.

Наиболее простой теплоаккумулятор состоит из:

• бака большой емкости, располагаемого вертикально, и снабженного четырьмя патрубками, находящимися по обе стороны – по два с каждой;
• подключают 2 из них к КТТ;
• еще 2 (с противоположной стороны) — к контуру отопительной системы.

Загрузив топливо, контур разжигают, а насос циркуляционный (Nk) через теплообменник начинает перекачивать воду, выступающую в роли теплоносителя. Холодной она подается в нижнюю часть, а в верхнюю поступает уже подогретой до определенной температуры.

В баке не происходит ее перемешивания благодаря разным показателям плотности ее в горячем и уже остывшем состоянии. Во время, когда прогорает полностью закладка, теплоносителем заполняется ТА.

При точно сделанном расчете, после этого, подогретой водой заполнена оказывается вся емкость. Подогрев воды достигает расчетной температуры.

Вся топливная потенциальная энергия затем преобразуется в тепловую, скапливающуюся в ТА, за исключением потерь, предусмотренных для котла расчетным КПД.

Благодаря высококачественной изоляции в баке температура на одном уровне поддерживается достаточно долго – до несколько часов, а то и дней.

Отключение котла

При выключенном теплоаккумуляторе для котлов отопления, но продолжающему функционировать отоплении, насос прокачивает теплоноситель по трубам отопления, а также по радиаторам.

Забор проводится из верхней «горячей» области теплоаккумулятора. Самопроизвольного смешивания не произойдет по той же причине, что описана выше. Подогретая до требуемой температуры вода направляется в трубу, а снизу она пребывает в охлажденном состоянии. Снизу вверх бак теплоаккумулятора медленно отдает нагрев.

Из практики известно, что отбор теплоносителя не прекращается в системе отопительной пока не закончена топка. Отсюда следует, что теплоаккумулятор для котла способен получать лишь излишек энергии, невостребованный в данное время.

Если параметры емкости теплоаккумулятора рассчитаны грамотно, то не пропадет ни 1 киловатт тепловой энергии даром, а к окончанию «топки» теплоаккумулятор прибывает в состоянии «максимальной зарядки».

Но, подобно котлу, работающему на электричестве, в таких установках цикличность работы привязана к льготному тарифу. Бак оборудован таймером. Он в запрограммированное время запустит и отключит питание теплоаккумулятора (ночью и ранним утром). Весь день отопительные контуры (полностью или частично) питать будет теплоаккумулятор.

Особенности конструкции

Большой резервуар, имеющий форму цилиндра, и вертикальное исполнение, каким является теплоаккумулятор, снабжен эффективной изоляций и четырьмя патрубками, служащими для подключения к контурам обеспечения и потребления тепла. Это у всех теплоаккумуляторов одинаково всегда. Но, внутренняя конструкция их может иметь различия.

Разновидности моделей

Теплоаккумуляторы выпускаются:

• с подключением контуров напрямую;

Эти самые простые теплоаккумуляторы применяемые когда:

1. одинаковый теплоноситель применен для отопительных контуров и котла;
2. предельное давление одинаково для теплоносителя котла, контуров и ГА;
3. если температура, имеющаяся на выходе трубы котла выше, чем в контурах отопления;
4. когда указанные условия невыполнимы, проводится подключение с использованием дополнительных теплообменников.

Последнее требование легко обойти для контуров с более низкой требуемой температурой, установив смесительные узлы и трехходовые краны.

• для конструкций с встроенным теплообменником;

Располагается в этом случае он в нижней части бака теплоаккумулятора. Обычно напоминает спираль, изготовленную из нержавейки гофрированной или обыкновенной.

Применяются они, когда:

1. температурный показатель теплоносителя и значение давления в контуре источника значительно выше, чем в системе потребления;
2. при необходимости подключения ни одного, а нескольких тепловых источников (к примеру, солнечного). Теплообменник размещают тем ниже, чем меньший напор температурный;
3. при использовании различного теплоносителя для источников тепла и потребления.

Отличие теплоаккумулятора от первого типа в том, что в емкости теплоноситель достаточно активно перемешивается. Нагрев происходит внизу, а менее плотная подогревшаяся вода поднимается вверх.

Рекомендуем:

• Солнечные коллекторы для отопления: эффективность, преимущества, недостатки и цена
• Какой лучше ветрогенератор купить, виды, особенности, цена: ТОП-7
• Варианты изготовления ветрогенераторов своими руками

На представленной схеме присутствует магниевый насос, нужный, чтобы на стенках бака не образовывалась накипь. Решается это «оттягиванием» ионов тяжелых солей, что возможно благодаря низкому электрическому потенциалу. Его меняют периодически для большей эффективности.

• для встроенных теплообменников с поточным снабжением нагретой водой;

Подача холодной воды проводится снизу. Ограничителем является место горячего водозабора. У конструкции вверху находится основная часть теплообменников.

Это оптимальная схема теплоаккумулятора, применимая, когда объем потребляемой горячей воды стабильный и равномерный, не имеющий явно выраженных пиков.

Металлические теплообменники теплоаккумулятора должны удовлетворять значениям, указанным в принятых нормах для пищевого водопотребления. Данная схема имеет много общего с первой.

• имеющей встроенный бак, предназначенный для обеспечения запасом воды для потребительских нужд. Очень напоминает он бойлер с косвенным нагревом. Применяется, если присутствуют пики выработки тепла, которые с потреблением не совпадают. Другими словами, когда семей расходуется примерно одинаковое количество воды, но непродолжительное время.

Описанные конструкции можно совмещать – все зависит от того, насколько сложную создают систему, сколько источников тепла используют, их типа и источников, которыми тепло используется.

Большая часть описанных устройств снабжена разнесенными по высоте патрубками, необходимыми для соединения с контурами для наиболее оптимального использования температурного градиента.

В любом случае, внутри емкости возникает температурный градиент, т.е. температурная разница по высоте в напоре.

Схемы возможных подключений

Давление, режимы температур и требования к теплоносителям идентичны для котлов и контуров. Ограничителем для регулировки на приборах является только количество проходящего теплоносителя.

Практически повторяет схему, представленную выше. Разница лишь в том, что регулировка зависит от того, как меняется у теплоносителя температура. Поэтому схема включает трехходовые клапаны. Позволяет эта схема использовать максимально полно накопленный потенциал.

В данной схеме теплоноситель циркулирует по малому контуру. Эффективна там, где имеет место превышения давления в самой емкости либо в приборах, а также при применении не одинаковых теплоносителей в контурах и котле.

Используют для аналогичных со схемой №3 условий, но используется внешний теплообменник.

Предназначена для обеспечения проточной подогретой водой. Имеет встроенный теплообменник, отличающийся спиралевидной формой. Рассчитана равномерное, без пиковых нагрузок, потребление.

Применяется встроенный бак. Используется при пиковых нагрузках, т.е. неравномерном потреблении воды. Использовав накопленный запас горячей воды, для последующего нагрева, начинающегося после заполнения бака, необходимо много времени.

Бивалентное соединение с дополнительным источником тепла, выступает которым солнечный коллектор, несущий основную нагрузку. Включение котла производится по необходимости, если имеет место недостаток для подогрева основной энергии.

Мильтивалентная схема с тремя тепловыми источниками: котлом, играющим вспомогательную роль, коллектором солнечным и низкотемпературным источником, характеризующимся высокой стабильностью, независимостью сезона и времени суток — тепловым геотермальным насосом.

Схемы, понятно упрощенные.

В действительности они гораздо сложнее:

• контуры отопления используются различные;
• нагрев происходит от разномощных источников с различной температурой.

Ниже приведена примерная схема:

1. котел твердотопливный;
2. лектрический (вспомогательный), включающийся во время действия льготного тарифа (по необходимости);
3. блок в контуре котла высокотемпературного;
4. гелиостанция (основной источник в солнечную погоду);
5. теплогенератор, принимающий тепло от всех контуров;
6. контур высокотемпературный с возможностью регулировки режимов;
7. контур низкотемпературный, с предусмотренным регулированием нагрева теплоносителя;
8. контур проточный горячего водоснабжения со смесительным узлом, чтобы регулировать нагрев бытовой воды.Помимо перечисленных устройств нередко применяют ТЭНы, чтобы поддерживать нужную температуру, без внепланового включения твердотопливного котла.

ТЭН теплоаккумулятора имеет собственную термостатическую систему:

Выбор теплоаккумулятора

Для этого учитывают:

• объем буферной емкости и материал, из которого она сделана;
• габариты;
• max давление;
• наличие дополнительных теплообменников и опций;
• качество изоляции внешней.

Плюсы

• Экономное расходование исходных ресурсов;
• Максимально полное использование тепла;
• Высокий КПД всей системы и котла, в частности;
• Защищенность от перегрева;
• Минимальное вмешательство в процесс;
• Точная регулировка и контроль;
• Возможность включения дополнительных источников тепла.

Минусы

• Высокая инертность;
• Не всегда целесообразность;
• Длительный нагрев;
• Громоздкое оборудование, затрудняющее перевозку, разгрузку и установку;
• Необходима большая площадь для установки;
• Высокая цена.

Стоимость

Предлагают теплоаккумулятор купить выгодно интернет-магазины:

Автор и редактор обзоров по гаджетам и новой техники. Ведет работы по написанию свежих рейтингов к публикациям, проверки достоверности и актуальности информации уже опубликованных статей. Отвечает на вопросы в комментариях, пишет на авто темы.