Устройство
Главной деталью аккумулятора тепла является нержавеющий бак цилиндрической формы, наполненный жидкостью с высоким коэффициентом теплоотдачи.
Устройство теплоаккумулятора в разрезе
Обвязка бака теплоизолирующим материалом и установка верхней рубашки позволяет увеличить время остывания теплового аккумулятора. Больше всего резервуар для сохранения тепла напоминает термос. Внутри цилиндрической емкости располагают от одного до трех теплообменников. Количество змеевиков зависит от потребностей и возможностей потребителя. Мастеровитые домовладельцы, не боящиеся сложностей, могут своими руками смонтировать необходимое количество теплообменников.
Разогретая вода от газовых или твердотопливных котлов поступает в полость аккумулирующего бака сверху, остывшая жидкость оседает вниз и вновь перекачивается в котел для разогрева.
Рациональное расположение змеевиков в ТА:
- верхняя часть бака подключается к горячему водоснабжению, температура которого может достигать 80-85°C;
- к средней части (60-65°C) подсоединяют отопительные приборы;
- нижний отсек, имеющий температуру около 35-40°C, присоединяют к теплым полам.
В системах с высокой коррозионной активностью во внутреннюю полость дополнительно монтируется магниевый анод. Для твердотопливных котлов, связанных водяным контуром с теплоаккумулятором, внутри бойлера устанавливают ТЭН, он позволяет поддерживать тепло, при остановке источника более чем на 10-12 часов.
Принцип действия теплоаккумуляторов
Если установить в доме твердотопливный котел, возникнет суровая необходимость в регулярном подкладывании все новых порций дров. Все дело в ограниченном объеме камеры сгорания – она не может вместить в себя безлимитное количество поленьев. Да и систем их автоматической подачи еще не придумали, если не брать в расчет пеллетные котлы с автоматикой. Иными словами, за работой системы отопления придется следить самостоятельно.
Максимальную мощность данные котлы развивают в тот момент, когда в них весело полыхают дрова. В этот момент они дают много лишней энергии, поэтому пользователи дозируют дрова аккуратно, подкладывая их по одному полену. В противном случае в доме будет слишком жарко. Ничего хорошего в этом нет, так как из-за этого возрастает количество подходов, и без того высокое. Проблема решается с помощью теплоаккумулятора.
Тепловой аккумулятор для отопления представляет собой аккумулирующую емкость, в которой накапливается горячий теплоноситель. Причем в контур отопления энергия отдается строго дозировано, что обеспечивает стабильность температуры. За счет этого домочадцы избавляются от температурных колебаний и частых подходов для закладки дров. Аккумулирующие баки способны накапливать излишки тепловой энергии и плавно отдавать их в отопительные контуры.
Попробуем объяснить принцип работы на пальцах:
Простота конструкции термоаккумулятора не только повышает надежность агрегата, но и упрощает ремонт и плановое обслуживание.
- Установленный в системе отопления с теплоаккумулятором отопительный котел загружается дровами и производит большое количество тепловой энергии;
- Полученная энергия направляется в тепловую батарею и накапливается там;
- Одновременно с этим, с помощью теплообменника, происходит забор тепла для системы отопления.
Буферный бак для отопления (он же теплоаккумулятор) работает в двух режимах – накопление и отдача. При этом мощность котла может превышать необходимую тепловую мощность для обогрева жилища. Пока в топке будут гореть дрова, будет происходить накопление тепла в термоаккумуляторе. После того как поленья потухнут, энергия еще долго будет забираться из аккумулятора.
Примерно так же устроены аккумуляторы тепла Лежебока для парников и теплиц – днем они накапливают тепло от солнца, а ночью отдают его, согревая растения и препятствуя их замерзанию. Только выглядят они несколько по-другому.
Теплоаккумуляторы для систем отопления необходимы и в том случае, если в качестве источника тепла используются солнечные батареи или тепловые насосы. Те же батареи не могут давать тепло круглосуточно, так как в темное время суток их эффективность падает до нуля. В светлое время дня они будут не только отапливать дом, но и накапливать тепловую энергию в накопительном баке.
Теплоаккумуляторы могут пригодиться при использовании электрических котлов. Такая схема оправдывает себя на двухтарифной системе оплаты. В этом случае система настраивается так, чтобы в ночное время происходило накопление тепла, а в дневное начиналась ее отдача. Благодаря этому у потребителей появляется возможность сэкономить деньги на потреблении электроэнергии.
Как рассчитать объем ТА
Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:
- по отапливаемой площади;
- по мощности котла;
- по запасу времени.
Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади
Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того
В противном случае — по верхней
В противном случае — по верхней.
Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды
При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть
За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру
Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение
За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.
По отапливаемой площади
Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.
Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м² / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров. Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.
Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА
Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.
По мощности котла
Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.
Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)
С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.
По желаемой длительности простоя и теплопотерям
Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).
Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:
- Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
- Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.
Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.
- Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.
Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.
https://youtube.com/watch?v=sso9cNuvveQ
Преимущества использования теплоаккумулятора
Особенность работы твердотопливных котлов заключается в том, что наибольшую эффективность сжигания топлива получают в режиме номинальной мощности. При этом часто теплоноситель разогревается сильнее, чем это требуется.
Избыток тепла можно сохранить, используя аккумуляторный бак, чтобы использовать его после остановки котла. Принцип действия таков:
- во время работы котла, после того как теплоноситель достиг нужной температуры, происходит нагрев жидкости в дополнительной емкости;
- аккумуляторный бак, имеющий надежную теплоизоляцию, сохраняет поступившее тепло;
после остановки котла и остывания теплоносителя в системе горячая жидкость из теплоаккумулятора направляется с помощью насоса в систему отопления.
При необходимости запуск котла производится несколько раз на высокой мощности до нужной степени нагрева воды в баке. После этого система отопления может функционировать без включения котла, пока сохраняется достаточная температура теплоносителя.
В зависимости от объема теплоаккумулятора и площади отапливаемого дома этот процесс может длиться до двух суток. Кроме возможности уменьшить частоту регулярных загрузок топлива, накопительный бак дает и другие преимущества:
- сохранение избыточного тепла для дальнейшего использования;
- предохранение котла от перегрева;
- возможность параллельного использования отопительных котлов разного типа;
- увеличение КПД котла;
- продление срока службы отопительного оборудования;
- уменьшение расхода топлива;
- подогрев воды для бытовых нужд.
Если на вашем участке нет народного достояния – магистрального газа, впору задуматься о правильной системе отопления. Самое лучшее время, когда только готовится проект, а самое неподходящее – когда вы уже живете в доме и поняли, что отопление обходится очень дорого.
Идеальный дом для монтажа твердотопливного котла и теплового аккумулятора – это здание с хорошим утеплением и низкотемпературной системой отопления. Чем лучше утепление, тем меньше теплопотери и тем дольше ваш тепловой аккумулятор сможет поддерживать комфортное тепло.
Способ мы просчитали выше.
Вариант с низкотемпературной системой отопления
Q=1000*4200*(90-35)=231000000 Дж (231000 кДж)
231000/3600=64,2 кВт. Это почти в три раза больше при одинаковом объеме теплового аккумулятора. При теплопотерях – 5 кВт такого запаса хватит на всю ночь.
А теперь о финансах. Допустим, мы смонтировали тепловой аккумулятор с электрическими тенами. Запасаем по ночному тарифу. Мощность тенов – 10 кВт. 5 кВт уходит на текущий обогрев дома в ночное время, 5 кВт мы можем запасти на день. Ночной тариф с 23-00 до 07-00. 8 часов.
8*5=40 кВт. Т.е. днем мы будем пользоваться в течении 8-ми часов ночным тарифом.
Разница – 3,85-2,15=1,7 рубля
40*1,7=68 рублей. Сумма кажется маленькой, но не спешите. Выше мы давали ссылки на утепленный дом и неутепленный. Представим, что вами сделана ошибка – дом построен, вы уже прошли первый отопительный сезон и поняли, что отопление электричеством обходится очень дорого. Выше мы привели пример теплопотерь неутепленного дома.
Следовательно, за отопительный сезон нам необходимо 24*149*9,5=33972 кВт
В рублях 16 часов, 2/3 (22648) по дневному тарифу, 1/3 (11324 кВт) по ночному.
22648*3,85=87195 руб
11324*3,85=24346 руб
В утепленном доме с тепловым аккумулятором стоимость отопительного сезона будет сопоставима с аналогичными неутепленными домами, в которых есть магистральный газ.
— хорошо утепленный дом;
— низкотемпературная система отопления;
— тепловой аккумулятор;
— твердотопливный котел иди водяной камин;
— электрокотел.
Конструкции теплоаккумуляторов заводского изготовления
Тепловые аккумуляторы, изготовленные промышленным способом, представляют собой стальной бак (обычно цилиндрической формы) во внутренней полости которого размещены один или несколько змеевиков по которым осуществляется циркуляция теплоносителя основного и дополнительного контуров отопления.
Некоторые системы имеют дополнительный подогрев воды, который обеспечивается размещенными внутри теплоэлектронагревателями. Заводские теплоаккумуляторы имеют различные устройства автоматики и контроля нагрева воды.
Самостоятельное копирование подобных устройств в домашних условиях достаточно проблематично и обойдется ненамного дешевле его стоимости в магазине. Самыми сложными элементами являются змеевики, изготавливаемые из нержавеющих или медных трубок, навивка которых является достаточно сложной задачей при решении ее в домашних условиях.
Не менее сложны и вопросы герметизации выходных штуцеров, к которым подключается система отопления, и их уплотнение. Теплоизоляция аккумуляторного бака также является серьезной проблемой.
Ниже будет описана конструкция аккумулятора тепловой энергии, которая вполне пригодна для повторения в домашних условиях. Принцип его работы заключается в следующем:
- теплоноситель, во время работы отопительного котла на полную мощность, частично направляется в теплоаккумулятор;
- после отключения котла нагретый теплоноситель из теплоаккумулятора, циркулируя по трубопроводам отопления, обеспечивает обогрев жилых помещений;
- если разместить внутри корпуса устройства дополнительный змеевик и подключить его к обычной водопроводной магистрали, будет обеспечено горячее водоснабжение жилого помещения;
- переключение работы системы отопления при питании от отопительного котла или от теплоаккумулятора обеспечивается специальной запорно-регулирующей арматурой, которая может срабатывать автоматически или переключаться вручную.
Схема подключения теплоаккумулятора
СО – система отопления. 1 – автоматический распределитель теплоносителя;
2 – циркуляционный насос; 3; 4; 5 – запорно-регулирующая арматура;
6;7 – датчики температуры.
Назначение теплоаккумулятора
Установленный в системе отопления он в автоматическом режиме:
- накапливает излишнее тепло;
- отдает накопленное тепло теплоносителю в нужный момент;
- предотвращает закипание воды в котле при отсутствии электроэнергии;
- обеспечивает работу котла без вмешательства человека.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Счетчик на отопление в квартиру классификация и установка
Буферная емкость предназначена для работы в автоматическом режиме
В теплоаккумуляторе накопителем излишков тепла является буферная емкость для воды. (На фото красная). Представляет собой ёмкость для воды со змеевиком, укрытую теплоизоляцией. Пока горят дрова, она накапливает избытки тепла. Как только котел перестает выдавать нужную температуру, излишнее тепло из этой емкости отдается в систему отопления.
Вода в радиаторах не остывает. Система отопления в домах не устанавливается без электрических насосов, которые обеспечивают циркуляцию теплоносителя. Не трудно представить, что происходит в момент перебоев с электроэнергией. Дрова горят, тепло выделяется, а вода неподвижно стоит в трубах. Начинается ее закипание в котле.
Если этот момент упустить, то возможен взрыв со всеми вытекающими последствиями. Теплоаккумулятор для отопления препятствует этому. Пока горит топливо, его приходится периодически добавлять. Если не сделать это вовремя, котел потухнет. Чем это опасно в сильные морозы, знает каждый. Имея ТА процесс между закладками дров увеличивается в разы. При этом не создается опасность размораживания системы из-за затухания котла.
Что представляет собой теплоаккумулятор и зачем нужен
Прибор представляет собой большой резервуар с водой, которая в данном случае выступает в качестве теплоносителя. Благодаря высокой теплоемкости воды при полном нагреве всего объема имеющегося в резервуаре, накапливается большой запас тепла, который в дальнейшем используют по необходимости. Нагревшаяся вода часто используется в отопительной системе для поддержания комфортной температуры в помещении.
Основной задачей аккумулятора тепла является накапливание тепловой энергии в случае, если имеется избыточная в системе отопления, и ее последующая передача в моменты, когда тепла не хватает, например, при выключении основного источника тепла. Из этого следует, что оптимальнее всего использовать теплоаккумуляторы имеющие тепловые источники с выраженным периодом работы. При сочетании теплоаккумуляторов и электрических отопительных котлов, пользователи значительно экономят расходы на электроэнергию, так как в большинстве населенных пунктов существует разница между ночными и дневными тарифами. Как правило, разница в цене на ночной меньше почти в два раза, таким образом если использовать котлы ночью, а днем потреблять тепло, которое накопит аккумулятор, то можно заметить значительную разницу в расходах. И если учитывать регулярный рост цен на электроэнергию, многие начинают рассматривать подобные конструкции, как идеальное решение для экономии средств. Также аккумулятор тепла, можно использовать, как соединительный элемент, между несколькими источниками тепла, при помощи переключения между нами, что позволяет минимизировать расходы н энергию. Конечно такими возможностями наделены не все приборы и поэтому перед покупкой следует заранее ознакомиться с функциональными возможностями.
Плюсы и минусы
Перед установкой прибора в помещении специалисты рекомендуют ознакомиться с достоинствами и недостатками теплоаккумуляторов.
Достоинства:
- значительно понижаются траты на электричество и топливо;
- повышается производительность отопительных систем;
- не происходит перегревание устройств;
- уменьшается расход твердого топлива в котлах;
- пользователи могут выбрать и установить нужный температурный режим;
- за счет наличия перераспределяющей функции продлевается период службы котла;
- присутствует возможность совмещения с несколькими отопительными системами;
- повышается удобство и безопасность использования отопительных котлов.
Пользователи также отмечают, что за счет совместной работы котла и теплоаккумулятора топливо в печи прогорает не до конца, происходит экономия продукта и плюс ко всему отпадает потребность в регулярной чистке от продуктов сгорания ни самого котла ни дымохода.
Недостатки:
- довольно долго запускается в нормальный рабочий режим, из холодного состояния;
- транспортировка прибора неудобна, так как он имеет большое количество комплектующих, также это отражается на его установке;
- требует немалых денежных вложений, которые не быстро окупаются экономией на электроэнергии и топливе;
- сохраняется необходимость в топливном складе вблизи котельной.
Довольно часто умельцы самостоятельно оборудуют котлы аккумуляторами тепла, что позволяет снизить расходы на их установку и обслуживание.
Схемы монтажа
При установке аккумуляторов тепла может использоваться несколько схем:
- схема с прямым подключением, когда температура жидкости при всех режимах удовлетворяет потребителя;
- схема с узлом смешения, когда требуется регулирование температурного режима;
- обвязка теплоаккумулятора со встроенным змеевиком для горячего водоснабжения;
- схема с подключением нескольких источников тепла (используется даже дополнительная обвязка камина контуром с теплоносителем);
- обвязка тепловой емкости с источником на солнечных батареях, дополнительный источник может работать на твердом топливе;
- схема с внешним или встроенным теплообменником;
- обвязка теплоаккумулятора со встроенным баком, если системы ГВ работают недолго, но с высоким уровнем расхода.
В зависимости от выбранной схемы производится обвязка напорного резервуара. Оптимально размещать бойлерную в пристроенном помещении, особенно если монтаж предполагается выполнять своими руками.
При выборе теплоаккумулятора не надо забывать о соотношении габаритов агрегата и существующих проемов строения.
Собираем теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками
Однажды установив теплоаккумулятор в основное отопление загородного дома, будут достигнуты следующие цели:
- протопка твердотопливного котла в удобное для домовладельца время;
- увеличение временного промежутка между закладкой очередной порции топлива;
- оптимизируется расход твёрдого топлива для обогрева помещения.
Совместив основное отопление с буферной аккумулирующей ёмкостью, появляется возможность в значительной степени снизить расходы энергоресурсов не в ущерб комфорту проживания жильцов. При этом экономия может быть значительно увеличена при установке дополнительных датчиков и терморегуляторов. Благодаря этому, когда температура в доме достигла заданных параметров, прекращается поступление теплоносителя в радиаторы.
Вырабатываемая тепловая энергия котлом, который продолжает работать, начинает накапливаться в теплоаккумуляторе. После того как теплоноситель остынет тепло из буферной ёмкости начинает передаваться обратно в отопительную систему мимо остывшего котла. При этом чем больше ёмкость теплоаккумулятора тем дольше отопление будет работать за счёт накопленного тепла.
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 антифриз, 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.
Как правильно рассчитать объем
Перед покупкой следует вычислить объем бака, который сможет обеспечить рациональный обогрев вашего дома. Если буферную ёмкость вы монтируете вместе с системой отопления, то для начала соберите данные:
- Площадь дома.
- Тепловые потери при различных значениях температуры воздуха (кВт/ч).
- Объем воды, которая проходит по системе за 1 ч при минимальном значении температуры.
- Чтобы использовать ёмкость в периоды отключения котла, посчитайте, на сколько часов максимально вы собираетесь его выключать. Полученное число умножьте на величину из пункта 3.
Важно правильно высчитать подходящий объем емкости Если система отопления установлена, тогда рассчитать объем бака легче. В таком случае вы опытным путём можете установить количество воды и временной отрезок между топками в самые холодные периоды (в случае с твердотопливным котлом)
Чтобы из этих данных получить подходящий размер ёмкости, просто их перемножьте. Для дома площадью около 200 кв. м, как правило, используется котел мощностью 25-32 кВт. Из описанной формулы объем теплоаккумулятора должен составить 1 тыс. л. Именно такой расход нагретой жидкости в системе нужен при температуре -25 C, хотя в более тёплые дни вам понадобится меньше.
