Теплоаккумулятор для отопления – назначение, свойства, принцип действия и применение теплового аккумулятора, разновидности, выбор, расчет и подключение

Система обогрева частного дома на твердотопливном котле – далеко не самый лучший вариант с точки зрения стабильности и равномерности в достижении комфортной температуры, пока в систему не внедряется специальной накапливающий тепло модуль. Разберем, что такое теплоаккумулятор для отопления, для чего предназначен, каковы его свойства, как работает и где применяется, каковы его основные плюсы и минусы, как правильно выбрать, какие расчеты при этом понадобится выполнить, а также каковы нюансы подключения.

Теплоаккумулятор с твердотопливным котлом отопления Источник stroyday.ru

Теплоаккумулятор – что это такое, устройство, назначение

Тепловой накопительный блок представляет собой специальный теплоизолированный резервуар, напрямую соединенный с котлом отопления. В его устройстве отмечаются следующие особенности:

Емкость в большинстве случаев имеет форму вертикально установленного цилиндра, корпус которого изготовлен из прочной листовой нержавеющей или черной стали.
Изнутри резервуар покрыт специальным протектором для защиты от горячей воды или иного теплоносителя, а также растворенных в них солей и кислот.
Снаружи бак имеет слой порошкового покрытия с повышенной термостойкостью.
С внешней стороны емкость герметично закрыта теплоизолирующим материалом слоем не менее 10 см. В качестве утеплителя применяется повторно вспененный пенополиуретан с внутренним ПВХ-покрытием.
Далее теплоизоляционный слой покрывается чехлом из прочного кожзама и защитной оболочкой.

Пример устройства и схема работы тепло-аккумуляторного бака Источник stroyfora.ru
При этом полезный объем резервуара может варьироваться от 100 литров до 1 м³ и более. Однако для поддержки системы обогрева частного дома редко применяются экземпляры более одного кубометра. Главное назначение теплового аккумулятора для отопления на примере твердотопливного агрегата сводится к следующему:

Поддержка номинальной температуры теплоносителя в период, когда котел уже остыл.
Протапливание агрегата в оптимальное и удобное время, а не когда система начинает естественным образом остывать.
Существенное увеличение периода между крайними протопками котла.
Снижение и оптимизация расхода топливного ресурса.

Полезная информация! Избыток тепловой энергии, вырабатываемый котлом, накапливается в емкости, а затем постепенно расходуется на поддержку оптимальной температуры теплоносителя. Таким образом, нивелируется большая инерционность твердотопливного агрегата – необходимость ждать, пока натопится помещение до необходимого комфортного уровня при периодическом его остывании.

Подробная схема отопительной системы с буферным накопителем тепла Источник prom.st

Лучшие производители

Если не знаете, теплобаки какой фирмы лучше по цене и набору характеристик, то старайтесь отдавать предпочтение моделям наиболее известных торговых марок. В большинстве случаев такие устройства от отечественных или иностранных производителей отличаются хорошим качеством и исправно работают на протяжении длительного периода.

Популярные производители:

Parpol (Болгария);
S-Tank (Беларусь);
Nibe (Швеция);
Tesy (Болгария);
Hajdu (Венгрия);
Sunsystem (Болгария);
Stiebel Eltron (Германия).

Принцип действия, сфера применения

Работа теплового накопителя простейшего типа осуществляется по следующему принципу:

Из теплообменного контура агрегата в верхний патрубок емкости поступает разогретый теплоноситель.
По мере работы котла бак полностью заполняется разогретым до заданного значения теплоносителем.
При этом из противолежащего верхнего патрубка теплоноситель поступает в батареи системы отопления дома и прочие потребители. Однако, пока агрегат работает, температура внутри резервуара не падает, а, напротив, возрастает – если, конечно, тепло-накопитель правильно подобран и соответствует мощности котла и расходу потребителей.
При этом в нижний входной патрубок бака поступает охлажденный в системе теплоноситель, но при этом не перемешиваясь с верхним разогретым слоем поступает на отопительный контур котла из выходного патрубка.
Когда резервуар заполнится до предельного уровня разогретым теплоносителем, агрегат отключается.
Далее теплоаккумулятор перекачивает теплоноситель по системе с помощью собственного циркуляционного насоса.

Принцип работы теплооаккумулятора с указанием движения теплоносителя Источник altep.ua

При этом постепенно горячая фаза заменяется охлажденной. Однако качественно выполненный и грамотно рассчитанный тепло-накопитель способен полноценно поддерживать заданный нагрев теплоносителя не только в течение многих часов, но и при необходимости нескольких суток.

Теплоаккумулятор для системы отопления может применяться далеко не только в схеме с твердотопливным котлом, но и с любым другим, работающем на альтернативном виде топлива – газе, электричестве и даже энергии ветра, солнца и недр.

Сфера применения теплового накопителя определяется следующим рядом его возможностей:

Количество подключаемых потребителей зависит от наличия независимых контуров и может варьироваться от 4 до 20.
Тепловой накопитель можно переоборудовать в электрокотел – посредством монтажа ТЭНов через боковые фланцы.
Резервуар может разделяться на отдельные взаимодействующие сектора с помощью горизонтальных перекрытий внутри.
В нижнюю область бака может быть вмонтирован дополнительный теплообменник – для повышения производительности.
Для обеспечения горячей бытовой водой в резервуар может быть встроен накопитель или дополнительный теплообменник.

Схема комбинированной системы отопления с теплоаккумулятором Источник evan.ru

Обратите внимание! Тепловой аккумулятор особенно актуален, когда энергетический ресурс, расходуемый на образование тепла, имеет периодический или ограниченный доступ. Примером являются солнечные и ветровые генераторы, не функционирующие в пасмурную и безветренную погоду. Он также пригодится, когда электрокотел подключается по льготному тарифу, что возможно только в некоторые ограниченные часы суток.

Принцип работы

Суть работы прибора применительно к котельному оборудованию ничем существенным не отличается от принципа защиты других электрических устройств. Она выражается в принятии специальных мер по стабилизации напряжения и возможности поддерживать какое-то время его на требуемом уровне. Для этих целей используется ИБП для котлов с подключенным внешним аккумулятором, постоянное напряжение с которого преобразуется в переменное посредством электронного инвертора.
Для сглаживания колебаний напряжения в сети или защиты от его кратковременного пропадания используется принцип двойного преобразования, состоящий в следующем:

Корректируемое переменное напряжение подается на сетевой фильтр, сглаживающий резкие колебания за счет ограничения ВЧ гармоник.
Оно поступает на диодный мостик, преобразующий переменную составляющую в постоянную.
При необходимости часть выпрямленного тока расходуется на схему зарядки дежурного аккумулятора, используемого в ситуации, когда напряжение пропадает на длительное время.
Основная его часть поступает на инвертор, в котором осуществляется обратное преобразование постоянной составляющей в переменную.
Полученное таким образом стабилизированное напряжение пригодно для питания твердотопливного или газового котла.

Плюсы и минусы

Применение теплового аккумулятора в системе обогрева частного жилища имеет следующий ряд преимуществ:

Существенная экономия топливных ресурсов. Вырабатываемое тепло задействуется в максимальной степени на обогрев дома.
Возникает возможность использования для отопления нескольких энергоресурсов. Например, за базовую выработку тепла отвечает твердотопливный котел, периодически протапливаемый на полную мощность и заряжающий теплоаккумулятор, а для поддержки в промежуточных периодах задействуется компактный электрический или газовый котел. При этом в качестве дополнительного источника могут использоваться теплонагревательные контуры, работающие на альтернативных видах энергии – солнечных батареях и ветрогенераторе.

Теплоаккумулятор с котлом, развязкой и потребителями Источник kotli.pro
Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Надежная защита от перегрева как самого агрегата, так и всех элементов отопительной схемы. Правильно рассчитанный тепло-накопитель просто не даст температуре возрасти выше установленного значения.
Снижение процедур по обслуживанию в заданный период – увеличение времени между этапами по загрузке топлива.
Стабилизация работы системы обогрева в целом – отсутствие перепадов температуры при резком похолодании, что обеспечивает более комфортный микроклимат в помещении.
Обеспечение дома горячей бытовой водой.

Однако установка тепло-накопительного модуля в систему частного отопления имеет не только плюсы, но и зачастую некоторые минусы:

Внедрение теплоаккумулятора оправдано, когда выдаваемая мощность агрегата как минимум в 1,5-2 раза превышает потребность в тепле жилым помещением.
Работа теплового накопителя отличается большой инерционностью. С момента запуска до перехода в номинальное состояние проходит много времени. И оно тем больше, чем больше площадь обогреваемого помещения. Поэтому установка модуля актуальна только в домах с постоянным проживанием. Для периодического посещения, например, на выходных в дачном доме его применение нецелесообразно.

Теплоаккумулятор характеризуется крупными габаритами и большим весом при заполнении теплоносителем Источник termopaneli59.ru

Корпус аккумулятора тепла, как правило, отличается внушительными габаритами, что несколько усложняет задачу по его транспортировке и монтажу. Кроме того, из-за этого котельная должна иметь дополнительно предназначенное для его установки место рядом с котлом.
Цены надежного фирменного тепло-накопителя и самого отопительного котла обычно сопоставимы, что существенно повышает итоговую стоимость всей системы. Однако в перспективе на долгосрочную эксплуатацию затраты окупаются значительной экономией энергоресурсов, продлением срока службы оборудования и компонентов и обеспечением комфортных условий в жилых помещениях.

Справка! При выборе теплоаккумулирующего устройства необходимо удостовериться в наличии теплоизоляционного слоя снаружи корпуса. Если же приобретенная модель не имеет такого покрытия, пользователю придется докупать и устанавливать его самостоятельно.

Теплоаккумулятор должен иметь надежный теплоизоляционный слой Источник indclimat.ru

Требования к бесперебойнику

Чтобы узнать, какой бесперебойный агрегат подойдет к газовому котлу, заранее нужно определиться с требованиями, которые предъявляются к устройству. Поможет знакомство с основными показателями ИБП, характеризующими эффективность его работы. Некоторые из них:

Активная и полная (с учетом реактивной составляющей) мощность, определяемая как произведение напряжения питания на силу тока в нагрузке.
Коэффициент гармонических искажений, указывающий на качество выходного напряжения – на отклонение формы синусоиды от идеального вида.
Наличие внешнего аккумулятора, позволяющего не прерывать работу котла при полном отсутствии сетевого питания в течение нескольких часов.
Длительность функционирования в автономном режиме.
Границы допустимых колебаний входного напряжения в Вольтах.

Длительность работы от АКБ зависит в большей степени от его емкости.

Когда по условиям эксплуатации котельного оборудования предполагаются длительные перерывы в энергоснабжении, следует предусмотреть возможность подключения дополнительных батарей. Также желательно, чтобы приобретаемый прибор обладал функцией автоматического отслеживания состояния электросети и восстановления нормального режима питания.

Разновидности

В зависимости от особенностей устройства, определяемых им свойств и предназначения выделяются следующие 4 основные разновидности теплового аккумулятора для систем отопления:

Простейшие буферные емкости без перегородок внутри.

Полый внутри тепло-накопитель заполняется одним теплоносителем, циркулирующим между тепловым контуром котла и потребителями тепла. Устанавливается в следующих ситуациях:

Система обогрева (котел, батареи и прочие потребители) работает на одном и том же теплоносителе.
Предельное значение давления в оборудовании не выше аналогичного параметра для котла и накопителя.
Уровень нагрева теплоносителя на выходе из котельного контура не превышает максимально допустимого значения температуры потребителей.

При этом если последнее требование соблюсти не удается, установка буферной емкости все же возможна. Для этого в схему внедряются 3-ходовые краны, позволяющий снизить уровень нагрева горячего теплоносителя, входящего в потребительный контур, путем смешения его с остывшим – подаваемым из обратной магистрали.

Простейший буферный тепловой накопитель Источник ktl.by

Со встроенным теплообменником в нижней части.

Внутри бака располагается дополнительный теплообменный контур, выполненный из трубы из нержавеющей стали. В зависимости от назначения количество таких змеевиков может быть от 1 до 3. Это позволяет создавать несколько независимых контуров с различными теплоносителями и их характеристиками.

Случаи применения:

Когда давление и уровень нагрева теплоносителя превосходят допустимые значения аналогичных параметров приемников.
Когда существует возможность использования нескольких теплогенератов – дополнительных котов, а также за счет солнечного света, ветра или геотермальных источников и т. д. При этом чем ниже значение уровня нагрева теплоносителя, тем ниже должен располагаться в баке контур, по которому он циркулирует.
Тепловые аккумуляторы данной разновидности также используются для индивидуального отопления дома, когда в теплообменном контуре используется один вид теплоносителя, а в системе потребления другой.

Устройство теплоаккумулятора с нижним расположением змеевика Источник forvardplast.ru

Онлайн калькулятор

*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.

Пояснения:

Паспортная мощность котла, она указана производителем. Если документы на оборудование не сохранились, найти характеристики можно с сети интернет.

Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Рассчитывается специалистами по сложной форме, которая включает: объем помещения, систему отопление, энергоэффективность всего дома.

Температура подачи и обратки. Если в системе не установлены термометры, ее можно снять любым теплосъемником.

Критерии выбора

При выборе аккумулятора тепла для домашней системы отопления должны учитываться следующие критерии:

Вместимость емкости. Рассчитывается с учетом характеристик системы, мощности агрегата, расхода бытовой горячей воды.
Размеры и вес. Они должны соответствовать прочности основания, на котором будут установлены, а также особенностям транспортировки и монтажных работ.
Предельный уровень давления. Он должен быть не ниже аналогичного параметра в системе. Им задается толщина стенок, материал из которого они изготавливаются, а также геометрия и особенности конструкции бака.
Материал корпуса. Изделия из углеродистого стального сплава дешевле, но и меньше служат из-за подверженности разрушения коррозией. Модели из нержавейки стоят дороже, но отличаются долговечностью.
Дополнительные теплообменники. Количество задается наличием подключаемых контуров и сложностью схемы.

Главный признак различия теплоаккумуляторов – вместимость Источник termico.com.ua

Функционал. В зависимости от возможностей производители оснащают свою продукцию помимо основных параметров различными дополнительными функциями – встройка ТЭНов, монтаж контрольного и измерительного оборудования, установка автоматики и приборов безопасности, таких как, например, воздушные клапаны, термостаты и проч.
Качество теплоизоляционного слоя. Учитывается не только толщина покрытия, но и тип используемого материала. Чем дольше бак хранит тепло, тем он более экономически выгоден в системе частного обогрева.

На заметку! Приобретать тепловой накопитель лучше только в специализированной торговой точке. Изделие должно быть фирменным, иметь сертификат, гарантию и полноценную инструкцию по эксплуатации.

Теплоаккумулятор для котлов отопления: параметры, особенности монтажа и где купить

Отсутствие возможности использовать в качестве источника энергии для обогрева жилья относительно недорогой природный газ вынуждает хозяев домов искать другие приемлемые решения. Так, в регионах, где нет особых проблем с заготовкой или приобретением дров, на помощь приходят твёрдотопливные котлы. Случается и так, что единственной альтернативой становится электрическая энергия. Кроме того, все активнее используются новые технологии, позволяющие направлять на нужды отопления энергию солнечного излучения.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Все эти подходы не лишены существенных недостатков. Так, к ним можно отнести неравномерность, выраженную периодичность поступления тепловой энергии. В случае с электрическим котлом основным негативным фактором будет высокая стоимость потребленной энергии. Очевидно, что существенно поднять экономичность системы отопления, улучшить эффективность, равномерность ее работы, максимально упростить эксплуатационные операции помогло бы включение в общую схему специального прибора, который стал бы накапливать невостребованную в текущий момент тепловую энергию и отдавать ее по мере необходимости. Именно такую функцию выполняет теплоаккумулятор для котлов отопления.

Основное предназначение теплоаккумулятора системы отопления

Простейшая система отопления с твердотопливным котлом обладает выраженной цикличностью работы. После загрузки дров и их розжига, котел постепенно выходит на максимальную мощность, активно передавая тепловую энергию в контуры отопления. Но по мере прогорания загрузки теплоотдача начинает постепенно снижаться, и теплоноситель, разносимый по радиаторам, остывает.

Работа обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и «провалов» в выработке тепловой энергии
Получается, что в период пиковой выработки тепла оно может остаться невостребованным, так как настроенная, оснащенная термостатическим регулированием система отопления лишнего не возьмет. Но в период догорания топлива и, тем более, простоя котла тепловой энергии будет явно недоставать. В итоге часть топливного потенциала расходуется просто впустую, но при этом хозяевам приходится достаточно часто заниматься загрузкой дров.

В определенной степени остроту этой проблемы можно снизить установкой котла длительного горения, но полностью снять – не получается. Несовпадение пиков выработки тепла и его потребления может оставаться достаточно существенным.

В случае с электрокотлом на первый план выступает высокая стоимость потребляемой энергии, что заставляет хозяев задуматься о максимальном использовании оборудования в периоды действия льготных ночных тарифов и минимизации потребления в дневные часы.

Выгоды использования дифференцированной тарификации электроэнергии
При грамотном подходе к потреблению электроэнергии льготные тарифы могут принести весьма ощутимую экономию средств. Об этом подробно рассказано в специальной публикации портала, посвященной двухтарифным электросчетчикам.

Напрашивается очевидное решение – накапливать тепловую энергию ночью, чтобы достичь минимального потребления ее днем.

Еще ярче выражена периодичность выработки тепловой энергии в случае использования солнечных коллекторов. Здесь прослеживается зависимость не только от времени суток (ночью поступление вообще нулевое).

Работа солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погоды
Не поддаются никакому сравнению пики нагрева в яркий солнечный день или в пасмурную погоду. Понятно, что напрямую ставить свою систему отопления в зависимость от текущих «капризов» природы – никак нельзя, но и пренебрегать столь мощным дополнительным источником энергии также не хочется. Очевидно, что требуется какое-то буферное устройство.

Эти три примера, при всей их разноплановости, объединяет одно общее обстоятельство – явное несовпадения пиков выработки тепловой энергии с рациональным равномерным ее использованием на нужды отопления. Для устранения этого дисбаланса и служит специальный прибор, называемый теплоаккумулятором (тепловым накопителем, буферной емкостью).

Цены на теплоаккумуляторы Hajdu

теплоаккумулятор Hajdu

Принцип его действия основан на высокой теплоемкости воды. Если значительный ее объем в период пикового поступления тепловой энергии разогреть до необходимого уровня, то в течение определенного периода можно для нужд отопления использовать этот накопленный энергетический потенциал. Для примера, если сравнивать теплофизические показатели, то всего один литр воды при остывании на 1°С способен разогреть кубометр воздуха на целых 4 °С.

Тепловой аккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар с эффективной внешней термоизоляцией, подключенный к контуру (контурам) источника тепла и контурам отопления. Простейшую схему лучше рассмотреть на примере:

Наглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятора

Самый простой по конструкции теплоаккумулятор (ТА) – это вертикально расположенный объемный бак, в который с двух противоположный сторон врезаны четыре патрубка. С одной стороны он подключён к контуру твердотопливного котла (КТТ), а с другой – к разведенному по дому контуру отопления.

После загрузки и розжига котла циркуляционный насос (Nк) этого контура начинает прокачивать теплоноситель (воду) через теплообменник. Из нижней части ТА в котел поступает остывшая вода, а в верхнюю прибывает разогретая в котле. Из-за существенной разницы плотности остывшей и горячей воды ее активного перемешивания в баке не будет – в процессе горения топливной закладки будет происходить постепенное заполнение ТА горячим теплоносителем. В итоге, при правильном расчете параметров, после полного прогорания заложенного горючего, емкость будет заполнена горячей водой, разогретой до расчетного уровня. Вся потенциальная энергия топлива (за вычетом, конечно, неизбежных потерь, отраженных в КПД котла), преобразована в тепловую, которая накоплена в ТА. Качественная термоизоляций позволяет сохранять температуру в баке в течение многих часов, а иногда даже – и дней.

Вторая стадия – котел не работает, но функционирует система отопления. С помощью собственного циркуляционного насоса контура отопления происходит прокачка теплоносителя по трубам и радиаторам. Забор производится сверху, из «горячей» зоны. Интенсивного самостоятельного перемешивания опять же не наблюдается – по уже упомянутой причине, и в трубу подачи поступает горячая вода, снизу возвращается охлажденная, и бак постепенно отдает свой нагрев в направлении снизу вверх.

На практике, в процессе топки котла отбор теплоносителя в систему отопления, как правило, не прекращается, и ТА будет накапливать лишь избыточную энергию, которая в текущий момент остается невостребованной. Но при правильном расчете параметров буферной емкости, ни один киловатт тепловой энергии не должен пропасть даром, и к концу цикла топки котла ТА должен быть в максимальной мере «заряжен».

Понятно, что цикличность работы подобной системы с установленным электрическим котлом будет завязана на льготные ночные тарифы. Таймер блока управления включит и выключит питание в установленный срок вечером и утром, а в течение дня контуры отопления будут питаться только (или преимущественно) из теплоаккумулятора.

Конструктивные особенности и основные схемы подключения различных теплоаккумуляторов

Итак, теплоаккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар вертикального цилиндрического исполнения, имеющий высокоэффективную термоизоляцию и снабженный патрубками для подключения контуров генерации тепла и его потребления. А вот внутренняя конструкция может различаться. Рассмотрим основные типы существующих моделей.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Теплоаккумулятор с прямым подключением контуров выработки и потребления тепловой энергии
1 – Самый простой тип конструкции ТА. Подразумевается прямое подключение и источников тепла, и контуров потребления. Такие буферные емкости используются в следующих случаях:

Если в котле и во всех контурах отопления применяется одинаковый теплоноситель.
Если максимально допустимое давление теплоносителя в контурах отопления не превышает аналогичный показатель котла и самого ГА.

В том случае, когда требование выполнить невозможно, подключение контуров отопления может производиться через дополнительные внешние теплообменники

Если температуры в трубе подачи на выходе их котла не превышает допустимой температуры в контурах отопления.

Впрочем, это требование также может быть обойдено при установке на контуры, требующие более низкого температурного напора, смесительных узлов с трёхходовыми кранами.

Теплоаккумулятор со встроенным теплообменником

2 – Теплоаккумулятор снабжен внутренним теплообменником, расположенным в нижней части емкости. Теплообменник обычно представляет собой спираль, свитую из стальной нержавеющей трубы, обычной или гофрированной. Таких теплообменников может быть несколько.

Подобный тип ТА применяется в следующих случаях:

Если показатели давления и достигаемой температуры теплоносителя в контуре источника тепла существенно превосходят допустимые значения для контуров потребления и для самой буферной емкости.
Если есть необходимость подключения нескольких источников тепла (по бивалентному принципу). Например, на помощь котлу приходят гелиосистема (солнечный коллектор) или геотермальный тепловой насос. При этом чем меньше температурный напор источника тепла, тем ниже должен в ТА размещаться его теплообменник.
Если в контурах источника тепла и потребления используется различный тип теплоносителя.

В отличие от первый схемы, такому ТА свойственно активное перемешивание теплоносителя в емкости – нагрев происходит в нижней ее части, и менее плотная горячая вода стремится вверх.

На схеме по центру ГА показан магниевый анод. За счет более низкого электропотенциала он «оттягивает» на себя ионы тяжелых солей, не допуская зарастания накипью внутренних стенок бака. Подлежит периодической замене.

Теплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабжения

3 – Теплоаккумулятор дополнен проточным контуром горячего водоснабжения. Вход холодной воды осуществляется снизу, подача до точки горячего водоразбора, соответственно, снизу. Большая часть теплообменника расположена в верхней части ТА.

Такая схема считается оптимальной для условий, когда потребление горячей воды отличается достаточной стабильностью и равномерностью, без выраженных пиковых нагрузок. Естественно, теплообменник должен быть исполнен из металла, отвечающего нормам пищевого водопотребления.

В остальном же схема схода с первой, с прямым подключением контуров генерации тепла и его потребления.

Теплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабжения

4 – Внутри теплоаккумулятора размещен бак для создания запаса горячей воды для бытового потребления. По сути, такая схема напоминает встроенный бойлер косвенного нагрева.

Применение подобной конструкции в полной мере оправдано в случаях, когда пик выработки тепловой энергии котлом не совпадает с пиком потребления горячей воды. Иными словами, когда сложившийся в доме бытовой уклад предполагает массовое, но довольно непродолжительное расходование горячей воды.

Все перечисленные схемы могут варьироваться в различных комбинациях – выбор конкретной модели зависит от сложности создаваемой системы отопления, количества и типа источников тела и контуров потребления. Обратите внимание, в большинстве теплоаккумуляторов предусмотрено множество выходных патрубков, разнесенных по вертикали.

Разнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиент

Дело в том, что при любой схеме внутри буферной емкости так или иначе образуется температурный градиент (разница в температурном напоре по высоте). Появляется возможность подключения контуров системы отопления, требующих различных температурных режимов. Это существенно облегчает окончательное термостатическое регулирование теплообменных приборов (радиаторов или «теплых полов»), с минимальными ненужными потерями энергии и снижением нагрузки на регулирующие устройства.

Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов

Теперь можно рассмотреть основные схемы установки теплоаккумуляторов в систему отопления.

Иллюстрация	Краткое описание схемы
	Температурный режим и давление одинаковы в котле и в контурах отопления. Требования к теплоносителю совпадают. На выходе из котла и в ТА поддерживается постоянная температура. На приборах теплообмена регулировка ограничивается только количественным изменением проходящего через них теплоносителя.
	Подключение в самому теплоаккумулятору, в принципе, повторяет первую схему, но регулировка режимов работы теплообменных приборов осуществляется по качественном принципу – с изменением температуры теплоносителя. Для этого в схему включены термостатические узлы смешения, например, трехходовые клапаны. Такая схема позволяет наиболее рационально использовать накопленный теплоаккумулятором потенциал, то есть его «заряда» хватит на более продолжительное время.
	Такая схема, с циркуляцией теплоносителя в малом контуре котла через встроенный теплообменник, применяется, когда давление в этом контуре превышает допустимое в приборах отопления или в самой буферной емкости. Второй вариант – в котле и в контурах отопления применены разные теплоносители.
	Исходные условия аналогичны схеме №3, но применен внешний теплообменник. Возможные причины такого подхода: — площади теплообмена встроенного «змеевика» недостаточно для поддержания требуемой температуры в телоаккумуляторе. – ранее уже был приобретён ТА без внутреннего теплобменника, а модернизация системы отопления потребовала именно такого подхода.
	Схема с организацией проточного обеспечения горячей водой через встроенный спиралевидный теплообменник. Рассчитана на равномерное потребление горячей воды, без пиковых нагрузок.
	Такая схема, с использованием теплоаккумулятора со встроенным баком, рассчитана на пиковое потребление горячей воды, но не отличающееся высокой положительностью. После расходования созданного запаса и, соответственно, заполнения ёмкости холодной водой, нагрев до требуемой температуры может занять достаточно много времени.
	Бивалентная схема, позволяющая задействовать в системе отопления дополнительный источник тепловой энергии. В данном случае упрощенно показан вариант с подключением солнечного коллектора. Этот контур подключается к теплообменнику в нижней части теплоаккумулятора. Обычно подобная система рассчитывается таким образом, что основным источником является именно солнечный коллектор, а котел включается по мере необходимости, для догрева, при недостаточности энергии от основного. Солнечный коллектор, конечно, не догма – на его месте может быть и второй котел.
	Схема, которую можно назвать мультивалентной. В данном случае показано применение трех источников тепловой энергии. В роли высокотемпературного выступает котел, который, опять же, может играть лишь вспомогательную роль в общей схеме нагрева. Солнечный коллектор – по аналогии с предыдущей схемой. Кроме того, используется еще один низкотемпературный источник, который, вместе с тем отличается стабильностью и независимостью от погоды и времени суток – геотермальный тепловой насос. Чем меньше температурный напор из подключенного источника энергии, тем ниже место его подключения к теплоаккумулятору.

Безусловно, схемы даны в очень упрощенном виде. А на деле подключение теплоаккумулятора в сложные, разветвленные системы, с различными контурами отопления, да еще и получающие нагрев от источников различной мощности и температуры, требуют высокопрофессионального проектирования с инженерными теплотехническими расчетами, с применением множества дополнительных регулировочных устройств.

Один из примеров – показан на рисунке:

Пример системы с несколькими источниками тепла и различными контурами отопления и ГВС

1 – твёрдотопливный котёл.

2 – электрический котел, включающийся лишь по мере необходимости и только в период действия льготного тарифа.

3 – специальный блок подмешивания в контуре высокотемпературного котла.

4 – гелио-станция, солнечный коллектор, который в погожие дни может выполнять роль основного источника тепловой энергии.

5 – теплоаккумулятор, к которому сходятся все контуры генерации тепла и его потребления.

6 – высокотемпературный контур отопления с радиаторами, с регулировкой режимов по количественному принципу – только и использованием запорной арматуры.

7 – низкотемпературный контур отопления – «теплый пол», в котором обязательно предусматривается качественное регулирование температуры нагрева теплоносителя.

8 – проточный контур горячего водоснабжения, снабженный собственным смесительным узлом для качественного регулирования температуры бытовой горячей воды.

Кроме всего перечисленного, в теплоаккумулятор могут быть встроены собственные электрические нагреватели – ТЭНы. Иногда бывает выгодно поддерживать с их помощью заданную температуру, не прибегая, например, лишний раз к неплановой растопке твердотопливного котла.

Дополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системой

Специальные дополнительные ТЭНы можно приобрести отдельно – их монтажная резьба обычно адаптирована к гнездам подключения, имеющимся на многих моделях тепловых аккумуляторов. Естественно, подключение электричество подогрева потребует установки дополнительного термостатического блока, который обеспечит включение ТЭНов только при падении температуры в ТА ниже установленного пользователем уровня. Некоторые нагреватели уже оснащены встроенным терморегулятором подобного типа.

Цены на теплоаккумуляторы S-Tank

Теплоаккумулятор S-Tank

Видео: Рекомендации специалиста по созданию системы отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором

Что необходимо учитывать при выборе теплоаккумулятора

Безусловно, подбор теплоаккумулятора рекомендуется проводить еще на стадии проектирования системы отопления дома, руководствуясь расчетными данными специалистов. Тем не менее, обстоятельства бывают разными, и знать основные критерии оценки такого прибора – все же нужно.

На первом месте всегда будет стоять вместительность этой буферной емкости. Эта величина рассчитывается в соответствии с параметрами создаваемой системы, мощностью котла, необходимого количества энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения. Одним словом, ёмкость должна быть таковой, чтобы обеспечить накопление всего избыточного на данный момент тепла, не допуская его потерь. О некоторых правилах расчета емкости будет рассказано ниже.
От емкости, естественно, напрямую зависят габариты изделия и его масса. Эти параметры также являются определяющими – далеко не всегда и не везде получается разместить в выделенном помещении теплоаккумулятор необходимого объема, так что вопрос должен продумываться заранее. Случается, что баки большого объёма (свыше 500 литров) не проходят в стандартные дверные проемы (800 мм). При оценке массы ТА она должна учитываться вместе во всем объемом воды полностью заполненного прибора.
Следующий параметр – максимально допустимое давление в создаваемой или уже функционирующей системе отопления. Аналогичный показатель ТА должен быть, во всяком случае, не ниже. Это будет зависеть от толщины стенок, типа материала изготовления, и даже формы емкости. Так, в буферных емкостях, рассчитанных на давление свыше 4 атмосфер (бар) обычно верхняя и нижняя крышки имеют сферическую (тороидальную) конфигурацию.

Теплоаккумулятор из нержавеющей стали, с крышками тороидальной формы, заключенный в термоизоляционный кожух.

Материал изготовления емкости. Баки из углеродистой стали, с антикоррозийным покрытием стоят дешевле. Емкости из нержавейки, безусловно, дороже, но и гарантийный срок их эксплуатации тоже значительно выше.
Наличие дополнительных встроенных теплообменников для контуров отопления или горячего водоснабжения. Об их предназначении уже упоминалось выше – выбираются модели в зависимости от общей сложности системы отопления.
Наличие дополнительных опций – возможности встраивания ТЭНов, установки контрольно-измерительных приборов, устройств обеспечения безопасности – предохранительных клапанов, воздухоотводчиков и т.п.
Обязательно оценивается толщина и качество внешней термоизоляции корпуса ТА, чтобы не пришлось заниматься этим вопросом самостоятельно. Чем лучше изолирован бак, тем естественно, дольше будет в нем храниться «тепловой заряд».

Особенности монтажа тепловых аккумуляторов

Установка теплового аккумулятора подразумевает соблюдение определенных правил:

Все подключаемые контуры должны подсоединяться резьбовыми муфтами или фланцами. Сварных соединений не допускается.
Подключаемые трубы не должны оказывать на патрубки ТА никакой статической нагрузки.
Рекомендуется на всех подключаемых к ТА трубах установить запорную арматуру.
На всех используемых входах и выходах устанавливаются приборы визуального контроля температуры (термометры).
В нижней точке ТА или на трубе в непосредственной близости от него должен стоять дренажный вентиль.
На всех трубах входа в теплоаккумулятор устанавливаются фильтры механической очистки воды – «грязевики».
Во многих моделях сверху предусмотрен патрубок для подсоединения автоматического воздухоотводчика. Если такового нет, то воздухоотводчик обязательно устанавливается на самом верхнем выходном патрубке.
В непосредственной близости от теплоаккумулятора предусматривается установка манометра и предохранительного клапана.
Вносить какие бы то ни было самостоятельные изменения в конструкцию теплоаккумулятора, не оговоренные производителем – категорически запрещается.
Установка ТА должна проводиться только в отапливаемом помещении, исключающем вероятность замерзания жидкости.
Заполненный водой резервуар может иметь весьма значительную массу. Площадка род него должна быть способна выдержать столь высокую нагрузку. Нередко для этих целей приходится подливать специальный фундамент.
Как бы ни устанавливался теплоаккумулятор, при этом должен обеспечиваться свободный поход к ревизионному люку.

Проведение простейших расчетов параметров теплоаккумулятора

Как уже упоминалось выше, всесторонний расчет системы отопления с несколькими контурами выработки и потребления тепловой энергии – это задача, посильная только специалистам, так как приходится учитывать очень много разносторонних факторов. Но определённые вычисления можно провести и собственными силами.

Например, в доме установлен твердотопливный котел. Известна его мощность, вырабатываемая при полной топливной загрузке. Экспериментальным путем определено время сгорания полной закладки дров. Планируется приобретение теплоаккумулятора, и необходимо определить, какой объем потребуется, чтобы гарантированно полезно использовать все выработанное котлом тепло.

За основу возьмем известную формулу:

W = m × с × Δt

W — количество тепла необходимое, чтобы нагреть массу жидкости (m) с известной теплоемкостью (с) на определенное количество градусов (Δt).

Отсюда несложно вычислить массу:

m = W / (с × Δt)

Не помешает принять в расчет КПД котла (k), так как потери энергии так или иначе неизбежны.

W = k × m × с × Δt, или

m = W / (k × с × Δt)

Теперь разбираемся с каждым из значений:

m – искомая масса воды, из которой, зная плотность, несложно будет определить и объем. Не будет большой ошибкой посчитать из расчета 1000 кг = 1 м³.
W – избыточное количество тепла, вырабатываемое в период топки котла.

Его можно определить, как разницу значений энергии, выработанной за время сгорания топливной закладки и затраченной в тот же период на отопление дома.

Максимальная мощность котла обычно известна – это паспортная величина, рассчитанная на оптимальные воды твёрдого топлива. Она показывает количество тепловой энергии вырабатываемой котлом в единицу времени, например, 20 кВт.

Любой хозяин всегда довольно точно знает, в течение какого времени у него прогорает топливная закладка. Допустим, это будет 2,5 часа.

Далее, необходимо знать, какое количество энергии в это время может быть израсходовано на отопление дома. Одним словом, необходимо значение потребности конкретного здания в тепловой энергии для обеспечения комфортных условий проживания.

Такой расчет, если значение необходимой мощности неизвестно, можно произвести самостоятельно – для этого есть удобный алгоритм, приведенный в специальной публикации нашего портала.

Как самостоятельно провести тепловой расчет для собственного дома?
Информация о количестве необходимой тепловой энергии для отопления дома бывает достаточно часто востребована – при выборе оборудования, расстановке радиаторов, при проведении утеплительных работ. С алгоритмом расчета, включающим удобный калькулятор, читатель может познакомится, открыв по ссылке публикацию, посвященную требованиям к установке газовых котлов.

Например, для отопления дома требуется 8,5 кВт энергии в час. Значит, за 2,5 часа сгорания топливной закладки будет получено:

20 × 2,5 = 50 кВт

За этот же период будет потрачено:

8,5 × 2,5 = 21,5 кВт

Избыточное тепло, которое необходимо сохранить в теплоаккумуляторе:

W = 50 – 21,5 = 28,5 кВт

k – КПД котельной установки. Обычно указывается в паспорте изделия в процентах (например, 80%) или десятичной дробью (0,8).
с – теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч/кг×°С или 1,16 кВт/м³×°С.
Δt – разница температур, на которую необходимо подогреть воду. Ее можно определить для своей системы опытным путем, промерив значения на трубе подачи и обратки при работе системы на максимальной мощности.

Допустим, что это значение равно

Δt = 85 – 60 = 35 °С

Итак, все значения известны, и осталось лишь подставить их в формулу:

m = 28500 / (0,8 × 1,164 × 35) = 874,45 кг.

Таким образом, чтобы полностью сохранить все выработанное котлом тепло при его работе на полной мощности потребуется 875 кг воды, то есть емкость примерно в 0,875 м³.

Такой же подход можно применить и в случае, если рассчитывается объем теплоаккумулятора, подключённого к электрическому котлу. Единственная разница – для расчета принимается не время топки, а временной интервал льготного тарифа, например, с 23.00 до 6.00 = 7 часов. Чтобы «унифицировать» эту величину, ее можно назвать, например, «период активности котла».

Чтобы упростить читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит быстро рассчитать рекомендуемый объем теплового аккумулятора для имеющегося (планируемого к установке) котла.

Калькулятор расчета необходимого объема теплоаккумулятора

Перейти к расчётам

Полученное значение округляется в большую сторону и становится ориентиром при подборе оптимальной модели теплоаккумулятора. Они в специальных магазинах представлены в различном объемном исполнении.

Достоинства и недостатки включения в систему отопления теплоаккумулятора

Итак, подводя итоги публикации, вкратце сформулируем «плюсы» и «минусы» применения теплоаккумуляторов.

К достоинствам можно смело отнести следующее:

Достигается экономия энергоресурсов, особенно в приложении к твёрдому топливу – выработанное тепло используется в максимальной мере. Возрастает КПД котла и всей системы отопления в целом.
Котлы и другие элементы системы отопления получают надежную защиту от перегрева.
Сводится до возможного минимума необходимость вмешательства в работу системы, сокращается количество загрузок твёрдого топлива.
Вся система работает более плавно и легко поддается контролю и точным регулировкам. Обеспечивается стабильный установленный нагрев во всех помещениях дома.
Появляется возможность подключения альтернативных источников энергии. При грамотном подходе это дает нешуточную экономию денежных средств. Например, в дневное время основная нагрузка ложится на гелио-станцию, ночью, пока действует льготный тариф, «эстафету» перехватывает тепловой насос, а возможную недостачу компенсирует компактный газовый котел.
Установкой теплового аккумулятора одновременно можно решить и проблему горячего водоснабжения своего жилья.

Недостатков немного, но о них тоже следует упомянуть:

Установка будет иметь какой-то смысл, если мощность котла или иных источников тепла существенно, как минимум вдвое, превышает расчетные значения потребной тепловой энергии для отопления жилья.
Система с теплоаккумулятором всегда обладает очень высокой инерционностью, то есть от момента пуска д выхода в расчетный режим работы может пройти немало времени. Нет смысла применять ее в с системах отопления, где требуется быстрый нагрев помещений, например, в загородных домах, которые посещаются хозяевами зимой лишь время от времени.
Оборудование, как правило, очень громоздкое, что создает немало проблем при его транспортировке, разгрузке, заносе в помещения и монтаже. Так как обязательным условием является установка ТА в непосредственной близости к котлу, для котельной потребуется весьма немалая площадь.
Тепловые аккумуляторы относятся к категории дорогостоящих покупок – их цена вполне сопоставима, а нередко даже превосходит стоимость котлов. Правда, высока вероятность того, что затраты быстро окупятся экономией на энергоресурсах.

Правда, последний из перечисленных недостатков подвигает народных умельцев к разработке и монтажу собственных моделей теплоаккумуляторов.

Сложно ли изготовить теплоаккумулятор самостоятельно?
Наверное, российскому самодеятельному мастеру – все по плечу! Для примера — технологические рекомендации по самостоятельному изготовлению теплового аккумулятора приведены в специальной публикации нашего портала.

Видео: преимущества системы отопления со встроенным теплоаккумулятором

Основные расчеты

Безусловно, чем более вместителен теплоаккумулятор, тем дольше он может компенсировать простой котла отопления. Однако стоимость резервуара и затраты на обслуживание растут в прямой зависимости от его объема. Поэтому важно найти компромиссный путь в решении вопроса обеспечения системы качественным теплонакопителем. Для этого применяется расчет, в котором прежде всего учитываются три основных фактора:

Интенсивность теплопотерь.
Площадь дома.
Период простоя генератора тепла.

На примере жилья площадью 100 м² разберем правила расчета вместимости накопителя тепла. Применяется следующие вводные данные (в реальности их значения могут быть несколько отличными):

Количество тепла для обогрева дома – 10 кВт.
Период бездействия агрегата – 10 часов.
Рабочая температура теплоносителя – 70 °C.
Суммарное количество тепла, которое должен отдавать бак для поддержки температуры помещения за весь период простоя = 10 ч х 10 кВт = 100 кВт – именно такое количество энергии он должен накапливать.
Максимальный уровень нагрева теплоносителя – 90 °C.

Скорость расхода накопленного ресурса

Точно ответить на вопрос, как быстро расходуется накопленное в аккумуляторе тепло, невозможно.

Как долго проработает отопительная система на ресурсе, собранном в буферном резервуаре, напрямую зависит от таких позиций, как:

фактический объем накопительной емкости;
уровень теплопотерь в отапливаемом помещении;
температура воздуха на улице и текущее время года;
установленные значения термодатчиков;
полезная площадь дома, которую необходимо обогреть и снабдить горячей водой.

Отопление частного дома при пассивном состоянии греющей системы может осуществляться от нескольких часов до нескольких суток. В это время котел «отдохнет» от нагрузки и его рабочего ресурса хватит на большее количество времени.

Видео описание

Видео-пример о том, как рассчитать теплоаккумулятор:
Далее требуется рассчитать массу (объем) воды, которая была бы способна удержать такое количество тепловой энергии, по следующей формуле:

М = Кэ / 0,0012 Δт
М – масса воды, кг,
Кэ – количество запасаемой энергии, кВт,
Δт – разница температуры между разогретым теплоносителем и остывшем в системе, °C,
0,0012 – теплоемкость воды, кВт/кг °C.

Подставляя в формулу вводные данные, получаем:

100/0,0012 (90-70) = 4166 кг или примерно 4 м³.

Однако на практике редко применяются такие большие емкости. Поэтому чтобы снизить расходы по их монтажу и обслуживанию, время простоя можно сократить наполовину, а уровень охлаждения теплоносителя уменьшить до приемлемых 500С. Тогда для сохранения комфортного тепла в доме с хорошей теплоизоляцией будет достаточно емкости на 1000 литров.

Особенности подключения

Схема подключения бака теплоаккумулятора зависит от его конструкционных особенностей, уровня сложности системы отопления, подключаемых потребителей и общей развязки. Однако в простейшем случае, когда монтируется теплообменный полый буфер, имеющий всего 2 пары входных и выходных патрубков – снизу и вверху – используется стандартная схема

Она предполагает одинаковое значения давления и циркуляции одного и того же теплоносителя в контуре агрегата и потребителях. Для регулировки температуры и производительности в схеме на обратных магистралях – перед баком и после него перед агрегатом – устанавливается по одному циркуляционному насосу.

Иногда в схему добавляется пара 3-ходовых клапанов, смешивающих холодные и горячие потоки, для регулировки уровня нагрева. В одном случае исключается перегрев потребителя, в другом – предупреждается переохлаждение теплообменного контура агрегата и вредных последствий из-за образования конденсата.

Коротко о главном

Теплоаккумулятор – это специальная теплоизолированная емкость, напрямую соединенная с теплообменным контуром котла и обеспечивающая накопление тепла, а затем, равномерную его отдачу в систему отопления. Работает по принципу накопления, сдерживания и последующей раздачи тепловой энергии потребителям. Его главные функции:

Поддержание рабочего уровня нагрева теплоносителя в период простоя котла.
Снижение расходов энергоресурса.
Расширение периода между рабочими циклами агрегата.
Запуск, обслуживание котла в удобное для пользователя и потребления энергоресурсов время.

При этом теплоаккумулятор для котла имеет следующие главные преимущества – экономия, защита от перегрева, подключение дополнительных теплоисточников, обеспечение горячей водой; недостатки – инерционность, занимает много места, высокая стоимость. Классифицируется на 4 типа – буферные, с нижними и верхними змеевиками, со встроенным бойлером.

При выборе учитывается ряд параметров – вместимость, материал корпуса, габариты, масса, расчетное давление, функционал, количество теплообменников, качество утепления. Также перед приобретением бака важно правильно рассчитать его вместимость, зависящую от площади дома, специфики работы системы и оборудования.

Правила безопасной эксплуатации

К тепловым аккумуляторам, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляют особые требования безопасности:

Горячие элементы резервуара не должны прилегать или как-то иначе контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого пункта может спровоцировать возгорание отдельных объектов и пожар в котельном помещении.
Закрытая отопительная система предполагает постоянное высокое давление теплоносителя, циркулирующего внутри. Для обеспечения этого пункта конструкция резервуара должна быть полностью герметична. Дополнительно можно усилить ее корпус ребрами жесткости, а крышку на баке оснастить прочными резиновыми прокладками, устойчивыми к интенсивным эксплуатационным нагрузкам и повышенным температурам.
Если в конструкции присутствует дополнительный ТЭН, необходимо очень тщательно заизолировать его контакты, а бак – обязательно заземлить. Таким способом удастся избежать удара током и короткого замыкания, способного вывести систему из строя.

При соблюдении этих правил эксплуатация сделанного своими руками теплоаккумулятора будет полностью безопасной и не доставит хозяевам никаких проблем и хлопот.