Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Contents

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.

Это самое простое определение теплоаккумулятора, однако, назначение и область применения у него гораздо шире.

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. Даже если электричество отключено или циркуляционный насос вышел из строя, то вода в котле не закипит, а будет циркулировать в малом контуре, завязанном на теплоаккумуляторе.приницп действия

Технические характеристики

Конструктивно тепловой аккумулятор напоминает большой термос. Корпус прибора выполнен в виде цилиндрического бака и изготовлен из нержавеющей стали. Сверху бак имеет обвязку из теплоизолирующего материла, что способствует заметному увеличению времени остывания теплоносителя. Толщина утеплителя на моделях заводского производства составляет 100 мм. Сверху теплоизолянт закрывается плотным кожухом, для производства которого используется кожзаменитель. Внутри резервуара располагаются теплообменники. Их количество зависит от объёма бака и мощности модели, и может варьироваться от одного до трёх – в заводских моделях, и до пяти – в самодельных.

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Объём бака также может быть разным: в наиболее бюджетных вариантах он составляет всего 100 литров, в то время как большие промышленные установки оборудованы резервуарами в несколько кубов и требуют для своей установки оборудования отдельной котельной. В некоторых моделях внутри основной ёмкости устанавливается меньший по диаметру бойлер, обеспечивающий горячее автономное водоснабжение. На корпусе аккумулятора присутствуют несколько резьбовых патрубков, используемых для подключения прибора к отопительному котлу, а также для подсоединения разводки отопления. Скорость расходования тепла из накопителя зависит от теплопотерь помещения, внешней температуры и ёмкости накопительного бака. Отопление на пассивном режиме с выключенным котлом может осуществляться от двух часов до двух дней.

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчетТеплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчетТеплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчетТеплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Преимущества и недостатки

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

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

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

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Принципиально различия между основными схемами компоновки устройств заключаются во внутреннем строении бака. В остальном это большой объемный бак вертикальной ориентации. Чаще всего используется именно вертикальная цилиндрическая схема, такое расположение позволяет проще организовывать подключение потребителей и дифференцировать объем по температуре теплоносителя.

Самым простым считается накопитель с прямым подключением контуров. В цилиндр бака на разной высоте подключены контур нагрева теплоносителя и контур конечных приборов отопления.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Модель со встроенным теплообменником

Эта схема обеспечивает функционирование системы отопления, в которой давление в контуре котла намного выше, чем в контуре емкости и радиаторах отопления. Кроме этого, она обеспечивает использование дополнительных источников энергии, например, солнечной установки. Еще одним вариантом применения накопителя с теплообменником выступает использование разных по типу теплоносителей в котле и контурах батарей.

Буферная емкость

модель со встроенным резервуаром

Однако такая схема имеет и большой минус – для нормального функционирования пользование горячей водой и пик выработки тепловой энергии должны быть разнесены по времени, или же забор горячей воды должен быть минимальным.

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.

Формула:

  • 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.

Как рассчитать буферную емкость?

Главный критерий, по которому подбирается теплоаккумулятор для твердотопливного котла, — это его объем, величина которого зависит от:

  • тепловой нагрузки на отопительную систему;
  • мощности котла отопления;
  • предполагаемой длительности работы без источника тепла.

Прежде чем высчитать вместимость буферного бака, следует прояснить все приведенные аспекты, начиная со средней тепловой мощности, которую потребляет система. Максимальную мощность принимать для расчета не стоит, это ведет к увеличению габаритов сборника, а, следовательно, и к росту цены агрегата.

Лучше пару суток в году перетерпеть неудобства при частой загрузке топки, чем тратить большие деньги на покупку большого теплоаккумулятора, который будет применяться малорационально.

Внимание! Чтобы обеспечить теплом жилое здание площадью 200 кв. м. хватает буферного бака, вмещающего 1 т теплоносителя, а это объем 1 кв.м.

При этом система отопления с теплоаккумулятором не будет правильно работать, если у котла недостаточно мощности. В такой ситуации «зарядить» накопитель в полной мере не получится никогда, так как генератор должен сразу отапливать жилище и загружать резервуар. Поэтому твердотопливный котел для обвязки с теплоаккумулятором должен иметь двукратный запас тепловой мощности.

Методику расчета требуемого объема теплового аккумулятора предлагаем изучить на примере здания площадью 200 кв.м. при длительности простоя теплогенератора 8 часов. Предположим, что вода в баке прогреется до 90 °С, а в процессе остынет до 40 °С. Для прогрева такой площади в самое холодное время потребуется 20 кВт теплоты, а ее среднее потребление составит приблизительно 10 кВт/ч. Следовательно, бак должен накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии.

Далее расчет объема буферного бака для твердотопливного котла осуществляется по формуле теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт; m – масса воды в резервуаре, кг; Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С; 1.163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в емкости составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

В результате вычислений по формуле мы выяснили, что объем буферного резервуара несколько больше, чем рекомендуемый. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда жилье хорошо утеплено, средний расход теплоты на площадь 200 кв.м. будет меньше, чем 10 кВт/ч.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать объем накопителя тепла для твердотопливного котла, нужно применять более точные исходные данные по потреблению тепла.

Схемы подключения и расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Отсутствие возможности подключения к газовому магистральному трубопроводу толкает потребителя на использование электрических и твердотопливных (ТТ) теплогенераторов. Несмотря на массу достоинств как электрические, так и твердотопливные котельные установки не лишены недостатков. В первом случае – это высокая стоимость электроэнергии.

При получении энергии из твердого топлива основным негативным фактором будет необходимость постоянного контроля за количеством топлива в камере сгорания. Частично решить данную проблему позволит подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу. О назначении и применении данного устройства в системе отопления (СО) и пойдет речь в этой публикации.

Применение теплоаккумуляторов в ТТ отопительных системах

Стандартный тепловой аккумулятор (или, как его еще называют, буферная емкость) – это утепленная емкость (бочка), заполненная теплоносителем, использующаяся для накапливания излишков тепла, возникающих при работе ТТ котлов. Конструкция его такова, что без особого труда можно самому сделать теплоаккумулятор из подручных средств. Главное – точный расчет и грамотная схема включения.

Основные достоинства данного элемента:

  1. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором позволяет экономить топливо. При работе, котел нагревает теплоноситель не только в отопительном контуре, но и непосредственно в баке. При прогорании топлива в топочной камере температура теплоносителя в СО поддерживается накопленным теплом аккумулятора тепла. Грамотное утепление и правильно подобранная емкость устройства позволяет сохранять тепло в СО на протяжении суток, что значительно сокращает расход топлива.
  2. Бак-аккумулятор позволяет значительно увеличить срок службы ТТ котельного оборудования. Благодаря буферному баку, ТТ котел работает значительно меньше, в результате чего его срок службы увеличивается более чем вдвое.

Третьим, но не менее важным достоинством можно считать безопасность ТТ котлоагрегата которую обеспечивает теплоаккумулятор. Данная конструкция является наиболее эффективным механизмом поглощения избыточной тепловой энергии, которая часто приводит к аварийным ситуациям вследствие перегрева котла.

Типы буферных емкостей


Сегодня, на российском рынке климатической техники представлены аккумуляторы тепла, которые различаются:

  • Функционалом. Данное устройство может выполнять только аккумулирующую функцию или одновременно с этим, играть роль бойлера косвенного нагрева для создания ГВС в доме.
  • Количеством патрубков, наличие которых зависит от сложности конфигурации СО.
  • Наличием ТЭНов, которые делают возможным использование буферной емкости, как полноценного электрокотла.
  • Наличием дополнительного теплообменника, предназначенного для нагрева теплоносителя от альтернативных источников тепла (солнечных коллекторов).

Теплоакумулятор для твердотопливных котлов может давать возможность разделения внутреннего объема бака горизонтальными перегородками для контроля за температурой воды в каждом отдельном сегменте устройства.

Важно! Исходя из назначения, все вышеперечисленные конструкции данного устройства могут исполняться в различных вариациях. Выбор бака-аккумулятора зависит от количества потребителей, конфигурации СО, количества теплогенераторов или других источников тепла.

Немного отвлечёмся, так как хотим сообщить вам, что нами был составлен рейтинг твердотопливных котлов по модеям. Подробнее вы сможете узнать из следующих материалов:

Стандартные схемы включения

Грамотный выбор схемы подключения теплового бака-аккумулятора зависит от множества факторов.

Данная схема применяется при одинаковой температуре и давлении воды СО как в котловом, так и в отопительном контуре.

На втором рисунке показана более рациональная схема включения теплоаккумулятора с регулировкой температуры теплоносителя посредством использования смесительных термостатических клапанов.

Данная схема применяется, если в отопительном и котловом контуре используется разный теплоноситель. Есть и второй вариант применения: когда давление в котловом контуре превышает допустимое в аккумулирующем тепло баке.

Показанные выше схемы применимы при организации ГВС, посредством проточного теплообменника или бака, интегрированного в аккумулятор тепла.

Схема предназначена при наличии двух котельных установок, одним из которых может быть солнечный водонагреватель.

Схема подключения при наличии трех теплогенераторов.

Совет: несмотря на кажущуюся простоту, схема обвязки твердотопливного котла отопления с теплоаккумулятором требует тщательного анализа и проектирования с большим количеством сложных теплотехнических расчетов, которые следует доверять исключительно профессионалам.

Альтернативная схема

Данная схема обвязки буферной емкости и твердотопливного котла предложена одним из участников популярного форума. Ее особенность состоит в том, что при отключении электроэнергии работоспособность схемы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб. Ниже на рисунке изображено подключение теплоаккумулятора к закрытой системе отопления, но при монтаже ее лучше сделать открытой, о чем говорит и сам автор.

Подключение теплоаккумулятора к системе отопления

Вкратце суть такова: благодаря Т-образному вводу сверху бака происходит одновременный нагрев радиаторов и «зарядка» термоаккумулятора, сделанного своими руками. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая агрегат по достижении в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного термостата, с которым связан сетевой насос.

Примечание. Предложенная схема обвязки проверена ее создателем на собственном опыте. Все подробности ее монтажа и эксплуатации описаны автором на форуме

Подбор бака-аккумулятора

Основным критерием при выборе данного элемента СО является его объем.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла зависит от мощности котельной установки. В точный расчет входят данные о максимальной загрузке топливной камеры конкретной модели котла; теплопотери в СО и прочие данные. Из-за специфики расчетов их необходимо заказывать в специализированной организации.

Совет: Можно воспользоваться упрощенной методикой, где на 1кВт мощности котельной установки требуется 25 литров объема бака-аккумулятора.

Следующее, на что следует обращать внимание при подборе данного устройства – это на давление в системе.

Совет: если давление в СО не превышает 3 Бара, то приобретайте аккумуляторы тепловой энергии стандартной конструкции. Если давление в системе колеблется в пределах 3-8 Бар, то необходимо обращать внимание на устройства, оснащенные сферическими (тороидальными) крышками.

В качестве заключения: В сети масса материала, когда обычный человек сам сделал и установил теплоаккумулятор. Действительно, если в вашем распоряжении есть сварочный аппарат, необходимый материал, а также «прямые руки», то проблем нет. Единственное, что нужно понимать: разгерметизация аккумулирующего бака (вследствие коррозии или некачественных сварочных работ) приведет к выходу из строя всей системы отопления и к огромным финансовым затратам на восстановление внешнего вида помещения после протечки теплоносителя.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла: особенности расчета и использования
Основные достоинства применения тепловых баков-аккумуляторов в системах твердотопливного отопления. Типы и конструктивные особенности данных устройств. Схемы включения и правила выбора аккумулирующих емкостей.

Выбор теплоаккумулятора: на что обратить внимание

Если речь идет о выборе теплоаккумулятора своими руками, то важно обязательно учитывать целый ряд особенностей и характеристики оборудования. Следует отметить, что от этого зависит не только цена, но еще и долговечность, производительность и безотказность работы оборудования.

Среди основных рабочих параметров аккумуляторов теплоты можно выделить:

  • Габаритные размеры, вес, объем. Именно объему и весу следует уделять особое внимание в процессе подбора тепловых аккумуляторов. Как мы оговаривали ранее, объем бака подбирается в зависимости от мощности котла. Но, следует отметить, чем больше объем теплоаккумулятора, тем лучше, ведь удается добиться максимальной производительности и экономичности системы.

Нельзя не отметить, что если по каким-то причинам габариты баков аккумуляторов не позволяют установить их в доме (например, это касается объемных 2000-литровых емкостей), то можно заменить их на несколько, но уже меньшего объема;

Совет. Так как теплоаккумуляторы имеют довольно значимые габариты, то лучше всего заранее предусмотреть место под установку подобных агрегатов. Это может быть подвал жилого дома или специальная капитальная пристройка.

  • Давление в отопительной системе. Очень важный и значимый фактор, от которого зависит толщина стенок бака, а также формы крыши и донышек. В том случае, если максимальное давление в системе обогрева здания не превышает 3 бара, то достаточно будет обычных теплоаккумуляторов.

Буферная емкость и ее тепловые характеристики

В том же случае, когда рабочее давление колеблется в пределах 4-8 бар, потребуется выбрать баки с торосферическими крышками. Конечно же, цена такой техники несколько выше, но и по своим характеристикам они более предпочтительны;

  • Материалы. Практически каждый твердотопливный теплоаккумулятор, изготовленный в странах Европы, состоит из обычной углеродистой стали, покрытой влагостойкой краской. Но, следует отметить, выбирать лучше всего баки из нержавеющей стали, устойчивые к коррозии и воздействию различных добавок, которые содержат теплоносители.

Чертежи для изготовления теплоаккумулятора

чертёж простой цилиндрической буферной ёмкости для систем отопления
чертёж теплоаккумулирующей ёмкости с встроенным теплообменником для ГВС
чертеж теплоаккумулятора со спиральным теплообменником и ТЭНами

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками. Достаточно рассчитать объем бака, подобрать подходящий материал и изоляцию.

Способ №1 — Создаем теплоаккумулятор своими руками

На рисунке-схеме показан самый распространенный вариант подключения теплового аккумулятора в систему автономного отопления.

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

На первый взгляд сложно в конструкции накопительного бака ничего нет. Большая стальная емкость, в которую помещены змеевики. Однако сложность работы в домашних условиях кроется именно в тонкостях и в нюансах.

Этап первый — теоретический

Начинать работу следует с поиска необходимой емкости. Потребуется резервуар достаточно большой вместимости и объема. Чем больше, тем лучше. Конечно, не стоит вдаваться в крайности и гнаться за огромными размерами вашего будущего детища. В противном случае, вы встанете перед проблемой, как втиснуть громоздкое устройство внутрь котельного помещения.

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Важно! Следует сразу сказать – если вы решили сделать прибор самостоятельно, сразу настраивайтесь на большой объем работы, как с технической точки зрения, так и с теоретической. Сэкономив на покупке, вы рискуете потерять во времени и в технологичности готового изделия.

На данном этапе помимо поиска и подбора, соответствующих комплектующих и деталей конструкции, придется заняться теоретическими расчетами для определения оптимального в данном случае объема бака. Расчёт емкости теплоаккумулятора для домашнего твердотопливного котла поможет вам в дальнейшем разобраться с размещением агрегата в котельной, подскажет  каким образом осуществить обвязку оборудования. Для начала определим объем емкости самым простым способом, в котором ключевое место занимают физические законы.

Располагая исходными данными:

  • тепловая мощность, необходимая для обогрева жилых помещений дома;
  • промежуток времени, в течение которого твердотопливный котел будет остановлен и его место в снабжении системы отопления горячей водой займет теплоаккумулятор.

Дальнейшие действия рассмотрим на примере:

Площадь дома примерно 100 м2, твердотопливный котел простаивает в ночное время 5 часов. Берем среднюю тепловую мощность для обогрева дома в 10 кВт.

Исходя из этого, ясно, что тепловой аккумулятор должен выдавать в систему до 10кВт тепловой энергии. За все время простоя нагревательного агрегата это значение составит 50 кВт. Эти расчеты проводятся с учетом того, что вода в накопительной емкости нагрета до температуры 90 0С. а в отопительном контуре не более 60 0С. Разница температур составляет 30 градусов. Исходные данные подставляем в формулу:

Q = cmΔt Если нам интересно количество воды, которая должна поступать в бак, то формула примет иной вид m = Q / c Δt, где:

Q —  расход тепловой энергии, требуемый для обогрева дома плоащадью 100 м2 (в нашем случае 50 кВт);

c  — удельная теплоемкость воды 4.187 кДж/кг. (0,0012 кВт/кг)

Δt – разность между температурой котловой воды в емкости и в радиаторах отопления (300С)

Получаем 50 /0,0012 х 30 = 1,388 кг, что означает, ориентировочный объем бака для теплоаккумулятора должен составлять 1,4 м3. Соответственно тепловой накопитель для вашего твердотопливного агрегата должен быть не меньше 1,4 куб. метров.

Важно! Для того, что бы твердотопливный котел полностью зарядил тепловой энергией ваш накопитель, нагревательному прибору потребуется больший запас мощности. Такая необходимость возникает ввиду того, что котел будет работать на два, если не три фронта: одновременно заниматься обогревом жилых помещений, обеспечивать работу системы ГВС и заполнять горячей водой теплоаккумулятор.

Этап второй —  технологический

Сделав необходимый расчет, занимайтесь подбором соответствующей емкости. В качестве основного корпуса можно использовать баки для подогрева воды, используемые в столовых и предприятиях общественного питания. Обычно такие приспособления изготавливаются из нержавеющей стали. Если вам не удалось найти подобные предметы, используйте для своих целей любые стальные емкости, желательно с крышкой. При одном условии: стенка резервуара не должна быть тонкой (минимум 4-5 мм).

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Более перспективный вариант — металлическая бочка. Для установки в загородном доме оптимальный объем емкости – 1000 литров. Большие резервуары, более 5 м3 необходимо оснастить ребрами жесткости. Грамотная установка и расположение бака позволят в дальнейшем, при возросшей металлоемкости, занять агрегату необходимую устойчивость. Для простоты изготовления бака с нуля, выбирайте прямоугольную форму.

Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Для справки: при отопительной системе с естественной циркуляцией делается накопитель открытого типа, давая возможность емкости иметь сообщение с атмосферным воздухом. Ставится такого агрегат всегда в самом высоком месте дома, желательно на чердаке.

В случае работы с бочкой, нужно врезать в корпус патрубки, по количеству змеевиков. Змеевики делаются из стальных водопроводных труб. В данном случае необходимо создать как можно большую поверхностную площадь, через которую будет происходить отъем тепловой энергии. Готовые теплообменники изнутри привариваются к патрубкам. Сколько теплообменников, соответственно и столько пар патрубков, на вход и на выход.

Способ №2 — Создаем теплоаккумулятор своими руками

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

  1. Расчет объема теплоаккумулятора.
  2. Выбор подходящей конструкции.
  3. Подбор и заготовка материалов.
  4. Сборка и проверка герметичности.
  5. Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

  • упрощенный, предлагаемый производителями;
  • точный, выполняемый по формуле теплоемкости воды.

Накопительные резервуары разной формы

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если производительность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места выделено в котельной и подгоняйте полученный объем под реальные размеры помещения.

Справка. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить формулу расчета площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара (D), а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Вы получите более точные размеры теплового аккумулятора, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного количества теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

Здесь:

  • Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт•ч;
  • m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
  • Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
  • 1.163 Вт•ч/кг•°С — это справочная теплоемкость воды.

Расположение котельной в загородном доме

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт•ч энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы самостоятельно изготовить аккумулятор тепла, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления.

С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

  1. Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить теплоаккумулятор заводской сборки.
  2. Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где брать подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
  3. Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Чертеж буферного резервуара вместительностью 500 л

Совет. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять теплоаккумулятор цилиндрической формы.

В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки, к нему прибавьте высоту столба воды от емкости до расширительного бачка, установленного в высшей точке. Вот почему следует усиливать плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как показано на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую трещину. Как выпирает не укрепленный металл сосуда при заполнении водой, смотрите на видео:

Watch this video on YouTube
Теплоаккумулятор для котлов отопления, принцип работы и расчет

Справка. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие отрывает по краям.

Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Компромиссный вариант – внутренние распорки, изображенные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Чертеж аккумулятора тепла в разрезе

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на давление 3–6 Бар. Какие емкости можно использовать:

  • баллоны из-под пропана разной вместительности;
  • списанные технологические резервуары, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
  • ресиверы от железнодорожных вагонов;
  • старые железные бойлеры;
  • внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Разновидности сосудов, работающих под давлением

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб Ø15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не грызут.

Утеплитель пенополистирол едят мыши

Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

  1. Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
  2. Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки резервуара. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую стальную трубу.

Способ №3 — Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Аккумулятор тепла из газового баллона

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:

  • разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
  • нагревать воду для хозяйственных нужд;
  • обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае затухания ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла после отключения электричества, поскольку присоединен напрямую, без насоса.

Изготовление емкости из пропанового баллона

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

  • 2 стандартных баллона из-под пропана;
  • не менее 10 м медной трубки Ø12 мм либо нержавеющей гофры такого же диаметра;
  • штуцеры и гильзы для термометров;
  • утеплитель – базальтовая вата;
  • крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, наполнив их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку аккуратно изгибаем в змеевик вокруг другой трубы подходящего диаметра. Дальше действуем так:

  1. Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
  2. Закрепите сваркой внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
  3. Поставьте баллоны один на другой и сварите между собой.
  4. Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
  5. Приделайте дно и крышку.
  6. В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, в дно – патрубок сливного крана.
  7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
  8. Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Подключение бака к ТТ-котлу напрямую

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы Ø50 мм, проложенные с уклоном, теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи воды к радиаторам отопления после буферной емкости устанавливается насос + трехходовой смесительный клапан.

Обвязка аккумулятора для тепла

Емкость должна быть хорошо утеплена. Если это покупной теплоаккумулятор, нужно оценить толщину и качество внешней изоляции. Чем лучше и толще теплоизолятор, тем дольше будет сохраняться тепло. Благодаря особой структуре теплоизолятора теплоаккумулятор работает как термос. Толщина теплоизоляции в качественных моделях составляет около 10 см. Она закрывает окрашенный термостойкой краской корпус. Поверх теплоизоляции идет слой кожзаменителя. Самостоятельно утепление выполняется по той же схеме. Сначала бак красят краской, стойкой к высокой температуре, затем утепляют базальтовой ватой толщиной не менее 150 мм, а сверху закрывают фольгой.

Топ-10: виды теплоаккумуляторов для отопления, особенности, цена

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

  1. Nibe BU – 500.8
  2. ETS 200
  3. HAJDU AQ PT 500
  4. HAJDU AQ PT 1000 C
  5. S-TANK СЕРИИ HFWT -300
  6. S-Tank AT 300
  7. S-TANK АТ AT-1000
  8. HAJDU AQ PT 1000
  9. HAJDU PT 300
  10. S-TANK АТ PRESTIGE -500

В розничной торговле цена может варьироваться от 55 до 200 тысяч рублей. Многие модели белорусских и немецких производителей представлены в виде стальных резервуаров, без кожуха теплоизоляции. В маркировке цифрой указывается объем накопителя.

Правила безопасного использования

К накопителям тепла, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляются особо строгие требования безопасной эксплуатации:

  1. Горячие детали емкости не должны примыкать или как-то иначе контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого пункта может спровоцировать возгорание отдельных предметов и привести к пожару в котельном помещении.
  2. Закрытая отопительная система подразумевает постоянное высокое давление теплоносителя, циркулирующего внутри. Для это конструкция буферного бака должна быть полностью герметичной. Дополнительно можно усилить ее корпус ребрами жесткости, а крышку на резервуаре оборудовать прочными резиновыми прокладками, устойчивыми к интенсивным эксплуатационным нагрузкам и повышенным температурам.
  3. Если в конструкции присутствует дополнительный ТЭН, требуется очень тщательно заизолировать его контакты, а бак — обязательно заземлить. Таким способом получится избежать удара током и короткого замыкания, который способен вывести всю систему из строя.

При соблюдении данных правил, использование теплового аккумулятора, собранного своими руками по рабочей схеме, будет полностью безопасным и не доставит владельцам никаких проблем и хлопот.

Таким образом, сайт «Сантехник Портал» не оставляет никаких сомнений в том, что теплоаккумулятор для котла значительно улучшает условия эксплуатации прибора. Твердотопливный агрегат сжигает дрова с максимальной выработкой КПД, а после прогрева количество походов в котельную снижается до минимума. Однако данное устройство заводского производства — недешевое удовольствие, поэтому большинство аккумуляторов в частных домах сделаны своими руками или на заказ у мастеров.

Блиц-советы

  • Теплоаккумуляторы на сегодняшний день набирают все большую и большую популярность во многом благодаря таким своим характеристикам, как эффективность и экономность.
  • Загружать топливо в котел, подключенный к системе отопления с интегрированным теплоаккумулятором, можно раз в сутки, а если конструкция будет более совершенной, то топливо придется добавлять один раз в несколько дней.
  • Первый запуск котла следует проводить в присутствии соответствующих специалистов. Они должны будут проконтролировать, насколько правильно работает вся система, есть ли циркуляция воды в отоплении, нет ли протечек, достаточно ли хорошо утеплен тепловой аккумулятор и так далее.
  • Теплоаккумулятор может прекрасно сочетаться с котлами, работающими на газе или на электричестве.

Заключение

Собрать теплоаккумулятор для отопления своими руками достаточно просто. Технология сборки не отличается сложностью, как в теории, так и на практике – все операции доступны даже не очень умелому хозяину. Впрочем, никакой необходимости в проверке собственных сил нет, поэтому при наличии бюджета будет проще приобрести готовый теплоаккумулятор и подключить его к имеющемуся отопительному оборудованию.

Источники
  • https://udobnovdome.ru/teploakkumulyator-dlya-kotlov/
  • https://stroy-podskazka.ru/otoplenie/kotly/teploakkumulyatory/
  • https://lucheeotoplenie.ru/raschet-otopleniya/raschet-teploakkumulyatora-dlya-tverdotoplivnogo-kotla.html
  • https://pechiexpert.ru/teploakkumulyator-dlya-tverdotoplivnogo-kotla/
  • https://SantehnikPortal.ru/otoplenie/teploakkumulator.html
  • https://otivent.com/kak-rasschitat-teploakkumulyator-i-vypolnit-ego-obvyazku
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/vodonagrevateli/759-teploakkumulyator-dlya-kotla-otopleniya-svoimi-rukami.html
  • https://ZnatokTepla.ru/kotly/tverdotoplivnie/izgotavlivaem-teploakkumulyator-dlya-tverdotoplivnogo-kotla-svoimi-rukami.html
  • https://otivent.com/teploakkumuljator-svoimi-rukami
  • https://StrojDvor.ru/otoplenie/podklyuchenie-i-princip-raboty-akkumulyatora-tepla-dlya-kotla/
  • https://housetronic.ru/otoplenie/element/teploakkumuliator.html
  • https://teplospec.com/montazh-remont/kak-sdelat-teploakkumulyator-dlya-otopleniya-svoimi-rukami-konstruktsiya-osobennosti-ustroystva.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Mastack.ru
Adblock
detector