Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.
Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором
Расчет буферной емкости для котла
Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.
Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25-50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома . Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.
Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака
Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.
На подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла влияет наличие свободного пространства в помещении. При покупке большой аккумулирующей емкости нужно будет предусмотреть устройство фундамента, поскольку на обычные полы оборудование со значительной массой ставить нельзя. Если по расчету требуется бак объемом 1 м 3 , а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м 3 , расположив их в разных местах.
Теплоаккумулятор для твердотопливного котла
Еще один момент – наличие в доме системы ГВС. В том случае, когда котел не имеет собственного контура подогрева воды, есть возможность приобрести тепловой аккумулятор с таким контуром. Немаловажное значение имеет и величина рабочего давления в системе отопления, которая в жилых домах традиционно не должна превышать 3 Бар. В отдельных случаях давление достигает 4 Бар, если в качестве источника тепла используется мощный самодельный агрегат. Тогда теплоаккумулятор для системы отопления придется выбирать специального исполнения, - с торосферической крышкой.
Некоторые заводские аккумуляторы горячей воды укомплектованы электрическим ТЭНом, устанавливаемым в верхней части бака. Такое техническое решение не позволит теплоносителю окончательно остыть после остановки котла, верхняя зона емкости будет подогреваться. Будет действовать подача ГВС на хозяйственные нужды.
Простая схема включения с подмешиванием
Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.
При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.
Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.
Схема с гидравлическим разделением
Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).
Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу
Элементы блока:
- циркуляционный насос;
- трехходовой термостатический клапан;
- обратный клапан;
- грязевик;
- шаровые краны;
- приборы контроля температуры.
Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.
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.
Теплоаккумулятор - агрегат для собирания и увеличения тепла с целью его дальнейшего применения. Устройство используется в частных домах, квартирах, на предприятиях, а также для предпускового прогрева двигателей. Аккумулятор тепла для системы отопления позволяет уменьшить энергетические затраты на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Агрегаты устанавливаются в обвязку твердотопливного котла либо подключаются в гелиосистему.
Назначение агрегата
Работа твердотопливного котла в системе отопления представляет собой некоторую цикличность. Сначала в него закладывают топливо, разжигают, а затем котел постепенно выходит на максимальную мощность и передает тепловую энергию через теплоноситель в систему отопления.
Закладка дров постепенно прогорает, теплоотдача уменьшается, и теплоноситель остывает. В период пиковой мощности часть тепловой энергии остается невостребованной, а во время догорания топлива ее, наоборот, будет недостаточно. Для повторения цикла следует опять осуществить закладку твердого топлива.
Частично эту проблему может решить пиролизный котел длительного горения, но во время его работы часто не совпадают пики выработки и потребления тепловой энергии. Для разрешения такой ситуации устанавливается энергоаккумулятор для системы отопления, который известен как буферная емкость или тепловой накопитель.
Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором
В основу действия этого агрегата заложена высокая теплоемкость воды. Если в период максимальной мощности котла нагреть некоторое количество воды, тогда впоследствии ее энергетический потенциал можно будет использовать для нужд отопления.
Например, вода при остывании на 1° C может нагреть 1 м³ воздуха на 4° C. Самый простой теплоаккумулятор для котлов отопления представляет собой вертикальную емкость с четырьмя врезанными в разные стороны патрубками. Существуют теплонакопители с разнообразными аккумулирующими материалами:
С одной стороны корпуса два патрубка подсоединяются к трубопроводам котла, а с другой - к системе отопления. После запуска нагревателя циркуляционный насос начинает прокачивать теплоноситель через буферный бак.
В нижнюю часть накопителя поступает холодный теплоноситель, а в верхнюю - горячий. Из-за существенной разницы в плотности вода перемешиваться не будет, а горячий теплоноситель постепенно заполнит всю емкость.
Обычно объем термоаккумулятора для отопления рассчитывается таким образом, чтобы одной закладки топлива хватило для полного заполнения емкости горячей водой. То есть вся энергия котла, исключая потери, преобразуется в тепловую, которая будет накоплена в аккумуляторной емкости.
Теплоизоляция позволяет сохранять высокую температуру воды в течение длительного времени. Когда котел перестает работать, система обогрева продолжает функционировать. Благодаря насосу горячая вода из аккумулятора поступает в трубопроводы и приборы отопления дома.
На место горячего теплоносителя в буферную емкость через нижний патрубок из обратной линии трубопровода снова поступает остывшая вода. При использовании электрического котла схему отопления с теплоаккумулятором можно использовать в ночное время, когда действует льготный тариф.
Схемы котельных с теплоаккумулятором
Все накопители представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары. Отличаются они друг от друга только элементами, расположенными внутри конструкции. Существует несколько типов термоаккумуляторов:
Все подобные конструкции могут выпускаться в различных вариациях в зависимости от сложности схемы отопления, количества и видов используемых нагревателей и водяных контуров. Сложные устройства легко определить по многочисленным патрубкам, выходящим из емкости.
Теплоаккумулятор или Буферная емкость. И зачем он нужен. Storage tank or buffer capacity principle
В наших домах именно такое отопление - себе мы бы плохое не ставили.
Такую же систему отопления я со своей бригадой поставили более чем в 60 домов.
Отправить заявку
.
Теплоаккумултор и ночной тариф эл-ва наиболее выгодная и дешевая система после магистрального газа.
Все остальные варианты отопления - дровяными паллетами, дровяными котлами, соляркой - в любом случае получаются дороже. И с ними нужно заморачиваться, постоянно следить, чтобы были дрова или газ.
Вот схема моей системы отопления.
рис. бак-аккумулятор в системе отопления
Что мы имеем?
Из теплоаккумулятора через теплоголовку (можно регулировать температуру) теплоноситель подается в полы. Здесь у меня еще намотан змеевик, который снимает тепло с теплоаккумулятора, и уже с него, со змеевика, теплоноситель идет в полы.
Соответственно, нагрев теплоаккумулятора у меня происходит за счет ТЭНов, т.е. электричеством. И плюс, если недостаточно тепла, я еще подключаю дровяной котел (но за 4 зимы я его топил максимум раз 10 и то чисто ради поддержания его функциональности, насосы прогонял, дымоход прочищал огнем и т.д)
Что касается магистрального газа, почему я его не использую?
У меня вдоль участка две трубы проходит. Но собственники за подключения очень высокие ценники ставят. Один просит 800 тыс рублей, другой 1,1 млн руб. Это ну совсем не серьезно.
Я подсчитал и у меня получилось, что такое подключение у меня через 66 лет окупится. То есть трубы не государственные, а частные.
То есть, если подключение к газу стоит 300 000 рублей (я сюда включаю и проект газа, заведение газа в дом, его обвязка с вашей системой отопления), то тут еще, наверное, есть какая-то логика. Чтобы он у вас окупился (и то он лет 20 окупаться у вас будет).
Теперь вернемся к системе отопления каркасного дома при помощи теплоаккумулятора и ночного тарифа электричеством.
В каких случаях это актуально?
➤ Первое - и самое главное - хорошее утепление вашего дома. Правильно сделанный проект и утепление в стенах 150-200 мм, а в потолке 200-250 мм базальтовой ваты.
➤ Второе - наличие выделенной мощности электричества. Минимум у вас должно быть 15 кВт. То есть если у вас категория земель для постоянного проживания, то энергетики по умолчанию предоставляют вам мощности 15 кВт в три фазы. Этого достаточно.
➤ Третий параметр - наличие ночного тарифа. Если вы, к примеру, подключаетесь к системе Моэск, ночной тариф (с 11 вечера до 7 утра) они вам предложат по умолчанию.
Этот тариф мы как раз и будем использовать по максимум, когда электричество в три раза дешевле, чем днем.
Когда лучше всего систему отопления дома закладывать и делать?
Лучше всего это продумать на этапе проектирования вашего дома. Потому что эффективнее всего система отопления с теплоаккумулятором работает в связке с теплыми полами.
Я видел, когда теплоаккумулятор применяют в связке с радиаторами. Но минус в том, что теплоаккумулятор - это большая емкость. Ее нагреть достаточно сложно, нужна большая мощность. И в принципе его можно нагреть до 80-85 ºС, и радиатор у вас это все снимет за 3-4 часа. А к вечеру дом выстудится.
При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.
С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.
С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.
Зачем нужен
Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.
Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.
Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:
- Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
- Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
- К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
- Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
- Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.
Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.
По конструкции теплоаккумулятор может быть:
- «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
- со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
- со встроенным бойлерным баком.
С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:
Расчет
Мощность,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.
- Q = m*С*(T2-T1);
- m – масса, кг;
- С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
- (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.
Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.
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.
В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.
Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.
Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.
Недостатки те же, что и в первом случае, нагрев происходит всего объема теплоносителя в системе и в ТА, что существенно увеличивает время на запуск отопления.
Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.
Схема включения с подмешиванием
Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой . Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.
Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.
Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.
При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.
Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.
Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.
Своими руками
При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:
- с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
- иметь расчетный объем;
- быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
- быть полностью герметичной.
Для изготовления следует брать листовую сталь, желательно нержавеющую толщиной не менее 3 мм, учитывая общую нагрузку и давление.
Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.
В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.
Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.
Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.
Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.
Российского производства
На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.
| Модель | Дополнительные опции | Объем, м3 | Рабюочее давление, бар | Максимальная температура, ºС | Примерная стоимость, руб |
| Сибэнерго-терм | — | 0.5 | 6 | 90 | 28500 |
| PROFBAK | Контур ГВС | 0.5 | 3 | 90 | 56000 |
| GidroNova-HA750 | Электрический ТЭН | 0.75 | 3 | 95 | 58000 |
| ELECTROTHERM ET 1000 A | Контур ГВС, дополнительный теплообменник | 1.0 | 6 | 95 | 225000 |
Зачастую домовладельцы не в состоянии купить современное отопительное оборудование, поэтому ищут альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (иначе – тепловой аккумулятор), незаменимую вещь для систем отопления с твердотопливным котлом. Накопительный бак объемом 500 л стоит примерно 600-700 у. е., цена тысячелитровой бочки достигает 1000 у. е. Если же сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом установить резервуар в котельной самостоятельно, удастся сэкономить половину указанной суммы. Наша задача – рассказать о способах изготовления.
Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен
Накопитель тепловой энергии - это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:
- При обогреве жилища либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
- Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.
Важный момент. Бак - аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.
Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80-90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.
Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления
Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:
- основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
- теплоизоляционный слой толщиной 50-100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
- внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
- присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
- погружные гильзы для установки термометра и манометра.
Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.
Изготовление накопителей тепла в заводских условиях
Если вы всерьез озаботились установкой теплоаккумулятора и решили его сделать своими силами, то для начала стоит ознакомиться с заводской технологией сборки.
Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна
Повторить технологический процесс в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак–аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в таком порядке:
- Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где из него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
- На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
- Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
- Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферические крышки.
- Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
- Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
- Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху емкость обшивается тонколистовой сталью с полимерным цветным покрытием либо закрывается плотным чехлом.
Корпус накопителя выгибается из листа железа на вальцах
Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.
Вместо облицовки производители зачастую применяют специальный чехол (можно выбрать цвет)
Большинство заводских аккумуляторов тепла рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя в системе отопления 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел - 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:
Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно
Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:
- Расчет объема теплоаккумулятора.
- Выбор подходящей конструкции.
- Подбор и заготовка материалов.
- Сборка и проверка герметичности.
- 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.
Продолжительность обогрева дома тепловым аккумулятором зависит его размера
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
- 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.
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 .
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:
- 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.
- Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где брать подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
- Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.
Чертеж теплоаккумулятора прямоугольной формы объемом 500 л в разрезе
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:
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 на 500 л – вид сверху (поперечный разрез)
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.
Из готовых стальных сосудов сделать надежный теплоаккумулятор значительно проще
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.
Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят
Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:
- Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
- Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки резервуара. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую стальную трубу.
Сборка прямоугольного теплоаккумулятора
Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете сваркой, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.
Сначала бак собирается на прихватках, а потом проваривается сплошным швом
Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:
- Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
- Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
- Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
- Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
- Установите снизу резервуара опоры из отрезков трубы.
- Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на ниже на фото.
- Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.
На фото показана растяжка из широкой полосы, но лучше применить трубу
Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.
Стальные скобки (клипсы) привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки
Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:
- зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
- оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
- нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
- прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.
Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.
Установка и подключение резервуара к отоплению
Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол нежелательно, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом засыпьте ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.
Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак
Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается», и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы организовать такую работу батареи, нужно выполнить следующие мероприятия:
- контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
- отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
- насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.
Схема обвязки бака – аккумулятора тепла
Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для регулирования потока теплоносителя по температуре воды на входе и выходе емкости. Как правильно производится обвязка и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:
Справка. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте .
Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов
Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.
Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом
Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером - , 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.
Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов
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:
- Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
- Закрепите сваркой внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
- Поставьте баллоны один на другой и сварите между собой.
- Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
- Приделайте дно и крышку.
- В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, в дно – патрубок сливного крана.
- 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.
- Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.
Стыковка бака с ТТ-котлом без циркуляционного насоса
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.
Заключение
На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовить теплоаккумулятор своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что подобные высказывания далеки от реальности, на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к твердотопливному котлу. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за буферную емкость не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.