Теплоаккумуляторы для автономных систем отопления

Решаем проблему конденсата

Логичное решение проблемы слишком холодной воды на обратке — добавить горячую с подачи. Реализуется это при помощи перемычки и установленного на отводе регулируемого трехходового смесительного клапана. Клапан должен быть смесительного типа: при достижении выставленной температуры, он плавно начинает сдвигать клапана в двух подключенных трубах. Таким образом получается постепенное и плавное изменение температуры.

Обвязка теплоаккумулятора: добавочный контур для подмеса теплой воды в обратку

Холодная вода в обратном трубопроводе появляется в нескольких случаях: при разгоне котла, когда вода в теплоаккумуляторе сильно остыла (после простоя), а котел в работе. Давайте рассмотрим, как работает эта схема подключения аккумулятора тепла в обоих случаях. Движение теплоносителя показано на иллюстрациях ниже.

Пока котел не разогрелся, теплоноситель совсем холодный. В этом случае трехходовой клапан перекрывает поток теплоносителя на ТА и он движется по малому кругу (рисунок внизу, верхняя левая картинка). Прогрев происходит быстро, так как воды мало, время, образования конденсата минимально. На рисунке принято, что трехходовой клапан настроен на 55°C. Пока вода в малом круге не достигнет этой температуры, она так и циркулирует в нем.

Когда теплоноситель в малом кольце разогревается до 55°C, клапан сдвигает заслонки, включается в работу теплоаккумулятор для отопления. В этом случае одновременно идут три потока (правый рисунок в верхнем ряду):

• малый, как на первой картинке;
• часть теплоносителя идет на ТА через клапан;
• из ТА по обратке, через клапан, на насос и в теплообменник котла (третий круг).

В таком положении все находится до тех пор, пока теплоноситель в баке не прогреется до выставленной температуры (в данном случае до 55°C).

Как работает трехходовой смесительный клапан в схеме с ТА

Когда температура в баке достигает 55°C, трехходовой клапан отсекает подмес. Жидкость движется по большому кругу (нижний рисунок):

• подача — не заходя на клапан — в ТА;
• обратный поток — через клапан, на насос, в котел.

В таком состоянии все работает до тех пор, пока горит топливо. Чтобы обвязка теплоаккумулятора была завершенной, добавим контролирующие элементы — в трубопровод подачи устанавливается группа безопасности: манометр, предохранительный (аварийный) клапан сброса давления, автоматический воздухоотводчик. Для установки аварийного клапана, в некоторых котлах есть специальные штуцера. В противном случае аварийный клапан ставят с остальными компонентами сразу на выходе котла — до первого ответвления.

Окончательный вид обвязки ТА со стороны котла (группа безопасности не нарисована, стоит на подаче после котла)

Еще устанавливается расширительный бак мембранного типа. Он будет принимать в себя лишнюю воду по мере расширения (при нагреве жидкости увеличиваются в объеме). Теплоаккумулятор для отопления к котлу мы подключили. На этом обвязка теплоаккумулятора со стороны котла окончена.

Варианты подключения теплоаккумулятора

Схема подключения буферной ёмкости своими руками напрямую зависит от циркуляции теплоносителя в отоплении. При естественном движении воды оборудование монтируется в максимальной близости непосредственно возле твердотопливного котла. В ситуации, когда используется циркуляционный насос место размещения теплового аккумулятора большой роли не играет.

Аккумулирующий прибор должен размещаться в помещении с температурными показателями не ниже 10° С. Плюс ко всему необходимо обеспечить доступ к соединительным патрубкам в случае возникновения поломки или проведения профилактических работ. Буферная ёмкость размещается непосредственно в котельной на одном уровне с твердотопливным котлом, но ни в коем случае не выше.

Какой тип теплоаккумулятора вам подходит

Тип зависит от ваших потребностей, т.е. от того, как именно вы хотите его использовать. Существует 4 условных типа тепловых аккумуляторов:

• Простой телоаккумулятор, для подключения к единственному теплоисточнику;
• Буферная емкость для одновременного подключения нескольких теплоисточников, например, твердотполивного котла отопления и солнечного коллектора. Отличается от предыдущего типа наличием нижнего змеевика;
• Теплоаккумулятор с змеевиком ГВС предназначен как для отопления, так и для производства горячей воды в проточном режиме;
• Тепловой аккумулятор, имеющий внутренний бак для горячего водоснабжения (конструкция «бак в баке»), применяется как для аккумулирования тепла в системе отопления, так и для приготовления и накопления горячей воды, которая используется в быту.

Александр Федотов, Руководитель отдела продаж «Компании Эван»

«Выбор теплоаккумулятора зависит от целей, которые призвана решать система отопления. Это может быть теплоснабжение здания или обеспечение отоплением и горячей водой. В первом случае может использоваться обычный утепленный бак, во втором речь уже идет о приборе с различными встроенными теплообменниками.

При выборе теплоаккумулятора необходимо учесть тип основного источника тепла и их количество в системе теплоснабжения. Важными факторами являются также мощность теплового прибора и часовые расходы тепла

Кроме этого, теплоаккумулятор может быть дополнительно оборудован одним или несколькими ТЭНами для автономного подогрева воды, когда это необходимо.

Цена теплоаккумулятора зависит от его объема, типа, а также от дополнительных опций и, конечно, от бренда производителя.

Несколько слов о производителях теплоаккумуляторов. На российском рынке представлены многочисленные модели как отечественных, таки зарубежных предприятий-изготовителей. Из числа наиболее зарекомендовавших себя, можно выделить продукцию шведского концерна NIBE (на территории РФ предлагается компанией Эван), итальянских Cordivari и TML, немецких Wolf и Wespe heizung, финского бренда Jaspi.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор

А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же

Теплоаккумулятор в системе с твердотопливным котлом

В настоящее время теплоаккумуляторы чаще всего применяют в системах отопления с твердотопливными котлами. Характерная особенность твердотопливных котлов – оптимальный режим их функционирования связан с полным сгоранием топлива, т.е. достигается при работе на максимальной мощности. В противном случае, в результате неполного сгорания топлива, образуются токсичные газы, происходит засорение теплообменных поверхностей внутри котла, появляется в дымоходе сажа, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и даже выходу котла из строя, что небезопасно для дома и его обитателей.

Итак, лучше всего, когда котел работает «на полную». Такой режим вполне оправдан в холода, но большую часть года полученного в избытке количества тепла системе отопления дома просто не нужно – будет слишком жарко. Если у вас нет теплоаккумулятора, единственным выходом остается «отапливать улицу», т.е. открывать форточки. Это и дорого, и неэффективно.

Поэтому в систему отопления встраивают буферную емкость – она забирает излишки тепловой энергии, которые в противном случае попросту терялись бы бесцельно, чтобы впоследствии их использовать по назначению, не тратя на это топливо!

Вкратце, система отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором действует так. Во время работы твердотопливный котел не только подает нагретый теплоноситель в систему отопления дома, но и производит его нагрев в баке теплового аккумулятора. После того, как котел прекращает работать, дом, соответственно, начинает охлаждаться. В этот момент датчик температуры воздуха или датчик температуры теплоносителя в системе отопления подают сигнал на включение циркуляционного насоса, который обеспечивает подачу теплоносителя, накопленного в баке теплоаккумулятора, в систему отопления дома.

Cистема отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором.

Когда температура воздуха (теплоносителя) повышается до установленного значения, датчик выключает насос, и подача тепла прекращается. Температура теплоносителя в баке при этом немного уменьшается, т.к. часть энергии была передана в систему отопления. Следует отметить, что из-за хорошей теплоизоляции теплоаккумулятора, теплоноситель, находясь внутри бака, сам по себе остывает очень медленно. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура теплоносителя в теплоаккумуляторе будет оставаться выше, чем в системе отопления. А дом при этом не будет остывать.

Специалисты по-разному оценивают экономический эффект от установки теплоаккумулятора. Этот эффект зависит от многих факторов, о некоторых из них речь пойдет ниже. В среднем, он составляет от 20%, т.е. экономится каждый 5-й рубль. Отметим, что тепловой аккумулятор особенно эффективен в межсезонье, с его частыми температурными скачками.

И тут возникает еще одно полезное свойство теплового аккумулятора – помимо повышения безопасности дома и экономии ваших денег, он еще и дарит вам комфорт. Во-первых, с появлением в вашем доме буферной емкости, вам придется гораздо реже загружать топливо в котел. Если вы все рассчитали и установили правильно, если в вашем доме хорошая теплоизоляция, применяя теплоаккумулятор, вы сможете топить свой твердотопливный котел не несколько раз в день, а до 1 раза в 2 суток.

Во-вторых, тепловой аккумулятор способен сгладить «температурные скачки», связанные с остыванием теплоносителя в системе отопления, т.к. эта система становится более устойчивой и инерционной. В-третьих, он помогает упростить обслуживание твердотопливного котла и даже повысить срок его службы. В-четвертых, с помощью теплоаккумулятора можно дополнительно обеспечить ваш дом горячей водой, но данная возможность предусмотрена не во всех моделях.

Как устроен теплоаккумулятор?

Буферная емкость, как правило, изготавливается в форме цилиндра из листовой стали (черной или нержавеющей). Объем теплоаккумулирующего бака может варьироваться от сотни до нескольких тысяч литров. Чем больше объем емкости, тем больше ее габариты. Из-за внушительных линейных размеров баков-накопителей возникают сложности с их размещением в помещении котельных. Производители готовых теплоаккумуляторов выпускают модели как с теплоизоляцией, поставляемой в отдельной упаковке, так и без нее. Толщина слоя утеплителя обычно составляет 10 см, которые необходимо учитывать при монтаже оборудования. На бак с утеплителем надевается кожух, сшитый из качественного заменителя кожи. Утеплитель замедляет остывание теплоносителя, находящегося в теплоаккумулирующей емкости.

В зависимости от конструкции буферные емкости бывают:

• пустыми (без теплообменников);
• с одним или двумя змеевиками (теплообменниками);
• с встроенными баками-бойлерами меньшего диаметра, используемыми для обеспечения автономной работы системы горячего водоснабжения загородного объекта.

В стальном корпусе бака предусматривается несколько резьбовых отверстий, которые используются для подключения аккумулирующего устройства к котлу и трубной разводке системы отопления дома.

Внешний вид и внутреннее устройство термоаккумулятора (буферной емкости) с нижним теплообменником и слоем минераловатного утеплителя

Зачем нужен теплоаккумулятор для котлов отопления?

Грамотно подобранный агрегат способствует существенному уменьшению расходов, связанных с использованием энергоресурса (экономия может достигать 50%). Буферная емкость предотвращает растрескивание чугунных компонентов системы вследствие резкого скачка температуры среды. Если внедрить новейшие температурные датчики, интеллектуальные регуляторы и автоматизировать вывод тепла из накопителя в систему, теплоотдача значительно возрастет, обслуживание здания потребует меньше топлива.

Обычно теплоаккумулятор выглядит как вертикальный цилиндрический резервуар с внутренним покрытием из бакелитового лака, выполненный из высокопрочной стали. Внутренний слой защищает материал от контакта с агрессивной средой – горячей водой, концентрированными кислотами, солевыми растворами. Устойчивость внешних поверхностей подкрепляется слоем порошковой краски.

Теплоаккумулятор для котлов отопления позволяет существенно уменьшить расход ресурсов

В верхней части агрегат соединяется с трубой, ведущей от котла – твердотопливного, газового, электрического, работающего от солнечной энергии, через нее поступает горячая среда. По мере остывания вода опускается к циркулярному насосу, последний направляет ее в магистральный проход к котлу, где осуществляется следующий цикл подогрева. Котел работает ступенчато, и во время его простоев вода из теплоаккумулятора поступает в систему. Таким образом даже когда нагревательный элемент не активен, батареи остаются теплыми, жильцам доступна горячая вода.

Различные типы и схемы обвязки твердотопливного котла

Существует множество способов подключения котла и сопутствующего оборудования в общую систему отопления дома. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Аккумулирующая емкость выполняет функцию бойлера ГВС

Конструкция аккумулирующей емкости представляет собой спираль находящуюся внутри теплоаккумулятора. Горячий теплоноситель, который находится внутри, нагревает проточную воду контура горячего водоснабжения. В случае прогорания и отключения котла теплоаккумулятор позволяет сохранять приемлемую температуру в помещении, до 2 суток. При условии, что функция ГВС не используется.

Для контроля поступления и температуры теплоносителя используется автоматическое термо смесительное устройство:

Так же устройство комплектуется обратным клапаном, аварийным автоматическим клапаном естественной циркуляции (на случай отключения электроэнергии), встроенным термовентелем и штуцером.

Принцип действия устройства следующий. При достижении теплоносителем определенной температуры (780С), термовентиль открывает подачу воды из накопителя. Температура удерживается на заданном уровне за счет регулирования сечения прохода обратки от центральной системы отопления к перепускному каналу.

Схема подключения твердотопливного котла к теплоаккумулятору двойного назначения:

Подключение теплоаккумулятора и отдельного бойлера ГВС

Объем бойлера пассивного нагрева системы ГВС зависит от количества потребителей и мощности использующегося оборудования. При обвязке пеллетных котлов не рекомендуется использовать полипропиленовые материалы и конструкции. Температура теплообменника на выходе при пиковых нагрузках зачастую превышает рабочие показатели труб из полимерных материалов.

Обвязка твердотопливного котла с отдельным бойлером ГВС:

Параллельное подключение двух котлов отопления

Для того чтобы продлить срок эксплуатации и равномерно распределить используемые ресурсы зачастую пользователи соединяют два разнотипных источника отопления в единую схему теплоснабжения. В данном случае основным источником тепла в зимний период служит твердотопливный котел. Электрический котел включается в аварийном режиме и в летние месяцы, когда используется для нагрева воды.

Схема обвязки твердотопливного котла отопления с параллельным подключением электрического:

Система отопления, основанная на пеллетном котле, достаточно сложна и требует тщательной настройки. Перед выполнением работ по монтажу тщательно ознакомитесь с инструктивным материалом, предоставляемым компаниями производителями.

Практические рекомендации специалистов

Исходя из опыта специалистов, которые неоднократно изготавливали тепловой аккумулятор для котла своими руками, были выделены некоторые рекомендации. упрощающие и удешевляющие сборку оборудования:

• Заводской змеевик можно заменить гофрированным шлангом из металла.
• Чтобы избавиться от работ со сварочным агрегатом, можно использовать ёмкости из огнеупорного пластика. Чтобы пластмассовые баки не утратили свою форму, их помещают в решетчатый каркас.
• Компактные теплоаккумулирующие устройства можно устанавливать в системе тёплых полов.
• Для больших помещений лучше использовать заводские устройства расчёт мощности, которых производился опытными специалистами.

В процессе выбора готового теплового аккумулятора для любых типов котлов желательно обратить внимание на наличие нужного количества патрубков. От этого напрямую зависит возможность подключения устройства в систему горячего водоснабжения или тёплых полов, а также использование альтернативных нагревательных устройств, таких как солнечные коллекторы

Собрать теплоаккумулятор самостоятельно сможет практически каждый. Для этого не нужно покупать дорогостоящие запчасти. Простейшая модель состоит из материалов, которые могут пылиться в гараже или на даче. Но если есть сомнения в собственных силах, то всегда можно приобрести готовое изделие, тем более что цена теплоаккумулятора доступна людям с любым бюджетом.

Топ 5 лучших теплоаккумуляторов

______________________________________________________________________________________

Модель	Характеристика	Преимущества
S-TANK АТ PRESTIGE – 500 (Беларусь)	Масса – 105 кг. Диаметр – 78 см. Высота – 157 см. Объём бака – 500 л.	·       простота в обслуживании и лёгкий монтаж; ·       вода быстро нагревается; ·       защищён от перегрева; ·       многофункциональность; ·       совместим с разными источниками теплоснабжения.
HAJDU PT 300 (Венгрия)	Высота – 1595 мм. Масса – 87 кг. Объём бака – 300 л.	·       работает в системе закрытого типа, с насосами, тепловыми и солнечными батареями; ·       можно устанавливать ТЭНы; ·       простая установка, конструкция и обслуживание; ·       хорошая теплоизоляция.
HAJDU AQ PT 1000 (Венгрия)	Объем бака – 750 л. Масса- 93 кг. Диаметр – 79 см. Высота – 191 см.	·       эргономичность; ·       наличие теплоизоляции; ·       съемные изоляция и кожух; ·       совместимость с различными котлами; ·       длительная эксплуатация.
S-TANK АТ AT-1000 (Беларусь)	Масса – 131 кг. Высота – 2035 мм. Диаметр – 92 см. Объем бака – 1000 л.	·       сверху устройство теплоизолировано (70 мм); ·       для удобного подключения патрубки развернуты под углом 90° и расположены на разной высоте; ·       есть 4 отверстия по 0,5 дюйма для терморегулирующих манометров и датчиков.
S-Tank AT 300 (Беларусь)	Масса – 65 кг. Высота – 1545 мм. Диаметр – 500 мм. Объем бака – 300 л.	·       хорошо сочетается с любыми типами котлов; ·       изоляция имеет высокую огнестойкость; ·       бак защищен снаружи обшивкой (пластиковой или матерчатой, ·       бак сверху окрашен термостойкой краской.

______________________________________________________________________________________
Теплоаккумуляторы для котлов отопления российского производства хорошо зарекомендовали себя на рынке. Они не проигрывают зарубежным аналогам, у них также высокое качество и длительный срок эксплуатации, а цена намного ниже. Известные модели защитных устройств выпускают бренды: «Прометей», «Водосистема», «БТС», «Горыня», ООО «РВС-инжиниринг», «Теплодар».

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.

Подключение к системе отопления

Подготовленную схему напрямую подключаем к системе отопления. С точки зрения безопасности надо помнить о том, что твердотопливный котел в отдельные моменты может давать чрезмерно высокую температуру. В накопительной бочке может содержаться вода температурой 90-100 градусов. Для стандартных домашних радиаторов отопления это слишком много. Можно сильно обжечься при случайном прикосновении. По этой причине требуется добавить в схему еще один смесительный клапан. Он будет подмешивать в контур остывшую воду.

Если в доме устроены теплые полы, существует возможность подключить их в контур радиаторов для подачи обратки. Потребуется установить еще один насос. Подсоединение пойдет на смесительный узел. По причине высокой температуры воду из нагретого теплообменника забирают не напрямую, а через предохранительный смесительный клапан. Эта деталь устанавливается, чтобы при работе с системой и ее проверке не ошпариться горячим паром.

На следующем этапе подключаем линию рециркуляции теплоносителя в системе через специальный насос. Расставляем в контуре обратные клапаны в соответствии со схемой. На этом полный комплект функциональных элементов завершен, перейдем к арматуре.

Перед котлами требуется поставить еще один фильтр. Затем в высших точках системы монтируем дополнительно автоматические воздухоотводчики. Далее обеспечиваем слив и наполнение системы. Для этого расставляем шаровые краны так, чтобы в дальнейшем выполнять техосмотр и ремонт оборудования, не сливая теплоноситель из контура. Краны нужны для:

• расширительного бака;
• котлов;
• насоса.

В том случае, когда на котлах отсутствуют штатные термометры, их устанавливают дополнительно. Также потребуются два контрольных термометра, расположенные на буферной емкости. Они облегчат контроль работы системы и ее наладку.

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.

Эффективность применения для электрического котла

Делая небольшое отступление, расскажем о том, что аккумулирующий бак для системы отопления применяется не только в тандеме с твердотопливными котлами, хотя в основном это так. Буферная емкость также может быть использована в системах обогрева с электрическим нагревателем. Но это приемлемо только в том случае, если есть возможность пользоваться ночными тарифами на электроэнергию. Как известно стоимость киловатта энергии в ночное время значительно ниже, чем в дневное.

В целях экономии котел работает только ночью, делает он это беспрерывно, тем самым отапливает жилье и прогревает воду в буферной емкости. За ночь теплоноситель в ТА аккумулирует достаточное количество тепла и в течение дня отдает его в контур. Котел в это время не работает. Днём температура за окном выше, чем ночью, поэтому и теплоноситель остывает не так сильно.

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

1. Снижение затрат на энергоносители.
2. Увеличение КПД отопительной системы.
3. Отсутствие перегрева.
4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей

Это может быть важно если они имеют различные химические составы

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС. 

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

Купить или изготовить самостоятельно?

Это вопрос касается, в первую очередь, рисков, а не расходов. Отопительное оборудование представляет собой сбалансированную систему, и внедрение компонента, не прошедшего заводские испытания, о параметрах производительности которого есть лишь ориентировочное представление, может стать причиной поломки всей цепи. Экономия, проявившаяся в результате собственноручной сборки, нивелируется потенциальными расходами на отладку и ремонт дорогостоящих агрегатов.

Тепловой аккумулятор У200 Прометей – бюджетное решение для небольших систем

Профессиональный расчет теплового аккумулятора позволит приобрести модель, оптимально соответствующую эксплуатационным условиям и запросам жильцов. В этом случае следует ожидать снижения расходов на энергоресурсы, что более существенно, по сравнению со стоимостью аппарата.

Как быстро расходуются запасы энергии?

Однозначного ответа на данный вопрос дать невозможно. Длительность работы отопительной системы объекта за счет энергии, накопленной в буферной емкости, зависит:

• от объема бака;
• от объема теплопотерь в помещении;
• от температуры наружного воздуха и времени года;
• от выставленных значений термодатчиков.

Обогрев загородного дома при пассивном участии котельного оборудования может осуществляться от нескольких часов до нескольких суток. Пока работает теплоаккумулятор, котел «отдыхает», а значит, сохраняет свой ресурс, которого хватит на большее количество отопительных сезонов.