Выбираем и подключаем теплоаккумулятор для системы отопления с твердотопливным котлом

Теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость) представляет собой устройство, обеспечивающее накопление и сохранение тепла в течение длительного времени для его дальнейшего использования. Простейшим примером накопителя тепла служит обычный бытовой термос. В качестве еще одного примера можно назвать обычную печь из кирпича, которая нагревается при сжигании в ней топлива, а после окончания топки печь еще несколько часов продолжает отдавать тепло, обогревая помещение.

Использование буферной емкости в системах отопления и горячего водоснабжения обеспечивает бесперебойную подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам независимо от того, работает ли котел в данный момент или нет.

Тепловой аккумулятор позволяет также повысить эффективность работы всей системы, увеличить ресурс оборудования и значительно снизить расход энергоресурсов на обогрев помещений и ГВС.

Наибольший эффект от применения ТА заметен в системе, работающей на основе твердотопливного обогревательного котла. Это позволяет добиться значительной экономии топлива (до 25-30%) и увеличить КПД котла до 85%.

Приобрести готовый бак-аккумулятор можно в магазине либо изготовить его самостоятельно. При этом важно правильно рассчитать его емкость и другие технические параметры, а также правильно подключить буферный накопитель к системе отопления.

Конструктивные особенности теплонакопителя

Чертеж бака

Чертеж бака-аккумулятора

Основным элементом любого ТА является термоаккумулирующий материал, обладающий высокой теплоемкостью.

В зависимости от вида применяемого материала теплоаккумуляторы для котла могут быть:

  • твердотельные;
  • жидкостные;
  • паровые;
  • термохимические;
  • с дополнительным нагревательным элементом и т.д.

Для отопления и горячего водоснабжения частных домов применяются бак-аккумуляторы горячей воды, где в качестве термоаккумулирующего элемента выступает именно вода, обладающая высокой удельной теплоемкостью.

Вместо воды иногда используют антифриз, предназначенный для систем отопления дома.

Примером водяного ТА с дополнительным электронагревательным элементом для системы горячего водоснабжения может служить современный накопительный водонагреватель.

Обычный аккумулятор тепловой энергии представляет собой герметичный металлический бак различного объема (от 200 до 5000 литров и более), как правило, цилиндрической формы, заключенный в наружную оболочку (корпус).

Между баком и внешней оболочкой находится утепляющий слой из теплоизолирующего материала.

В верхней и нижней частью бака имеются по два патрубка для подключения к отопительному котлу и к самой системе отопления.

В донной части обычно находится дренажный кран для слива жидкости, а сверху располагается предохранительный клапан для автоматического стравливания воздуха при повышении давления внутри буферного бака. Также могут иметься фланцы для подключения датчиков давления и температуры (термометра).

ТЭН

Трубчатые электронагреватели

Иногда внутри буферной емкости может быть установлен один или несколько дополнительных нагревателей различного типа:

  • электронагреватель (ТЭН);
  • и/или теплообменник (змеевик), подключаемый к дополнительным источникам тепла (солнечные коллекторы, тепловые насосы и пр.).

Основной задачей этих нагревателей является поддержание необходимой температуры нагрева рабочей жидкости внутри ТА.

Также внутри бака может располагаться теплообменник ГВС, обеспечивающий подачу горячей воды за счет ее нагрева рабочей жидкостью системы отопления.

Принцип работы бака-аккумулятора

Схема отопления

Схема отопления с теплоаккумулятором

Принцип действия ТА для твердотопливного котла основан на высокой удельной емкости рабочей жидкости (воды или антифриза). За счет подключения бака объем жидкости увеличивается в несколько раз, вследствие чего повышается инерционность системы.

При этом максимально нагретый котлом теплоноситель сохраняет в ТА свою температуру в течение длительного времени, поступая по мере необходимости к приборам обогрева.

Так обеспечивается непрерывная работа системы отопления даже при прекращении сжигания топлива в котле.

Рассмотрим порядок работы системы с твердотопливным котлом и принудительной подачей теплоносителя.

Для запуска системы включается циркуляционный насос, установленный в трубопроводе между котлом и теплоаккумулятором.

Холодная рабочая жидкость из нижней части ТА подается в котел, нагревается в нем и поступает в его верхнюю часть.

В связи с тем, что удельный вес горячей воды меньше, она практически не смешивается с холодной водой и остается в верхней части буферной емкости, постепенно заполняя ее внутреннее пространство за счет отбора насосом холодной воды в котел.

При включении циркуляционного насоса, установленного в обратной магистрали системы между приборами отопления и аккумуляторным баком, холодный теплоноситель начинает поступать в нижнюю часть ТА, вытесняя горячую воду из верхней его части в подающую магистраль.

При этом горячая рабочая жидкость поступает ко всем приборам отопления.

Необходимый объем тепла для обогрева помещений может автоматически регулироваться комнатным датчиком температуры, который управляет работой трехходового клапана, установленного на выходе ТА в подающей магистрали. При достижении в комнате заданной температуры датчик выдает управляющий сигнал на клапан, который срабатывает и ограничивает подачу горячего теплоносителя в систему, перенаправляя его обратно в ТА.

После сгорания топлива в котле горячий теплоноситель из аккумулирующей емкости продолжает поступать в систему по мере необходимости, пока остывшая рабочая жидкость из обратной магистрали полностью не заполнит его внутренний объем.

Схема ГВС

Схема ГВС с баком-аккумулятором

Время работы ТА при неработающем котле может составлять достаточно продолжительное время. Это зависит от температуры наружного воздуха, объема буферной емкости и количества обогревательных приборов в системе отопления.

Для сохранения тепла внутри теплоаккумулятора бак подвергается теплоизоляции.

Также для этого могут использоваться дополнительные источники тепла в виде встраиваемых электронагревателей (ТЭНов) и/или теплоносителей (змеевиков), подключаемых к другим источникам тепла (электро- и газовые котлы, солнечный коллектор и пр.).

Встроенный в бак теплоноситель для ГВС обеспечивает нагрев холодной воды, подаваемой через него из водопроводной системы. Тем самым он играет роль проточного водонагревателя, обеспечивая потребности хозяев дома в горячей воде.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также схемой обвязки котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Схема обвязки

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

  1. Обогревательный котел.
  2. Тепловой аккумулятор.
  3. Отопительные приборы (радиаторы).
  4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
  5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
  6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
  7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

  • для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
  • для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Что учитывать при покупке

Выбор теплонакопителя

Выбор накопителя тепла для отопления

При выборе теплового аккумулятора для индивидуального отопления дома необходимо учитывать объема бака и его технические параметры, которые должны соответствовать параметрам котла и всей системы отопления.

К ним, в частности, относятся:

1. Габаритные размеры и вес устройства, которые должны обеспечить возможность его установки. В случае, когда невозможно найти подходящее место в доме для бака с нужной емкостью, допускается замена одного бака на несколько буферных емкостей размером поменьше.

2. Максимальное давление рабочей жидкости в системе отопления. От этого значения зависит форма буферной емкости и толщина ее стенок. При давлении в системе до 3 бар форма бака не имеет особого значения, но при возможном повышении этого значения до 4-6 бар необходимо использовать емкости тороидальной формы (со сферическими крышками).

3. Максимальная допустимая температура рабочей жидкости, на которую рассчитан ТА.

4. Материал аккумулирующего бака для системы отопления. Обычно их делают из углеродистой мягкой стали с влагостойким покрытием или из нержавеющей стали. Емкости из нержавейки отличаются наиболее высокими антикоррозийными свойствами и долговечностью в эксплуатации, правда стоят дороже.

5. Наличие или возможность установки:

  • электронагревателей (ТЭНов);
  • встроенного теплообменника, для подключения к ГВС, что обеспечивает подачу в дом горячей воды без дополнительных водонагревателей;
  • дополнительных встроенных теплообменников для подключения к другим источникам тепла.

Сравнение популярных моделей

Выпуском бак-аккумуляторов тепла занимается множество отечественных и зарубежных производителей. Приведем сравнительную таблицу некоторых моделей российских и иностранных моделей емкостью 500 литров.

МодельNIBE
BU-500.8
Reflex
PFH-500
ACV AK 500Meibes PSX-500Сибэнерго-термPROFBAK
ТА-ВВ-500
Страна-производительШвецияГерманияБельгияГерманияРоссияРоссия
Объем бака, л.500500500500500500
Высота, мм175719461790159020001500
Диаметр, мм750597650760700650
Вес, кг14511515012016570
Мах рабочее давление, бар635363
Мах рабочая температура, °C959590959090
Подключение к ГВСопциянетнетнетнетопция
Дополнительный нагревопциянетопциянетнетТЭН 1,5 кВт
Примерная стоимость, руб.43 20035 10053 20062 70028 50055 800

Данная таблица наглядно показывает, что цена накопительного бака для отопления с примерно одинаковыми параметрами может находиться в достаточно широких пределах.

Главным образом стоимость зависит от материала (углеродистая сталь или нержавейка), ее формы (обычная или тороидальная), а также наличия дополнительных опций или возможности их установки.

Расчет объема емкости

Расчет объема

Как рассчитать объем теплоаккумулятора

Основным параметром при покупке буферной емкости для твердотопливного котла, а также для самостоятельного изготовлении устройства является емкость теплоаккумулятора, напрямую зависящая от мощности обогревательного котла.

Существуют различные методики расчета, основанные на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом (примерно 2-3,5 часа).

Соблюдение этого условия позволяет получить максимальный КПД котла с максимальной экономией топлива.

Самый простой способ расчета предусматривает, что одному киловатту мощности котла должно соответствовать не менее 25 литров объема подключаемой к нему буферной емкости.

Таким образом, при мощности котла 15 кВт емкость бака-аккумулятора должна быть не менее: 15*25=375 литров. При этом емкость лучше выбирать с запасом, в данном случае – 400-500л.

Существует и такая версия: чем больше емкость бака, тем эффективнее будет работать система отопления и тем больше получится сэкономить топлива. Однако эта версия накладывает ограничения: поиск свободного места в доме под установку теплового аккумулятор больших размеров, а также технические возможности самого котла отопления.

Объемы емкости теплоносителя имеют верхний предел: не более 50 литров на 1кВт. Таким образом, максимальный объем накопительного бака при мощности котла 15 кВт не должен превышать: 15*50=750 литров.

Очевидно, что использование ТА объемом 1000 литров или более для котла мощностью 10кВт вызовет дополнительный расход топлива для нагрева до нужной температуры такого объема рабочей жидкости.

Это приведет к значительному увеличению инерционности всей системы отопления.

Преимущества и недостатки буферной емкости

Буферная емкость

Буферная емкость для котла

К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:

  • максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
  • обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
  • удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
  • автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
  • возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
  • обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
  • возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.

К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:

  • повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
  • необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
  • большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
  • достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).

Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.


Использование теплового аккумулятора экономически выгодно не только для твердотопливных котлов, но и для электрических или газовых систем обогрева.

В случае с электрокотлом, ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.

Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший расход газа.

Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.

4 comments

  • евгения

    добрый день. нам нужен в дом теплоаккумулятор.(г.красноярск) где его можно приобрести и как с вами связаться?

  • Сергей

    Здравствуйте !!! Нужен тепло аккумулятор для котла Q=38кВт.Какой порекомендуете?

  • Василий

    Вместо указанных в статье теплоаккумуляторов успешно можно использовать накопительные водонагреватели емкостью от 200 л, включенных параллельно. Теплоаккумуляторы подключаются к отопительному котлу после штатного нагрева дома и (или) угрозы перегрева котла. Это намного дешевле, чем предлагаемые варианты. К тому же ТЭНы водонагревателей могут быть использованы в перерыве работы котла, например, ночью. Это выгодно при многотарифном счетчике. Единственно, при использовании в качестве теплоносителя этилен или пропилен -гликоль из водонагревателей надо удалить магниевый стержень, установленный для смягчения воды.
    У меня такая система работает четыре года, позволяя даже зимой топить твердотопливный котел раз в сутки. При сильных морозах (от -27) дважды в сутки. Теплоаккумулятором служат три накопительных водонагревателя емкостью каждый 200 л. Каждый водонагреватель обошелся мне в 9700.

Добавить комментарий для Василий Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *