Проектируя систему отопления в доме, необходимо учитывать, что не всегда пик выработки тепла совпадает с пиком его потребления. Поэтому, учитывая рост цен на энергоносители, современные технологии стремятся усовершенствовать отопительное оборудование таким образом, чтобы была возможность использовать как можно большее количество тепла с наименьшими затратами в течение максимально продолжительного периода времени.  Одним из таких усовершенствований магистрали, является теплоаккумулятор. По сути это бак для накопления горячей воды. Принцип его работы основывается на высоком показателе теплоёмкости для воды – для нагревания воздуха на 4 0С необходимо охладить воду всего на 1 0С. Использование таких приспособлений, как теплоаккумулятор, позволяет ощутимо экономить затраты на отопление дома. Это устройство не относится к разряду сложных – его вполне возможно сделать своими руками, если есть желание избежать лишних финансовых расходов.

Теплоаккумуляторы для котлов отопления.

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

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

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

 

Работа обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и «провалов» в выработке тепловой энергии

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

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

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

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

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

 

Работа солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погоды

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

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

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

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

Наглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятора

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

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

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

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

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

Конструктивные особенности и основные схемы подключения различных теплоаккумуляторов.

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

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов.

Теплоаккумулятор с прямым подключением контуров

выработки и потребления тепловой энергии

 1 – Самый простой тип конструкции ТА. Подразумевается прямое подключение и источников тепла, и контуров потребления. Такие буферные емкости используются в следующих случаях:

  • Если в котле и во всех контурах отопления применяется одинаковый теплоноситель.

  • Если максимально допустимое давление теплоносителя в контурах отопления не превышает аналогичный показатель котла и самого ГА.

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

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

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

Теплоаккумулятор со встроенным теплообменником

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

Подобный тип ТА применяется в следующих случаях:

  • Если показатели давления и достигаемой температуры теплоносителя в контуре источника тепла существенно превосходят допустимые значения для контуров потребления и для самой буферной емкости.

  • Если есть необходимость подключения нескольких источников тепла (по бивалентному принципу). Например, на помощь котлу приходят гелиосистема (солнечный коллектор) или геотермальный тепловой насос. При этом чем меньше температурный напор источника тепла, тем ниже должен в ТА размещаться его теплообменник.

  • Если в контурах источника тепла и потребления используется различный тип теплоносителя.

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

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

Теплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабжения

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

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

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

Теплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабжения

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

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

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

Разнесенные по вертикали патрубки подключения

контуров позволяют оптимально использовать образующийся в

теплоаккумуляторе температурный градиент

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

Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов.

Многие покупатели считают, что наличие дополнительного контура (теплообменника) внутри буферной емкости говорит о возможности приготовления горячей воды, наличия контура ГВС. Но на самом деле, это вовсе не так.  Пустой, обычный бак теплоаккумулятор - емкость, которая работает на прием и сохранение тепла от одного источника тепла - твердотопливного котла. Буферная емкость с одним теплообменникам - дает возможность приема тепла от двух источников. Это могут быть твердотопливный котел, и дополнительный солнечный коллектор. Теплоаккумулятор с двумя внутренними витыми теплообменниками: прием тепла от котла на твердом топливе, контура солнечных батарей, и тепла от теплового насоса. И лишь только небольшой закрытый бак, находящийся в верней части буферной емкости предполагает приготовление ограниченного количества прогретой воды.   Что будет, если запитать контур ГВС на витой внутренний теплообменник. К сожалению. явной пользы от такого подключения вы не получите:  Во-первых, теплоаккумулятор
Схема с прямым подключением теплоаккумулятора к контуру источника и потребителя, применяется если:  Требования к качеству теплоносителя в контуре источника и потребителя тепла одинаковые. Рабочее давление у потребителя тепла (на всех режимах) не превышает максимально допустимого давления для источника тепла и самого теплоаккумулятора. Температура теплоносителя в теплоаккумуляторе на всех режимах, соответствует необходимой температуре для потребителя. Данная схема используется в небольших системах отопления частных домов с количественным регулированием на отопительных приборах. При этом на выходе источника тепла, а соответственно и в теплоаккумуляторе, поддерживается постоянная температура.  Если тепловой режим потребителя предполагает качественное регулирование с различной температурой поступающего теплоносителя в зависимости от времени суток или температуры наружного воздуха, данную схему дополняют узлом смешения.  Схема подключения потребителя к теплоаккумулятору с узлом смешения.
Теплоаккумулятор с функцией ГВС, реализованной по принципу «бак в баке», не единственное возможное решение. «ЭВАН» предлагает приборы, где для приготовления горячей воды используются змеевики. В змеевик ГВС, расположенный внутри бака аккумулятора, подается холодная бытовая вода, которая, проходя по змеевику, также нагревается за счет саккумулированного в баке горячего теплоносителя. Оборудованные змеевиками ГВС теплонакопители могут вырабатывать горячую воду в режиме проточного водонагревателя. По такому принципу сконструированы теплонакопители OVALI, GTV и GTV Teknik. Производительность змеевиков варьируется от 20 до 150 литров в минуту. Под заказ можно установить змеевики разной мощности в разные модели. Чтобы обеспечить высокую мощность и скорость нагрева, модели OVALI и GTV Teknik оборудованы двумя змеевиками, которые могут соединяться последовательно – первый, так называемый змеевик преднагрева, расположен в нижней части бака. Второй – в верхней.  Данный материал взят со страницы:
Пока котёл сжигает загружённые в него дрова, ёмкость постепенно накапливает вырабатываемые системой избытки тепла. В тот момент, когда котёл перестает выдавать необходимую пользователю температуру, всё излишнее тепло из бака направляется в батареи. Огромное преимущество состоит в том, что вода в радиаторах совершенно не остывает.  Вне зависимости от площади дома отопительная система должна быть снабжена мощным электрическим насосом, который сможет обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя. Но после отключения электроэнергии такая установка прекращает свою работу. Заложенные дрова горят, тепло выделяется, а вот вода неподвижно стоит в трубах, закипая в котле.  Если пользователь упустит момент, то система взорвется, что может угрожать жизни людей. Установленный теплоаккумулятор предотвращает возникновение таких последствий. Огромное преимущество буферной ёмкости для твердотопливного котла состоит ещё и в том, что она увеличивает время между закладками дров в несколько раз.
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.
 
 
Подключить теплоаккумулятор (буферную емкость) для отопления можно десятком разных способов. Есть самые простые — просто трубы подключить, есть сложнее, с большим количеством элементов, которые решают различные задачи. Разберем, как подключить теплоаккумулятор, по порядку, с возможностями схем, для разных потребителей. Рассмотрим плюсы и минусы каждой из схем.  Обвязка теплоакк

 

 

 

Температурный режим и давление одинаковы в котле и в контурах отопления. 
Требования к теплоносителю совпадают. 
На выходе из котла и в ТА поддерживается постоянная температура. 
На приборах теплообмена регулировка ограничивается только количественным изменением проходящего через них теплоносителя.

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.  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).

 

 

Подключение в самому теплоаккумулятору, в принципе, повторяет первую схему, но регулировка режимов работы теплообменных приборов осуществляется по качественном принципу – с изменением температуры теплоносителя. 
Для этого в схему включены термостатические узлы смешения, например, трехходовые клапаны. 
Такая схема позволяет наиболее рационально использовать накопленный теплоаккумулятором потенциал, то есть его «заряда» хватит на более продолжительное время.

схема-3.jpg

 

 

 

Такая схема, с циркуляцией теплоносителя в малом контуре котла через встроенный теплообменник, применяется, когда давление в этом контуре превышает допустимое в приборах отопления или в самой буферной емкости. 
Второй вариант – в котле и в контурах отопления применены разные теплоносители.

схема-4.jpg

 

 

Исходные условия аналогичны схеме №3, но применен внешний теплообменник. 
Возможные причины такого подхода: 
- площади теплообмена встроенного «змеевика» недостаточно для поддержания требуемой температуры в телоаккумуляторе. 
– ранее уже был приобретён ТА без внутреннего теплобменника, а модернизация системы отопления потребовала именно такого подхода.

схема-5.jpg

 

 

 

 

Схема с организацией проточного обеспечения горячей водой через встроенный спиралевидный теплообменник. 
Рассчитана на равномерное потребление горячей воды, без пиковых нагрузок.

схема-6.jpg

 

 

 

Такая схема, с использованием теплоаккумулятора со встроенным баком, рассчитана на пиковое потребление горячей воды, но не отличающееся высокой положительностью. 
После расходования созданного запаса и, соответственно, заполнения ёмкости холодной водой, нагрев до требуемой температуры может занять достаточно много времени.

схема-8.jpg

Схема, которую можно назвать мультивалентной. 
В данном случае показано применение трех источников тепловой энергии. В роли высокотемпературного выступает котел, который, опять же, может играть лишь вспомогательную роль в общей схеме нагрева. 
Солнечный коллектор – по аналогии с предыдущей схемой. 
Кроме того, используется еще один низкотемпературный источник, который, вместе с тем отличается стабильностью и независимостью от погоды и времени суток – геотермальный тепловой насос. 
Чем меньше температурный напор из подключенного источника энергии, тем ниже место его подключения к теплоаккумулятору.

схема-7.jpg

Бивалентная схема, позволяющая задействовать в системе отопления дополнительный источник тепловой энергии. 
В данном случае упрощенно показан вариант с подключением солнечного коллектора. 
Этот контур подключается к теплообменнику в нижней части теплоаккумулятора. 
Обычно подобная система рассчитывается таким образом, что основным источником является именно солнечный коллектор, а котел включается по мере необходимости, для догрева, при недостаточности энергии от основного. 
Солнечный коллектор, конечно, не догма – на его месте может быть и второй котел.

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

Один из примеров – показан на рисунке:

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

1 – твёрдотопливный котёл.

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

3 – специальный блок подмешивания в контуре высокотемпературного котла.

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

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

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

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

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

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

Дополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системой

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

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