Бак аккумулятор в системе отопления: назначение и принцип действия

Современные котлы отопления во многом превосходят старинные кирпичные печи, но кое в чем и проигрывают им: не имея массивных элементов, они не могут накапливать тепло.

Между тем, такая способность, как мы увидим далее, может быть весьма полезной и кое-кто из пользователей, понимая это, оснащает свой котел теплоаккумулятором.

Давайте посмотрим, какую роль играет бак аккумулятор в системе отопления и как можно изготовить его самостоятельно.

Принцип работы и назначение

Чтобы снабдить отопительный прибор теплоаккумулятором, ничего особенного изобретать не нужно. С этой ролью легко может справиться неотъемлемый компонент системы отопления — теплоноситель. Только нужно значительно увеличить его объем и несколько видоизменить схему подключения котла и потребителей.

Для этого берут большую оклеенную теплоизолятором емкость (ее и будем в дальнейшем называть теплоаккумулятором — ТА) и подключают ее к котлу так, как если бы это был отопительный контур. То есть от котла к емкости протягивают подающий и обратный трубопроводы, причем первый заводится в нее сверху, а второй — снизу. На «обратке» устанавливаются циркуляционный насос и мембранный расширительный бачок.

Получаем малый контур «котел — ТА». Перед отопителем в данном случае стоит следующая задача: нагреть имеющийся в ТА запас теплоносителя до максимально возможной температуры — порядка 90 – 95 С.

Принцип работы расширительного бака

С другой стороны к ТА подключают один или несколько отопительных контуров так, как если бы вместо него стоял обычный котел. При этом подающий трубопровод подключается к ТА сверху, а обратный — подводится к нижней части. В каждом из контуров имеются свой циркуляционный насос и расширительный бачок, а кроме того смесительный узел.

Последний состоит из перемычки между «подачей» и «обраткой», установленных на ней 3-ходовых клапанов с термоголовками и выносного термодатчика. Пока теплоноситель в контуре имеет достаточно высокую температуру, насос гоняет его через перемычку по кругу. Когда среда остынет, сработает термодатчик, который заставит переключиться клапаны так, чтобы в контур поступила определенная порция горячего теплоносителя из ТА.

При этом часть холодного теплоносителя из контура будет сброшена в нижнюю часть бака. Так раз за разом автоматика будет подмешивать в отопительный контур ровно такое количество теплоносителя из аккумулятора, какое необходимо для поддержания в нем требуемой температуры.

Нетрудно заметить, что ТА параллельно играет роль гидрострелки. То есть к нему можно подключать контуры, работающие в различных температурных режимах, к примеру, систему радиаторов и «теплый пол».

Скорость расхода запасов теплоносителя

Точно сказать, сколько времени понадобится отопительной системе на то, чтобы расходовать запас теплоносителя из буферного бака, невозможно.

Этот параметр зависит от следующих факторов:

внутреннего объема теплоаккумулятора;
времени года и температуры воздуха на улице;
степени теплопотерь;
параметров на термодатчиках;
габаритов отапливаемого дома.

Запасов теплоносителя в резервной емкости при пассивном состоянии отопительной системы может хватить на несколько часов или суток.

Преимущества и недостатки аккумуляторного бака

Посмотрим теперь, что выигрывает пользователь, применяя ТА с отопителями различных типов:

С электрокотлом

Как известно, электрическое отопление по удобству эксплуатации не только превосходит любое другое, но и с полным правом может считаться идеальным. Судите сами:

выбросы отсутствуют, значит, дымоход не нужен;
абсолютно бесшумная работа;
мощность тепловыделения меняется от 0% до 100% при постоянно высоком КПД;
легко поддается автоматизации.

Но все эти достоинства перечеркиваются одним недостатком — высокой стоимостью электроэнергии. Тот же, у кого есть ТА, может существенно снизить затраты на электроотопление. Дело в том, что наряду с обычной формой оплаты электроснабжения существует так называемая многотарифная, которая предусматривает различную стоимость электричества днем и ночью.

Дневной тариф чуть выше обычного, но зато ночной — примерно в 3 раза ниже. Перейдя на такую форму оплаты, можно эксплуатировать электрокотел только ночью, отапливая дом в дневное время за счет накопленного в ТА тепла.

В отопительной системе бак расширительный для отопления — вещь неотъемлемая. Ведь без него систему бы попросту разорвало. Разберемся подробно в данном механизме.

Схема установки циркуляционного насоса в систему отопления описана тут.

Более подробную информацию о теплоаккумуляторах вы можете почитать в этой теме.

С твердотопливным котлом

Здесь смысл установки ТА очевиден: пользователю можно будет реже подкладывать топливо, что особенно ценно ночью. Но это только «первая выгода», которая лежит на поверхности. Дело в том, что твердотопливные котлы работают с максимальной эффективностью только в режиме номинальной мощности.

Схема подключения теплоаккумулятора

Если же отопитель «прикрутить» при помощи воздушной заслонки, что приходится делать большую часть отопительного сезона, сразу появляется целая серия нежелательных явлений:

резко падает КПД (неполное сгорание топлива);
увеличивается образование сажи и токсичного конденсата;
выхлоп становится особенно ядовитым из-за повышенного содержания угарного газа и других неполных оксидов, а также тяжелых углеводородных радикалов.

Располагая же накопителем тепла, пользователь получает возможность даже в межсезонье эксплуатировать твердотопливный котел только на максимальной производительности: ТА вберет в себя избыточное тепло, а затем будет понемногу отдавать его системе отопления.

С газовым котлом

В подавляющем большинстве газовые котлы работают в режиме «старт-стоп», то есть периодически включаются, чтобы подогреть теплоноситель, после чего снова выключаются. Без отключений работают только агрегаты с модулированными горелками (у них мощность регулируется), которые стоят сравнительно дорого.

Режим «старт-стоп» сопровождается температурными перепадами, которые сокращают срок службы элементов котла. Причем с уменьшением нагрузки на отопительную систему (оттепель или межсезонье) частота включений увеличивается. При наличии ТА газовый котел будет работать стабильно на номинальной мощности, а затем надолго отключаться.

Отопление частного дома газовым котлом

Следует, однако, признать, что и с кое-какими недостатками придется мириться:

понадобятся как минимум два циркуляционных насоса, клапаны и автоматика для смесительного узла;
для накопления более-менее приличного запаса тепла требуется большой объем теплоносителя,

ТА обычно занимает довольно много места и нуждается в фундаменте.

Как работает система отопления и какая роль у теплоаккумулятора

Использование аккумулятора тепла в системе отопления с твердотопливным котлом дает возможность экономить сырье до 50%.
В этой схеме все просто, но вместе с тем очень затратно. Маленький объем теплоносителя внутри отопительной системы не позволяет удерживать стабильную температуру продолжительное время. Соответственно, ее нужно постоянно поддерживать, иначе система остынет, а в помещении станет холодно.

При наличии теплоаккумулятора эта схема будет выглядеть иначе:

Котел, работая, будет накапливать энергию тепла;
После затухания или переработки всего топлива, он станет отдавать накопленное тепло радиаторам в течение определенного времени.

Таким образом, даже при неработающем котле в доме будет сохраняться стабильная температура.

Отопительная система с аккумулятором тепла имеет такие преимущества:

Улучшаются условия проживания в доме, так как даже после использования топлива, жилье продолжает обогреваться с помощью горячей воды;
Внезапное отключение электроэнергии не помешает продолжать нагревать воду;
Холодная вода не пойдет в разгоряченный теплообменник при резком включении насоса.

Недостатками этой системы может быть только повышенная стоимость монтажа и определенные требования к размещению такого оборудования. Но в конечном итоге, это себя оправдывает с лихвой.

Расчет объема накопительного бака для отопления

Покажем расчет на примере со следующими исходными данными:

Теплопотери в доме при наименьшей наружной температуре составляют 12 кВт.
Время, в течение которого ТА должен обеспечивать теплом жилище в самый сильный холод — 5 часов.
Температура теплоносителя, на которую рассчитана система отопления — +60С.
Максимальная температура теплоносителя в ТА — +90С.

Накопительный бак

Порядок расчета

Определяем общее количество тепла, которое должен запасти ТА для 5-часового «дежурства»:

Q = 12 * 5 = 60 кВт*ч.

Учитывая, что 1 кВт*ч = 3,6 МДж, получаем: Q = 60 * 3,6 = 216 МДж.

Вычисляем необходимый объем теплоносителя (вода) из формулы:

Q = m*c*(Tmax — Tmin),

где:

M — масса воды;
С — теплоемкость воды, при t = +60C c = 4182 Дж/кг*С, при t = +90С с = 4208 Дж/кг*С, для расчета принимаем среднее значение: с = 4195 Дж/кг*С;
Tmax и Tmin — максимальная и минимальная температура теплоносителя в ТА, по условию Tmax = +90C, Tmin = +60C.

Из данной формулы находим требуемую массу воды:

M = T / (c*(Tmax — Tmin)) = 216 000 000 / (4195* (90 — 60)) = 1716.33 кг.

Поскольку 1 кг воды имеет объем в 1 л, нам понадобится бак емкостью 1717 л или 1,7 куб. м. Такой объем имеет куб с длиной ребра около 1,2 м.

Пользователю следует учесть, что котел должен иметь мощность в 1,5 – 2 раза большую, чем требуется для компенсации теплопотерь в самый холодный период, ведь обслуживать систему отопления и заряжать ТА он будет одновременно.

Аккумулирующие емкости от ОПЭКС

В процессе создания собственных емкостей – теплоаккумуляторов компания ОПЭКС Энергосистемы опирается на весь свой многолетний опыт и мощную производственную базу, приобретенные в интересах производства самой высококачественной теплообменной аппаратуры на отечественном рынке. Благодаря этим достижениям, компания ОПЭКС Энергосистемы изготовляет большой ассортимент емкостных тепловых аккумуляторов – прочных, абсолютно герметичных, энергоэффективных (с минимальной удельной теплопотерей) с маркировкой OPEKS-2, со следующими параметрами и характеристиками:

индустриального (объемом 30 000 – 60 000 л), хозяйственного (объемом 1000 – 5000 л) и бытового (100 – 800 л) назначения;
из углеродистой, нержавеющей, эмалированной стали;
для применения в водопроводных системах различного назначения: водяного отопления, горячего водоснабжения, хладоснабжения, с альтернативными источниками энергии.

Выполненные на том же безупречном технологическом уровне, что и фирменное теплообменное оборудование, теплоаккамуляторы ТМ OPEKS в любых условиях эксплуатации показывают себя только с наилучшей стороны, характеризуются высокой стабильностью технических характеристик, соблюдением и даже превышением нормативных сроков службы.

Выбор материала корпуса

Если схема подключения предусматривает несколько контуров: отопление, теплый пол, солнечный коллектор и т. д., то соотношение диаметра и высоты должно быть не менее 1: 3.

Преимущества и недостатки схемы с теплоаккумулятором:

Там, где местность не газифицирована, применение аккумуляторного бака в комплексе с твердотопливным котлом дает существенную экономию топлива — до 30%. Теплоаккумулятор для отопления сглаживает температурные скачки, сокращает общее время обслуживания системы.
Если стандартная схема «твердотопливный котел — буферная емкость» дополняется резервной линией с газовым котлом, то устраняется один из главных недостатков в ее работе. Дело в том, что бак начнет раздачу горячей воды только после того, как нагреется сам, а на такой большой объем понадобится не менее 5-6 ч. В этой же схеме, газовый котел может работать автономно от основной линии, нагревая воду для отопления и ГВС. Когда начнется подача горячей воды из бака, газовый котел автоматически отключится.
Любая схема с теплоаккумулятором имеет один большой недостаток — высокая стоимость аккумуляторного бака и автоматики. Расчет прост: больше бак — выше цена. Можно сделать схему без дорогостоящих контроллеров, но все равно придется сильно потратиться на бак и смесительно-насосные блоки. Конечно, со временем оборудование окупится.
Термоаккумулятор — оптимальное решение для владельцев солнечных коллекторов и тепловых насосов. Потребитель «сливает» в буферную емкость все нерегулярно получаемое тепло от этих источников плюс избыточную теплоту котла, получая взамен горячую воду для своих нужд.

Чем утеплить теплоаккумулятор?

Самым недорогим, а потому и наиболее популярным утеплителем является пенополистирол, который в обиходе мы привыкли называть пенопластом.

Но в данном случае применять его не следует, поскольку материал этот, как и многие другие полимеры, при нагреве (начиная с температуры +80С) выделяет ощутимое количество вредных для здоровья летучих веществ (результат термического распада полимерных молекул).

Конечно, в теплоаккумуляторах заводского изготовления, как и в бойлерах, полимерная теплоизоляция используется (обычно пенополиуретан), но у этих приборов имеется герметичный кожух, сделать который в домашних условиях достаточно сложно.

Более подходящий вариант утеплителя для ТА — минеральная вата, волокна которой делаются из базальта или стекла. Причем желательно использовать такие марки, в которых роль связующего играет не фенолформальдегидная смола, а акрил. В качестве примера можно привести утеплители URSA PURE ONE и Knauf Insulation.

Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль

Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Watch this video on YouTube

Альтернативная схема

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

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

Особенности эксплуатации твердотопливных котлов

Процесс горения древесины или угля несколько сложнее, чем сжигание того же метана (природного газа). Метан – простое неорганическое соединение, разлагающееся при высокой температуре на углекислый газ и воду с некоторой примесью угарного газа. Дерево и уголь – это сложные органические вещества, которые при сжигании образуют несколько веществ и газов, часть из них агрессивны. Это накладывает свой отпечаток на долговечность работы теплогенератора. Индивидуальная обвязка твердотопливных котлов делается для того, чтобы создать оптимальный рабочий режим и тем самым продлить им срок эксплуатации.

Одна из особенностей работы водогрейных агрегатов, сжигающих твердое топливо, проявляется после розжига топки и выхода на рабочий режим. Если монтаж трубопроводов отопления выполнить напрямую к отопительной установке и во время разогрева пропускать через водяную рубашку агрегата холодную воду, то на внутренних стенках топки начнет интенсивно выделяться конденсат. Он вступает в реакцию с продуктами горения, смешивается с золой и намертво пристает к металлической или чугунной поверхности. Результаты следующие:

Стальные стенки камеры сгорания разъедаются коррозией.
Чугунная топка не так подвержена коррозии, но ее шероховатая поверхность способствует прилипанию налета, который удалить очень трудно. Такой же налет появится и на стенках камеры из стали.

Для успешной борьбы с конденсатом надо выполнить малый контур циркуляции с трехходовым клапаном, подключение твердотопливного котла к системе отопления не рекомендуется осуществлять напрямую.

Еще одна особенность работы отопительных установок на дровах – инерционность. Когда температура воды в системе достаточна, автоматика закрывает доступ воздуха в топку и останавливает процесс. Тем не менее еще какое-то время горение продолжается, температура теплоносителя превышает заданную. Такое же явление наблюдается при остановке циркуляционного насоса в результате отключения электроэнергии. Вода в рубашке может вскипеть, образуя пар, и разрушить оболочку либо порвать трубы. Чтобы этого избежать, на подающий трубопровод или прямо в бак котловой воды устанавливается группа безопасности со сбросным клапаном, настроенным на определенное критическое давление.

Как подобрать подходящую модель

Без буферной емкости температура теплоносителя падает сразу после отключения котла. Главный критерий подбора модели: расчет теплового аккумулятора. Применяется формула:

m — масса теплоносителя,

Сp — теплоемкость теплоносителя,

T2 средняя конечная температура воды в емкости,

T1— средняя начальная температура.

Точно рассчитать объем и другие параметры помогут специалисты фирмы водотеплоснабжения, либо нужно самостоятельно задать исходящие показатели на онлайн калькуляторе, получить рекомендуемые данные

Принимают во внимание мощность котла. давление внутри системы, количество радиаторов, сечение и диаметр труб, вид и объем теплоносителя

Аккумулирующая емкость выбирается с учетом следующих факторов: материал конструкции, объем, мощность прибора, давление теплоносителя в системе, функциональность. Фирмы производители предлагают аккумуляторы тепла, стенки которых изготовлены из черной, углеродистой стали, либо нержавейки. Они устойчивы к коррозии, загрязнению, меньше требуют чистки, долго работают.

Тепловой аккумулятор серии ЕАВ из черной углеродной стали с внутренним бойлером из нержавейки пищевого типа – предназначен для системы, работающей при превышении давления 0, 3 МПа. В комплекте теплообменники простого, либо блочного вида. Имеет магниевый анод, защищающий от накипи. Подходит для дополнительного подключения гелиоколлекторов. Используется при проточном нагреве.
Теплоаккумулятор для отопления ЕА – прибор с теплообменниками и без них. Материал – сталь, окрашена снаружи, теплоизоляцию делают из искусственной синей, либо красной кожи. Дополнительно можно подключить накопитель к солнечной батарее. Модели предназначены для нагревания проточной воды, а также циркуляции теплоносителя по системе из бака.
Теплонакопитель для отопления типа ЕАI используют при подключении двух и более тепловых источников, емкость 350 — 3500 л.

Современный теплоаккумулятор имеет антибактериальную защиту, предназначен для дооборудования Тэнами, подключения блочных теплообменников.

Для системы, давление внутри которой более 4 бар выбирайте бак с утолщенными стенками и торосферическими плотными крышками.

Роль гидроаккумулятора в водопроводной сети

Казалось бы, устройство просто пропускает через себя воду. Можно было бы обойтись и без него? На самом деле именно с помощью гидробака в системе водопровода сохраняется стабильное давление.

Если по какой-либо причине напряжение в электросети пропадёт, небольшой «аварийный» запас воды в баке поможет решить первоочередные хозяйственные задачи.

Уточним перечень преимуществ, которые обеспечивает это довольно простое устройство:

Преждевременный износ насоса. В мембранном баке имеется некоторый запас воды. Она удовлетворяет первоочередные потребности владельцев коттеджа. И только тогда, когда запас иссякнет, включится насос. Следует отметить, что все насосы имеют норму включений на протяжении часа. При наличии гидроаккумулятора этот показатель не будет превышен, и агрегат прослужит дольше.
Стабилизация давления в системе. Если одновременно включить два крана, например, в ванной комнате и на кухне, перепады напора могут повлиять на температуру воды. Это очень неприятно, особенно для тех домочадцев, которые в этот момент принимают душ. Благодаря гидроаккумулятору таких недоразумений можно избежать.
Гидроудары. Эти явления, которые способны навредить трубопроводу, могут возникать в момент включения насоса. С гидробаком риск возникновения гидроудара практически исключен.
Запас воды. В загородном доме проблема водоснабжения стоит особенно остро. Если произошло внезапное отключение электричества, и насос не может выполнять свои функции, то для решения неотложных проблем больше не надо хранить запас воды в ведре или другом резервуаре. В ёмкости гидроаккумулятора она имеется и регулярно обновляется.

Очевидно, что наличие этого устройства в независимой от централизованных сетей системе водоснабжения не случайно. Оно необходимо и полезно.

Гидроаккумулятор в контуре водоснабжения выполняет ряд значимых функций: защищает технику от гидроударов, обеспечивает запас воды, формирует условия для автоматизации ее забора

Когда гидробак не нужен

В системах полива гидроаккумулятор не нужен, так как при постоянном открытом кране насос будет работать без выключения. Если в данной схеме присутствует накопительная емкость, оборудование будет часто включаться, что приведет к преждевременной выработке ресурса.

При покупке насоса с автоматической системой, предполагающей плавный запуск двигателя, ГА также не нужен. Гидроудар трубам не грозит, так как поток жидкости движется медленно.

Что это такое?

Но что представляет собой это устройство? По сути, это источник электрической энергии, но только уже второстепенный, поскольку главная задача, как уже было упомянуто — это запустить двигатель.

Да, батарея поддерживает то электрооборудование, что имеется в любой машине, но лишь на вторых ролях. В действительности же питанием их обеспечивает генератор, пока машина едет. Но когда транспорт обездвижен, а двигатель не работает, тогда нагрузка от бортовой сети ложится уже на аккумулятор. Собственно поэтому не рекомендуется слушать долго музыку, когда машина просто стоит на месте.

В середине XX столетия ДВС прекрасно обходились без АКБ. В основном это относилось к моторам мотоциклов. Для их запуска использовалась мускульная сила. Потом уже энергией обеспечивал генератор. Каждый ли из нас помнит, как заводился мотоцикл семейства Иж?!

Спустя какое-то время производители начали оснащать транспортные средства большим количеством электроприборов. Причем с каждым разом их количество только увеличивается. Поэтому подпитка от АКБ очень кстати. Возможно, через несколько лет большая часть транспортных средств перейдет на бортовую сеть номиналом 24 вольта, вместо привычных 12. Хотя некоторые автомобили марки Мерседес уже сделали это.