Как подобрать теплоаккумулятор для котлов отопления

4 Расчёт необходимой ёмкости

Когда с устройством буферной ёмкости для системы отопления всё понятно, можно приступать к расчётам требуемых параметров. Этот показатель напрямую зависит от мощности отопительного котла.

Если был установлен агрегат, который вырабатывает 35 кВт/час, тогда объем используемой ёмкости должен превышать эту цифру минимум в 30 раз

Помимо этого, важно учесть ряд дополнительных факторов:

1. 1. Не стоит делать никаких надбавок на то, что тепловой аккумулятор будет впитывать всё тепло, а сама система будет работать плохо. Когда на улице температура опускается ниже -30˚С, то котёл может спокойно работать в обход буферной установки. А вот когда становится теплее, то в действие входит теплоаккумулятор, а всё лишнее тепло в нем накапливается.
2. 2. Мощность должна быть рассчитана исключительно для погодных условий, когда дом теряет максимальное количество вырабатываемой тепловой энергии. К примеру, если котёл теряет 33 кВт/час при температуре окружающей среды от -29˚С, то и мощность всей системы должна быть такой же. Конечно, нужно учитывать и небольшой запас. Для качественного подогрева существующей схемы должно создаваться минимум 35 кВт/час.
3. 3. Обязательно учитывается размер помещения, где будет установлен сам агрегат вместе с теплообменником и другими элементами схемы. В некоторых случаях может возникнуть такая ситуация, когда установить большой теплоаккумулятор просто не получится.

Если же мастер обладает всеми необходимыми навыками, то изготовить ёмкость можно и своими руками. Лучшим вариантом считается цилиндрический агрегат, обладающий следующими параметрами:

• Диаметр — 1 метр. Стоит учесть, что если объём теплового аккумулятора равен 1750 л, то его диаметр должен составлять минимум 1,06 м.
• Высота — 2 метра.

Что такое теплоаккумулятор буферная емкость и его назначение.

Назначение теплоаккумулятора (ТА) будет легче описать на нескольких примерах-задачах.

Задача первая . Система отопления построена на основе твердотопливного котла. Постоянно отслеживать температуру теплоносителя на подаче и вовремя подбрасывать дрова нет возможности, в результате чего температура подачи то превышает нужную нам, то снижается ниже нормы. Как обеспечить поддержание требуемой температуры теплоносителя?

Задача вторая . Дом отапливается электрокотлом. Электроснабжение – двухтарифное. Как снизить затраты на электроэнергию, уменьшив энергопотребление днем и увеличив ночью?

Задача третья . Имеется система отопления, в которой тепло вырабатывается теплогенераторами, работающими на различных видах топлива и энергии – напр. газе, электричестве, солнечной энергии (гелиоколлекторы), энергии земли (тепловой насос). Как обеспечить их эффективную работу без потерь выработанного тепла, когда в нем нет потребности, при этом обеспечить дом теплом в период пикового энергопотребления?

Не особо вдаваясь в теорию теплотехники, для всех задач напрашивается решение в виде установки в систему буферной емкости, которая служила бы резервуаром для теплоносителя и в которой его температура поддерживалась бы на заданном уровне. Именно такой буферной емкостью и является теплоаккумулятор. Для решения этих задач, теплоаккумулятор обычно включается «в разрыв» системы с образованием котлового и отопительного контуров. Условная схема включения теплоакумулятора в систему отопления изображена ниже на рисунке.

Рис. Принципиальная схема включения буферной емкости (теплоакумулятора)

С различными способами включения буферной емкости в систему отопления можно ознакомиться в статье «Схемы подключения теплоаккумулятора».

В настоящее время тепловые аккумуляторы чаще всего используются в системых отопления с твердотопливными котлами. В этих системах использование теплоаккумулятора позволяет реже загружать топливо, обеспечить комфортное обеспечение теплом независимо от колебаний температуры теплоносителя на выходе из котла. Часто буферные емкости устанавливаются с электрокотлами для экономии средств за счет пониженного ночного тарифа и в комбинированных системах с одновременным использованием твердотопливных и электрических котлов. Теплоаккумулятор (ТА) бывает полезным в системах и с газовыми котлами, особенно, когда минимальная тепловая мощность котла превышает тепловую нагрузку объекта. За счет более продолжительных периодов «загрузки» ТА (нагрева теплоносителя) удаётся избежать «тактования» котла.

Кроме использования в качестве буферной емкости, ТА выполняет функцию гидравлического разделителя. Особенно это свойство теплоаккумулятора востребовано в системах с генераторами тепла, работающих на различающихся видах энергии (в т.ч. альтернативной). Как правило, эти источники тепла работают на специальных теплоносителях, которые не допускают смешения с другими типами, требуют уникального температурного и гидравлического режима, часто несовместимого с режимами контура отопления (радиаторного, теплого пола). Так, например, диапазон температур теплового насоса составляет обычно

5°C, а в контуре распределения тепла диапазон температур может быть значительно больше (10-20°С). Для разделения контуров, теплоаккумулятор может быть оборудован дополнительными встроенными теплообменниками.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

• по отапливаемой площади;
• по мощности котла;
• по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того. В противном случае — по верхней

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть. За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру

Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м²  / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров.  Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

• Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
• Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.

• Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.

• Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

https://youtube.com/watch?v=sso9cNuvveQ

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Движение теплоносителя от источника тепла к радиаторам происходит за счёт естественной или принудительной циркуляции воды в системе отопления. При использовании теплового накопителя, максимального эффекта достигают с помощью двух циркуляционных насосов. Один монтируют перед котлом, а другой – после накопительного бака, перед сантехническими приборами разбора тепла. Использование естественных циркуляционных потоков потребует большой точности монтажа труб по расчётным уклонам и должны иметь расчётные сечения магистралей «подачи» и «обратки».

При работе первого насоса, установленного перед котлом, теплоноситель направляют в магистраль «подачи», которая проходит в направлении накопительного бака и радиаторов. Включение второго насоса при соответствующем положении трёхходового крана – направит тепло к отопительным приборам, установленным в помещении.

Управление работой насосов и трёхходовых кранов может производиться вручную или посредством автоматики, на основании данных термодатчиков, которые будут давать команды, в зависимости от температуры теплоносителя. Датчики рекомендуют устанавливать на «обратке» котла, накопителя и магистрали отопления. Снижение температуры малых контуров или всей системы даёт команду на открытие соответствующего вентиля, а по мере повышения градусов – закрывает краны.

При ручном управлении, трубопроводы оборудуют термометрами для контроля температур «подачи» и «обратки». Принцип работы насосов сводится к тому, что при одновременном включении и перекрытии малых контуров с помощью кранов, теплоноситель последует прямо к приборам отопления. Этот режим уместен при остывании помещения и розжиге твердотопливного котла. По мере прогрева помещения и теплоносителя в системе, второй насос будет отключаться, а нагретая вода будет поступать в тепловой аккумулятор.

Работа первого насоса и малого контура котла позволит источнику тепла сначала нагреться самому, а после этого направлять теплоноситель в магистраль. Ручное управление направлениями потоков нагретой воды производят только после изучения принципа работы накопительного бака с твердотопливным агрегатом.

При выполнении монтажных работ по обвязке котла и теплового аккумулятора необходимо установить группу безопасности и расширительный бак в местах, определённых требованиями к отопительным системам.

Подключение профессиональные рекомендации

Чтобы правильно и максимально эффективно реализовать систему частного отопления на основе любого твердотопливного котла, можно подключать теплоаккумулятор несколькими методами. Они довольно распространены среди профессиональных мастеров, но этому можно обучиться и самостоятельно, так как в данных схемах нет ничего сложного и сверхъестественного.

Совет! Рассмотрите тот факт, что стоимость работ напрямую зависит от основного принципа построения системы постоянной циркуляции топлива в котле.

Схема подключения теплоаккумулятора

С подмешиванием жидкости

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу распространенного типа предельно понятна. Легко и доступно применяется в обвязках систем постоянного отопления, которые основываются на циркуляции простого гравитационного типа топлива в котле. В этой ситуации происходит такое:

• Во время нагревания установленного объема воды в самом теплообменнике устройства начинается ее циркуляция по всей системе установленного трубопровода, который проходит через клапан бойлера.
• Когда заданная пользователем температура достигается, встроенный клапан активно начинает работать и соответственно поддерживать установленный заранее показатель, понемногу подмешивая только холодную воду из самого бойлера.
• В этот момент в бак наливается горячая вода из установленного агрегата – так происходит зарядка теплоаккумулятора.
• За все время, которое может быть определено только баком бойлера, топливо полностью выгорает.
• Начинает обратный процесс, который состоит в подаче воды на небольшие радиаторы. Стабильность температуры сохраняется все время.
• Когда непосредственный источник нужного тепла не может поддержать стабильный нагрев воды в емкости теплоаккумулятора, установленный клапан оперативно и надежно перекрывается, а система моментально приобретает свое исходное состояние.

Если электропитание отсутствует или же циркулярный насос отказывает, бойлер сразу переходит в специальный буферный режим, который дает возможность всей системе работать только на обратном клапане.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Набранная вода, которая нагрелась до этого момента в самом котле, далее активно поступает в установленный бак. Затем она направляется к нескольким радиаторам отопления. За счет этого непрерывного процесса обеспечивается плавное нагревание воды и аккуратное падение высоких температур.

Совет! Чтобы функционирование схемы отопления было на высоте, теплоаккумулятор надо монтировать достаточно высоко, чтобы не было контакта с радиаторами отопления.

С гидрораспределением

Система такого типа продается практически для каждой модели котла. За счет них можно предусмотреть беспрерывную и стабильную подачу электроэнергии. Чтобы вся обдуманная система работала правильно и налажено, стоит правильно и четко предусмотреть источник стабильного и полноценного питания.

Возможно реализовать такой принцип: установленный бойлер послужит лишь специальной емкостью, которая по максимуму стабилизирует температуру достаточно большого и необходимого для комфорта в помещении объема воды. В этом есть смысл в том случае, когда надо сразу давать питание на несколько контуров частного отопления.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу такого типа также нашла широкое применение у современных пользователей и застройщиков.

Какую именно схему подключения теплоаккумулятора выбрать зависит исключительно от индивидуальных потребностей владельца дома и проживающих там. Тут надо взвесить все преимущества и недостатки, а также учесть множество факторов, которые могут значительно повлиять на окончательный выбор.

Достаточно многое зависит от площади, которая будет отапливаться с помощью твердотопливного котла; используемых элементов и агрегатов всей установки; рассчитанного количества контуров, которые будут сделаны в обвязке; наличия продуманной системы горячего стабильного водоснабжения всего помещения.

Правильно организовать схему подключения является непростой задачей, которая требует к себе повышенной концентрации и правильного подхода. Если нет уверенности в своих знаниях, лучше доверить процесс опытным и квалифицированным специалистам.

Изготовление бака-теплоаккумулятора своими руками

Теплоаккумулятор по форме представляет собой обычный бак, сделать его самостоятельно несложно. Сначала нужно определиться с объемом аккумулятора. Его емкости должно хватить на непрерывную работу системы отопления дома между двумя загрузками топлива – в случае твердотопливного котла либо на работу котла только в ночное время суток – в случае электрокотла.

На практике установлено, что для достаточного обогрева 100 м 2 помещений необходим теплоаккумулятор емкостью не менее 1,4 м 3. Величина эта рекомендуемая, окончательный объем бака подбирается для каждого случая отдельно.

Выбор конструкции

Тепловые аккумуляторы бывают двух видов:

• С теплообменником – внутри бака размещается теплообменник в виде спирали из нержавеющей (или медной) трубки, которая подключена напрямую к котлу, в результате чего теплоноситель котла перемещается по отдельному контуру и за счет этого нагревается вода;
• Без теплообменника – теплоноситель в котле и системе отопления один и тот же.

Бак с теплообменником используется, когда к тепловому аккумулятору подключается более одного источника тепловой энергии, например, кроме котла подключен еще солнечный коллектор или тепловой насос либо давление в контуре котла недопустимо для системы отопления и т.д.

Совет! Если в системе отопления только один котел, теплоаккумулятор своими руками проще сделать без теплообменника.

Изготовление бака

Под теплоаккумулятор подойдет любой бак соответствующего объема. Он может быть круглым или прямоугольным, изготовленным из стали или пластика. Но в случае бака из пластика, следует убедиться, что материал способен выдержать высокие температуры теплоносителя, которые могут доходить до 90 °C.

Если подходящей емкости нет, ее можно изготовить своими руками. Для этого понадобятся:

• Стальной лист, толщиной не менее 2 мм;
• Трубы, фланцы или сгоны (если трубопроводы соединяются на резьбе).

Бак своими руками проще сделать прямоугольной формы. Зная объем аккумулятора, габаритные размеры металлоконструкции можно подогнать под условия помещения, где будет производиться установка.

Процесс изготовления теплоаккумулятора своими руками производится в следующей последовательности:

1. 1 Разметка и резка в размер стального листа;
2. 2 Сварка металлоконструкции бака;
3. 3 Разметка и приваривание отводов и фланцев (сгонов);
4. 4 Зачистка сварочных швов;
5. 5 Проверка на герметичность, нужно заполнить бак водой и внимательно осмотреть сварочные швы на отсутствие утечек.

При изготовлении теплоаккумулятора своими руками обязательно нужно предусмотреть ремонтный люк, позволяющий очищать внутреннюю поверхность емкости от отложений и накипи, а также дренажный слив.

Далее нужно сделать теплоизоляцию металлоконструкции бака со всех сторон. В качестве теплоизоляции можно использовать:

• Пенопласт;
• Минеральную вату;
• Любой другой подходящий теплоизолятор.

Важно! Чем лучше будет теплоизолирован самодельный бак, тем дольше он будет способен удерживать в себе тепловую энергию. На тепловом аккумуляторе обязательно должен быть предусмотрен предохранительный клапан

Кроме того, аккумулятор рекомендуется оснастить термометром и запорной арматурой на каждом из отводов, в результате чего облегчается его обслуживание

На тепловом аккумуляторе обязательно должен быть предусмотрен предохранительный клапан. Кроме того, аккумулятор рекомендуется оснастить термометром и запорной арматурой на каждом из отводов, в результате чего облегчается его обслуживание.

Теплоаккумулятор устанавливается в непосредственной близости от котла, чтобы избежать лишних потерь тепла. Установку производить на ровную бетонную поверхность. Доступ к ремонтному люку не должен быть загроможден.

После монтажа теплоаккумулятора подключают его отводы к контуру котла и контуру системы отопления. Аккумулятор, сделанный своими руками, готов к работе.

Схема обвязки ТТ котла с естественной циркуляцией

Перебои с электричеством в нашей стране нередки, причем обычно они случаются в самую плохую погоду. Поэтому во многих селах и деревнях предпочитают делать системы отопления с естественной циркуляцией — гравитационные. Они работают независимо от наличия электроэнергии, так что дом без тепла не останется.

Подключение котла на твердом топливе в гравитационную систему отопления

Приведенная на схеме обвязка твердотопливного котла для гравитационной системы — самый простой из возможных вариантов. В системе обязательно наличие расширительного бака. Он необходим для компенсации теплового расширения: во время нагрева объем теплоносителя увеличивается, и он вытесняется в расширительный бак. В системах с естественной циркуляцией расширительный бак ставят открытого типа. Это обычная емкость, в которой находится некоторое количество теплоносителя (около половины объема или меньше). Чтобы теплоноситель меньше испарялся, на бак ставят крышку. А чтобы одновременно еще и отводить воздух из системы, поднимают его в самую высокую точку системы.

Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией

В системах этого типа теплоноситель движется благодаря уклону труб. Для обеспечения циркуляции котел должен находиться в самой нижней точке, все отопительные приборы — выше него. Кроме этого, приходится использовать трубы большого сечения — чтобы снизить сопротивление при движении теплоносителя.

От котла труба поднимается вверх, затем, постепенно понижаясь, труба подачи обходит все отопительные приборы. Обратка подключается с обратным уклоном — к котлу. Работает схема так: нагретый теплоноситель за счет высокой температуры поднимается вверх по вертикальной трубе, с небольшим уклоном идет подача (немного выше уровня радиаторов). Эта часть называется разгонная петля. Далее по наклонной трубе подачи, за счет силы гравитации и набранной скорости, обходит все отопительные приборы.

Основной принцип работы естественной циркуляции — перепад высот и разница температур

Проходя по трубам и радиаторам теплоноситель остывает. Остывший теплоноситель имеет большую массу, чем горячий. Более холодный теплоноситель стремится вниз, создавая давление. За счет этого и происходит циркуляция — нагретый теплоноситель стремится вверх, холодный — вниз. Но система работает только при правильно подобранном диаметре труб и их уклоне.

Что еще необходимо

В приведенной выше схеме есть масса недостатков:

• Нет предохранительного клапана — это устройство ставят на выходе котла. С его помощью происходит сброс лишнего теплоносителя при его закипании. Если этот клапан не установить, возможен разрыв труб, радиаторов, теплообменника, расширительного бака (если он закрытого типа).

• Нет воздухоотводчика. Если система открытого типа (расширительный бак в этом случае просто емкость с крышкой), воздух может выходить через расширительный бак. Но при разветвленной системе необходимы дополнительные устройства для отведения воздуха на радиаторах.

Указанные два устройства обязательны, но еще желателен манометр и термометр. Они нужны для контроля за системой. Термометров желательно иметь два — на выходе и на входе котла. Чтобы можно было оценить эффективность работы системы, подстроить и отрегулировать теплоотдачу радиаторов.

Недостатки

Основное достоинство гравитационной схемы обвязки твердотопливного котла — независимость от наличия электроэнергии. Недостатков намного больше:

• Невысокая эффективность и невозможность регулировки. Скорость движения теплоносителя в таких системах невысокая. Поэтому добиться высокой эффективности не получается. Регулировать ее тоже нет возможности. Так что подстроиться под погодные условия невозможно.

• Каждый раз когда система разогревается ( утром, например), температура теплоносителя в обратке очень низкая. Из-за этого образуется конденсат, разъедающий теплообменник. И бороться с этим нет возможности.
• Неэстетичность исполнения. Для обеспечения циркуляции трубы подачи должны располагаться выше радиаторов. Обвязка твердотопливного котла в гравитационной системе делается трубой 32 мм или более. Иногда подачу тянут над ними — на уровне метра (или чуть выше) от пола, иногда — пускают под потолком. А трубы имеют немалый диаметр, так что вид тот еще.

Все эти недостатки приводят к тому, что системы отопления с естественной циркуляцией делают все реже. Люди предпочитают сделать резервированное электропитание (поставить аккумуляторные батареи или/и генератор) и иметь более удобную и регулируемую систему отопления.