Теплоаккумулятор для котлов отопления: устройство, виды, принципы подключения

Конструктивные особенности теплонакопителя

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 , 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).

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.

Место теплоаккумулятора в системе отопления

Отопительная техника на твердом топливе удобна, практична и эффективна. Особенно возможности современных твердотопливных котлов оценили по достоинству жители загородных домов и коттеджей. Монтаж автономной системы отопления с использованием нагревательных приборов на угле или на дровах вполне осуществить своими силами. Тем более что на установку твердотопливных агрегатов не требуется разрешения. Все основные элементы отопительного комплекса, кроме самого нагревательного агрегата и ряда контролирующих механизмов, можно собрать и сделать самостоятельно. Главное знать, что и для чего монтируется, с какой целью!

К тому же возможность сделать некоторые приспособления и механизмы собственноручно, позволит вам сэкономить значительные средства. Теплоаккумулятор является как раз тем устройством, которое можно соорудить самостоятельно, учитывая тот факт, что заводские изделия достаточно дорогие.

Грамотные рекомендации специалистов, дополнительные источники технической информации подскажут вам, как изготовить теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками. Соблюдение определенных требований и условий при изготовлении обеспечит вам необходимую надежность и работоспособность механизмов. Перед тем как приступить к рабочему процессу, следует ознакомиться с устройством накопителя тепла.

Значение устройства

Понять конструкцию теплового накопителя можно только после того, как определимся со значением и местом этого агрегата в системе отопления. По своей конструкции теплоаккумулятор является термосом, т.е. специальной емкостью, куда поступает нагретый теплоноситель. В течение определенного времени котловая вода, накопленная в емкости, сохраняет заданные температурные параметры. При уменьшении интенсивности горения в котле, или в случае его остановки, теплоноситель из бака будет поступать в систему отопления, продолжая поддерживать температуру в радиаторах на определенном уровне.

За счет присутствия в системе теплового накопителя стало возможным не только добиться сбалансированного теплоснабжения отопительного контура, но и обеспечить существенную экономию топлива. Теплоаккумулятор, включающийся в работу при снижении мощности котла, увеличит промежуток времени между загрузками топлива. К тому же такой принцип работы предоставит вам больше свободы, освободив от необходимости частого подкидывания топлива в котел.

Анализ конструкции теплового аккумулятора

Принцип работы устройства определяет и саму конструкцию. Обычно заводские приборы представляют собой цельную просторную металлическую емкость, внутри которой расположены дополнительные теплообменники. Как правило, такие изделия имеют спиральную, змеевидную форму, повторяя цилиндрическую конфигурацию основного устройства.

В каждом отдельном случае, в зависимости от мощности отопительного агрегата и от требований к системе отопления, количество дополнительных теплообменных контуров может быть разным. Нужный объем теплоаккумулятора определяется путем несложных расчетов, о которых поговорим позже.

Такое количество теплообменников объясняется не только одним желанием снять как можно больше тепла в момент пиковой нагрузке твердотопливного котла, но и технической целесообразностью. Один змеевик может использоваться для снятия избыточной тепловой энергии с котла, другой теплообменник используется для сохранения теплоносителя нужной температуры, идущего в отопительный контур. Третий змеевик, если таковой есть, предусмотрен для обеспечения жителей дома горячим водоснабжением.

Глядя на конструкцию агрегата, можно подытожить преимущества установки подобного приспособления. А они следующие:

• накопление тепловой энергии, расходуемой при сжигании топлива на другие цели и нужды;
• экономия топлива;
• экономия личного времени обитателей дома, расходуемого на обслуживание котельного оборудования;
• техническая возможность объединить в одну систему разные источники тепла;
• увеличение КПД твердотопливного агрегата до высоких значений;
• предохранительная функция, защита оборудования от перегрева;
• возможность регулировать температуру нагрева теплоносителя в отопительном контуре.

Когда необходим теплоаккумулятор для отопления

В каких случаях выгодна установка теплоаккумулятора? Несмотря на заверения продавцов, что такое устройство поможет сэкономить до 30% энергии топлива, с установкой его спешить не стоит.

Объясняется все просто. При использовании схемы, в которой осуществляется постоянная работа нагревателя, например, если применяется газовый котел, установка устройства будет наоборот, увеличивать расход энергоносителей. Дело в том, что идеально утеплить аккумулятор невозможно. А даже малейшие теплопотери будут просто бессмысленно нагревать воздух в котельной. На это и будет затрачиваться часть энергии, хоть и небольшая.

Однако, в некоторых случаях установка этого прибора оправдана:

1. При использовании преобразователей солнечной энергии для нагревания теплоносителя, в светлое время суток теплоаккумулятор будет накапливать тепло, а потом отдавать его ночью.
2. Если для нагревания теплоносителя применяется электрический котел, можно нагревать теплоаккумулятор в ночное время, когда тариф на электроэнергию почти вдвое ниже дневного. Днем система отопления будет работать, по максимуму используя тепловую энергию, накопленную аккумулятором.
3. Оправдана установка устройства и в том случае, если по климатическим условиям отсутствует необходимость использования котла на полную мощность. Такое случается, когда большую часть холодного периода температура наружного воздуха выше пиковой. Использование котла не в соответствии с мощностью вызывает сужение дымоходов из-за наслоения сажи, а как следствие – снижение тяги. Теплоаккумулятор позволит осуществлять периодическую топку на полную мощность, а в остальное время использовать энергию аккумулятора.
4. При использовании твердотопливного котла с теплоаккумулятором, интервал между загрузками топлива может быть увеличен, что упрощает топку.

Назначение теплоаккумулятора

Установленный в системе отопления он в автоматическом режиме:

• накапливает излишнее тепло;
• отдает накопленное тепло теплоносителю в нужный момент;
• предотвращает закипание воды в котле при отсутствии электроэнергии;
• обеспечивает работу котла без вмешательства человека.

Буферная емкость предназначена для работы в автоматическом режиме

В теплоаккумуляторе накопителем излишков тепла является буферная емкость для воды. (На фото красная). Представляет собой ёмкость для воды со змеевиком, укрытую теплоизоляцией. Пока горят дрова, она накапливает избытки тепла. Как только котел перестает выдавать нужную температуру, излишнее тепло из этой емкости отдается в систему отопления. Вода в радиаторах не остывает. Система отопления в домах не устанавливается без электрических насосов, которые обеспечивают циркуляцию теплоносителя. Не трудно представить, что происходит в момент перебоев с электроэнергией. Дрова горят, тепло выделяется, а вода неподвижно стоит в трубах. Начинается ее закипание в котле.

Если этот момент упустить, то возможен взрыв со всеми вытекающими последствиями. Теплоаккумулятор для отопления препятствует этому. Пока горит топливо, его приходится периодически добавлять. Если не сделать это вовремя, котел потухнет. Чем это опасно в сильные морозы, знает каждый. Имея ТА процесс между закладками дров увеличивается в разы. При этом не создается опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Схема с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором

В этой схеме ТА является промежуточным звеном между котельным и отопительным контуром. Теплоноситель нагревается в твердотопливном котле, проходит группу безопасности, которая стоит сразу на подаче. Предусматривается защита от низкотемпературной коррозии: циркуляционный насос будет прокачивать теплоноситель по замкнутому контуру через байпас, пока его температура на подаче в котел не достигнет 65 °C.

Читать также: Котел для теплого водяного пола: какой выбрать и как подключить

Если температура воды на входе в котел будет ниже 65 °C, то на стенках труб, проходящих внутри котла, начнет выступать конденсат. Это приведет к усиленной коррозии, и устройство быстро выйдет из строя.

После этого клапан на байпасе перекрывается и теплоноситель начинает греть воду в накопительном баке. После выгорания топлива котельный контур перекрывается. Начинается забор теплоносителя в отопительный контур из верхней части бака. Его температура регулируется термостатическим трехходовым клапаном, который разбавляет горячую воду холодной из обратки. Пройдя все радиаторы отопления, вода возвращается в нижнюю часть теплоаккумулятора. Система является замкнутой, перемещение среды осуществляется с помощью циркуляционных насосов.

Читать также: Расчет, выбор и установка циркуляционного насоса для теплого пола

Читать также: Расширительный бачок для отопления открытого типа: расчет объема и установка

Критерии при подборе

Выбирают теплоаккумулятор, учитывая параметры системы отопления и вид теплоносителя

Подбирать тепловой аккумулятор необходимо в соответствии с точными расчетами, учитывающими параметры домашней системы отопления

Однако помимо расчетных значений принимают во внимание общие характеристики тепловых накопителей

• Давление в системе отопления. По этому параметру тепловой аккумулятор должен соответствовать системе отопления. Во всяком случае значение может быть выше, но не ниже. Какое давление сможет выдержать накопитель, зависит от толщины стенок, формы резервуара, материала изготовления. Теплоаккумуляторы для котлов, выдерживающие более 4 бар, имеют выпуклые нижнюю и верхнюю крышки.
• Объем буферной емкости. Этот параметр считают наиболее важным и стараются выбрать емкость такого объема, чтобы накопитель мог аккумулировать все лишнее тепло. Но в то же время и излишне объемный прибор не нужен.
• Наружные размеры и вес. Вопросы транспортировки и размещения оборудования решать придется, поэтому необходимо тщательно все рассчитать: пройдет ли бак в дверной проем, выдержат ли перекрытия при полностью заполненном водой резервуаре.
• Оснащение дополнительными теплообменниками. Они позволяют еще более оптимизировать функционирование системы. Модели подбирают в соответствии со сложностью всей системы.
• Возможность установки дополнительных устройств. Совместно с аккумуляторным буфером обмена устанавливают дополнительные ТЭНы, датчики и регуляторы температуры. Если все элементы системы подобраны грамотно, можно снизить расход топлива в два раза.

Изготовление

Итак, рассмотрим, как изготовить теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками. Проще всего изготовить ТА из готовой стальной бочки.

За неимением таковой емкость нужно будет сварить из стальных листов. Она должна выдерживать давление, на которое рассчитан теплообменник котла (обычно 3 атм).

Расположение штуцеров зависит от схемы подключения. Если ТА подключается в качестве гидравлического разделителя, то вверху и внизу в него нужно будет врезать по два штуцера, длина которых должна соответствовать толщине утеплителя.

Одна пара (верхний + нижний) врезается со стороны котла, другая – с противоположной (здесь будет подключаться отопительный контур). К нижним патрубкам нужно будет подсоединить тройники с термометрами.

Бочку оборачивают фольгой, а затем – утеплителем. В качестве последнего следует использовать материал, не выделяющий ядовитых испарений при контакте с горячими поверхностями.

Пенопласт этому условию не удовлетворяет – понадобится минеральная вата, причем такая, которая не содержит фенол-формальдегидных смол в качестве связующего. Такой утеплитель (базальтовая вата) выпускается для теплоизоляции дымоходов.

Остается обитую теплоизолятором емкость закрыть снаружи кожухом из жести или тонколистовой стали.

Теплоаккумулятор из бочки

Если ТА предполагается параллельно использовать для приготовления горячей воды, его нужно оборудовать змеевиком. Последний делается из медной трубы диаметром 20 мм.

В крышку емкости необходимо вмонтировать предохранительный клапан для сброса избыточного давления.

Чтобы гарантированно обезопасить СО от замерзания при долгом простое котла, установите в верхней части ТА электронагреватель (ТЭН) с термостатом, настроенным, к примеру, на температуру в 40 градусов.

Плюсы и минусы

Можно установить теплоаккумулятор, в котором имеются функции бойлера

Плюсы использования теплового аккумулятора:

• Сохраняет тепловую энергию в течение нескольких часов и дней.
• Исключается перегрев котла.
• Тепловая энергия не расходуется зря, а накапливается, чтобы быть использованной в дальнейшем, благодаря этому увеличивается КПД котла и отопительной системы в целом.
• Позволяет экономить финансовые средства.
• Температура воздуха в помещениях легко поддерживается на оптимальном уровне, резкие скачки температуры исключены.
• Нет необходимости в частых загрузках топлива.
• Дополнительно к твердотопливному котлу можно установить гелиосистему, являющуюся бесплатным источником тепловой энергии.
• Некоторые модели термоаккумуляторов для отопления могут совмещать функции бойлера.

• Долгий нагрев – оптимальна установка в домах, предназначенных для постоянного проживания. В дачных коттеджах, которые посещаются зимой в выходные, пользу такой прибор не принесет.
• Высокая стоимость – они стоят примерно столько же, сколько и котел, а иногда и дороже.
• Значительные габариты и вес – из-за этого возникают определенные сложности при транспортировке и монтаже. Кроме того, теплонакопитель, предназначенный для отопления, устанавливают в непосредственной близости к котлу, там же должно находиться дополнительное оборудование, поэтому нередко приходится выделять для установки приборов специальное помещение и подготавливать его специальным образом: обустраивать опорную площадку, способную выдержать вес накопителя. В заполненном состоянии резервуар может весить 3-4.
• Требуется котел высокой мощности – покупка накопителя оправдана, если мощность котла не используется в полной мере, имеется как минимум двойной запас мощности, в противном случае прибор будет бездействовать.

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками из нержавейки и медной трубы

При изготовлении теплоаккумулятора своими руками удастся сэкономить значительную сумму. Самая простая конструкция изготавливается из стальной нержавеющей бочки или даже листовой нержавейки толщиной не менее 3 мм. Также потребуется медная трубка диаметром 3 см и длиной 14 м. Ее сгибают в виде спирали и помещают внутрь бака. Снизу делают подводку холодной воды, сверху отвод для горячей, устанавливают на отводы запорные краны. Обязательно нужно утеплить теплоаккумулятор, сделанный своими руками для твердотопливного котла, иначе он будет неэффективен. Также необходимо установить датчики давления и температуры.

Как изготовить и подключить теплоаккумулятор своими руками

Решить вопрос, как изготовить теплоаккумулятор для отопления своими руками, не очень сложно, особенно если вы умеете пользоваться сварочным аппаратом. Простейший конденсатор тепла, в задачи которого входит увеличение КПД системы отопления, представляет собой обыкновенную, хорошо утепленную емкость, в которую врезаны патрубки для подключения трубопроводов и некоторого оборудования в виде датчиков температуры, давления и взрывного клапана. Изготовить такое устройство можно либо из трубы большого диаметра, либо из листового железа – из этих материалов собирается полностью герметичная емкость, в которую впоследствии врезается два патрубка для подключения подающих трубопроводов (их вваривают в самой верхней точке бака) и два патрубка для обратного трубопровода (ввариваются в самой нижней точке емкости). Каждая пара резьбовых патрубков устанавливается четко друг напротив друга. Теперь вверху бака дополнительно ввариваем полудюймовые муфты (минимум 2шт.) и в них устанавливаем термометр и взрывной клапан. Последний при обвязке лучше подключить к дренажному каналу стационарным трубопроводом.

Как сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками фото

Завершающим этапом изготовления теплоаккумулятора своими руками является его теплоизоляция – в заводских условиях для этого используется двухкомпонентный полиуретановый герметик (монтажная пена), но ничего страшного не произойдет, если утепление бака осуществить обычной монтажной пеной. Дело здесь только в стоимости утепления – лучше обзавестись пистолетом и производить утепление бака профессиональными баллонами монтажной пены. В принципе, бак готов к подключению и эксплуатации, но если вам не нравится его внешний вид, то можете поместить его в еще один корпус, самостоятельно изготовленный из тонколистовой стали.

В завершение темы несколько слов о рациональности использования теплового аккумулятора в системах отопления. Как и говорилось выше, его применяют в системах отопления с твердотопливными котлами или солнечными коллекторами. Но и в других ситуациях его применение будет полностью оправдано. Взять, к примеру, электрокотел и оплату за потребленную им энергию по двухтарифному счетчику – ночью энергия дешевле, и его можно включать на полную катушку. Днем же его функцию частично будет выполнять теплоаккумулятор. Экономия налицо. Точно так же обстоят дела и с газовым котельным оборудованием – здесь экономичная работа отопительной системы достигается за счет циклов поочередного использования теплоаккумулятора и самого котла. Кроме того, бак, установленный первым от котла, будет дольше поддерживать в нем высокую температуру и, как результат, перерывы между включением и выключением газовой горелки будут значительно больше. Автор статьи Александр Куликов

Подбор Теплоаккумулятора

Бак аккумулятор подбирают под ранее выбранный источник тепла и рассчитывают таким образом, чтобы он мог аккумулировать всё тепло выработанное этим источником, либо под потребителя которого следует обеспечить теплом, выработанным до времени теплопотребления источником малой мощности.

Приоритетом в подборе бака аккумулятора будет источник, если его мощность или время теплопоступлений лимитировано, например:

• в схеме с твердотопливным котлом для аккумулирования тепла разовой загрузки топлива и последующим разбором системой отопления в течении суток.
• солнечным коллектором определённой мощности со сбором тепла в светлое время суток и пиковым или равномерным на протяжении суток использованием в системе горячего водоснабжения.

Приоритетом в подборе теплоаккумулятора будет потребитель, если требуется покрыть заданную тепловую нагрузку за определённое время, например:

• в системах отопления источником тепла в которых является электрический котёл работающий только во время действия сниженного ночного тарифа;
• в системах горячего водоснабжения с заданным высоким пиковым потреблением горячей воды и нагревом этой воды источником малой мощности в течении суток.

Нюансы использования теплоаккумуляторов и советы по эксплуатации

• Если в планах надолго уехать из дома, то нужно выставить термостат трехходового клапана на минимальную температуру. При таком «экономном» режиме работы отопительный контур может работать несколько дней;
• Блок погодозависимой автоматики, встроенный в систему с ТА, будет регулировать температуру теплоносителя в радиаторах по мере изменения погодных условий;
• Если сделать в верхней части буферного бака релейный термостат с погружной гильзой и выставить на нем, например, температуру 35 °C, а на термостате клапана 60 °C, то когда термостат покажет 25 °C (60-35=25°С), насос циркуляции автоматически выключится;
• Если расчет показал большой объем ТА, который не вписывается в габариты помещения, то его можно заменить двумя емкостями поменьше, соединив их трубами в верхней и нижней части;
• Чтобы предотвратить электрохимическую коррозию ТА, нужно подключить к нему заземление;
• Если схема включает в себя электрический котел, то для нагревания водяного объема накопительной емкости лучше воспользоваться тарифом ночного времени, если такой предусмотрен в условиях обслуживания.

Читать также: Ингибитор коррозии для систем отопления: какой выбрать

Расчет объема емкости

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.

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.

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.

Чтобы обеспечить домашнюю котельную экологически чистым топливом, рекомендуем научиться изготавливать топливные брикеты своими руками.

Твердотопливные котлы сложнее перевести на автоматический режим работы. Такие «умные» электрические устройства, как GSM модуль, помогают сделать систему отопления более-менее саморегулируемой. Перейти к описанию.