Монтаж аккумулирующей емкости в отопительную систему частного дома

Сейчас мы с вами разберемся как рассчитать буферную ёмкость для системы отопления дома, или другими словами — как сделать теплоаккумулятор для котла отопления своими руками и подключить его.

Принцип работы

Основным недостатком твердотопливных котлов, всегда являлась необходимость постоянного добавления топлива, в том числе и в ночное время. Установка теплоаккумулятора в корне решила эту проблему. Нагретый в котле теплоноситель, проходит через змеевики внутри аккумулирующего бака, тем самым подогревая массу воды, находящуюся в нем.

Если есть дополнительная емкость для ГВС, то находящаяся в ней вода также подогревается.

Когда топливо в топке полностью сгорает и вода в системе охлаждается до определенной температуры, автоматически начинается подмешивание теплоносителя из аккумулятора.

Это позволяет поддерживать температуру в радиаторах отопления комфортной, до момента розжига котла. Сложные гидравлические системы с аккумулирующими баками, оснащены автоматикой различного типа действия, автоматически выполняющей переключение.

Нередко, можно встретить и использование самодельных устройств, где переключение осуществляется вручную.

Принцип работы таков, что циркулирующая в системе вода и подогреваемая ею в баке, не контактируют напрямую, до момента ввода аккумулятора в работу. Некоторые модели устройств оснащаются электрическим ТЭНом, что позволяет продлить работу отопительной системы при затушенном котле еще дольше.

Конструкция и принцип работы

Бак-аккумулятор – это цилиндрическая емкость из нержавеющей высокопрочной стали. На внутренней стороне бака есть защитный слой из бакелитового лака, который защищает резервуар от агрессивного воздействия кислот и солей, содержащихся в горячей воде. С внешней стороны бак имеет порошковую покраску.

Для изготовления внешней теплоизоляции используется вторично вспененный полиуретан. Толщина этого слоя составляет 100 мм. Благодаря особому плетению между волокнами теплоизолятора не накапливается грязь, повышается его износостойкость. Сверху находится защитное поливинилхлоридное покрытие, которое закрывается чехлом из высококачественного кожзама.

Благодаря простому устройству теплоаккумулятора для системы отопления разобраться с принципом его работы не составит труда:

  1. Сверху к резервуару подключается труба, идущая от электрического, твердотопливного или газового котла. По этой трубе в бак поступает горячий теплоноситель.
  2. После остывания жидкость опускается к месту, где установлен циркуляционный насос, подается в магистральный трубопровод для возвращения в котел с целью дальнейшего подогрева.
  3. После прекращения работы нагревательного оборудования нагретая вода попадает в теплоаккумулятор. Причем в сети ее объем замещается не успевшей остыть жидкостью из аккумулирующей емкости.
Читайте также:  Водяной теплый пол, устройство и технология монтажа

В итоге даже при переходе нагревательного оборудования в пассивный режим в батареях продолжает циркулировать нагретый теплоноситель из резервного бака.

Схема буферной емкости-аккумулятора тепла системы отопления, из нескольких баков

Некоторые умельцы делают сами или заказывают на стороне изготовление буферных баков из отрезков стальных труб большого диаметра — 300-800 мм. После установки на место баки утепляют.

Такие баки часто обходятся значительно дешевле, чем готовые буферные емкости, которые продаются на строительном рынке. Отсутствие защиты от коррозии в таких самодельных баках частично компенсируется увеличенной толщиной металла стенки.

Для защиты от электрохимической коррозии бак рекомендуется заземлить, а внутри бака разместить магниевый анод от промышленного водонагревателя. 

Буферную емкость необходимого объема можно получить, соединив трубами два и более баков меньшего размера.

Верхнюю и нижнюю части баков соединяют между собой трубами диаметром не менее чем  полтора дюйма.

Получается батарея баков, соединенных между собой подобно секциям батареи отопления.

К котловому и отопительному контурам батарея из баков подключается по диагональной схеме. Такое соединение обеспечивает одинаковое распределение температуры воды во всех баках буферной емкости.

Последний бак в батарее (бак № 2 на схеме) может выполнять функции гидравлического разделителя между радиаторной системой отопления и теплыми полами.

Устройство

Котлы отопления: особенности выбора

Главной деталью аккумулятора тепла является нержавеющий бак цилиндрической формы, наполненный жидкостью с высоким коэффициентом теплоотдачи.

Устройство теплоаккумулятора в разрезе

Обвязка бака теплоизолирующим материалом и установка верхней рубашки позволяет увеличить время остывания теплового аккумулятора. Больше всего резервуар для сохранения тепла напоминает термос. Внутри цилиндрической емкости располагают от одного до трех теплообменников. Количество змеевиков зависит от потребностей и возможностей потребителя. Мастеровитые домовладельцы, не боящиеся сложностей, могут своими руками смонтировать необходимое количество теплообменников.

Разогретая вода от газовых или твердотопливных котлов поступает в полость аккумулирующего бака сверху, остывшая жидкость оседает вниз и вновь перекачивается в котел для разогрева.

Рациональное расположение змеевиков в ТА:

  • верхняя часть бака подключается к горячему водоснабжению, температура которого может достигать 80-85°C;
  • к средней части (60-65°C) подсоединяют отопительные приборы;
  • нижний отсек, имеющий температуру около 35-40°C, присоединяют к теплым полам.
Читайте также:  Газовые колонки для квартиры и дома: рейтинг надежности и качества

В системах с высокой коррозионной активностью во внутреннюю полость дополнительно монтируется магниевый анод. Для твердотопливных котлов, связанных водяным контуром с теплоаккумулятором, внутри бойлера устанавливают ТЭН, он позволяет поддерживать тепло, при остановке источника более чем на 10-12 часов.

Расчет буферной емкости

Главным критерием, которым необходимо руководствоваться при теплового аккумулятора для твердотопливного котла, выступает его емкость или объем. Чтобы сделать расчет буферной емкости, необходимо знать следующие факторы:

  • мощность котла отопления;
  • предполагаемая длительность отопления без источника тепла;
  • тепловая нагрузка на отопительную систему.

Пример расчёта

Исходные данные:

  • дом, площадь которого 200 м²;
  • длительность простоя котла 8 часов;
  • предположительно вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С.

Для того, чтобы обогреть дом такой площади в зимнее время 20 кВт теплоты, в среднем ее потребление составит около 10 кВт/ч. Таким образом, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии.

Далее расчет объема теплоаккумулятора производится через формулу теплоемкости воды.

m = Q / х Δt, где:

  • Q – расчетное количество тепловой энергии, необходимое для накопления, Вт;
  • Δt – разница между температурой теплоносителя в баке, которая была в начале и той, что получилась в конечном результате, равна 90 – 40 = 50 °С;
  • 163 Вт/кг °С или кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Формула теплоёмкости воды

Утепление арматуры

Рассмотрим вопрос необходимости утепления арматуры. Большая протяженность труб, много фитингов и высокие рабочие температуры в системе приводят к потерям тепла. На готовых объектах не утепленное должным образом отопительное оборудование перегревает окружающее пространство. В помещении, где установлен котел и теплоаккумулятор, температура может достигать плюс 27 градусов в сильный мороз. Топливо расходуется нерационально, а эффективность системы снижается. После утепления труб удается отвоевать несколько градусов и снизить расход топлива.

Утепляя арматуру надо помнить о том, что при работе со стороны котлов трубы сильно нагреваются, так как могут транспортировать воду горячее 100 градусов. Пенополиэтиленовая изоляция в этом случае не подходит. Ее можно ставить только в другой части контура со стороны радиаторов системы отопления. В котельной на горячие трубы лучше надеть более устойчивую к нагреву каучуковую изоляцию. Стоит дополнительно изолировать также фитинги и другую арматуру.

По технике безопасности не рекомендуется изолировать насосы. Это оборудование имеет ограничение, не допускающее превышения норматива по температуре окружающей среды. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо.

Экономические характеристики солнечных коллекторов

Основная проблема широкого использования солнечных установок связана с их недостаточной экономической эффективностью по сравнению с традиционными системами теплоснабжения. Стоимость тепловой энергии в установках с солнечными коллекторами выше, чем в установках с традиционными топливами. Срок окупаемости солнечной тепловой установки Tок можно определить по формуле:

Экономический эффект установки солнечных коллекторов в зонах централизованного энергоснабжения Э может быть определен как доход от продажи энергии в период всего срока службы установки за вычетом издержек эксплуатации:

В таблице 2 представлена стоимость систем солнечного теплоснабжения (в ценах 1995 г.). Данные показывают, что отечественные разработки в 2,5–3 раза дешевле зарубежных.

Низкая цена отечественных систем объясняется тем, что они выполнены из дешевых материалов, просты по конструкции и ориентированы на внутренний рынок.

Таблица 2. – Стоимость систем солнечного теплоснабжения

Удельный экономический эффект (Э/S) в зоне централизованного теплоснабжения, в зависимости от срока службы коллекторов, составляет от 200 до 800 руб/м2.

Гораздо больший экономический эффект имеют установки теплоснабжения с солнечными коллекторами в регионах, удаленных от централизованных энергосетей, которые в России составляют свыше 70% ее территории с населением около 22 млн человек. Эти установки предназначены для работы в автономном режиме на индивидуальных потребителей, где потребности в тепловой энергии весьма значительны. В то же время стоимость традиционных топлив намного выше их стоимости в зонах централизованного теплоснабжения из-за транспортных расходов и потерь топлива при транспортировке, т. е. в стоимость топлива в регионе Цтр включается региональный фактор rр:

где rр > 1 и для различных регионов может изменять свою величину. В то же время удельная стоимость установки C почти не изменяется в сравнении с Цтр. Поэтому при замене Цт на Цтр в формулах

рассчитываемый срок окупаемости автономных установок в зонах, удаленных от централизованных сетей, уменьшается в rр раз, а экономический эффект возрастает пропорционально rр.

В сегодняшних условиях России, когда цены на энергоносители постоянно растут и имеют неравномерность по регионам из-за условий транспортировки, решение вопроса об экономической целесообразности использования солнечных коллекторов сильно зависит от местных социально-экономических, географических и климатических условий.