Теплоаккумулятор для системы отопления — устройство и принцип работы

Внутреннее устройство и принцип работы теплоаккумулятора для котлов отопления спроектировано так, чтобы обеспечить поддержание необходимой температуры теплоносителя в течение 5-10 часов после отключения основного источника энергии. Накопительный бак ставится в обвязке с твердотопливными и электрическими котлами. Возможно подключение к тепловому насосу и солнечным коллекторам.

Что такое буферная емкость

Фактически, это бак с встроенным змеевиком ГВС и теплоизоляционным кожухом. Предназначение емкости аккумулировать излишки тепловой энергии. После отключения основного источника нагрева теплоносителя, бак на определенное время заменяет его.

Правильно используемый принцип работы буферного накопителя в системе отопления сокращает расходы на отопление и делает обогрев здания более комфортным. Чтобы убедиться в целесообразности подключения бака, необходимо рассмотреть его устройство и принцип работы, а также учесть существующие преимущества и недостатки.

Устройство и принцип работы

Теплоаккумулирующая ёмкость представляет собой обычную металлическую бочку, с наружной теплоизоляцией. Простое устройство теплоаккумулятора тем не менее отличается высокой эффективностью и незаменимо для систем отопления. Буферная емкость в разрезе состоит из нескольких узлов:

• Бак — изготовлен из листового металла (с эмалированным покрытием), нержавеющей стали. От ёмкости отходят патрубки для подключения к системе отопления и теплогенератору. Материал бака во многом определяет продолжительность службы теплоаккумулятора.
• Спиральный теплообменник — устанавливается в моделях, подключаемых к системам отопления с несколькими типами теплоносителей (тепловой насос, солнечные коллекторы). Изготавливается из нержавеющей стали.
• Встроенный змеевик для ГВС — некоторые буферные емкости, кроме поддержания температуры нагрева теплоносителя в системе отопления, подогревают воду для горячего водоснабжения.

В корпусе присутствует ревизионное окно для обслуживания бака, устранения накипи и мусора, проведения ремонтных работ в случае необходимости.

Назначение теплоаккумуляторов

Основа работы буферной емкости связана с тем, что излишек тепловой энергии накапливается, после чего используется для обогрева здания и ГВС. Теплоаккумулятор в системе отопления нужен для поддержания комфортной температуры в жилом здании, после отключения основного источника тепловой энергии.

Цели установки накопителя разнятся в зависимости от типа теплогенератора:

• Электрические котлы — подключение целесообразно при установке двух тарифного счетчика. В ночное время суток здание будет отапливаться при помощи электрокотла по льготным расценкам. Днем, когда начнется более дорогой тариф, будет задействован накопитель. Электроотопление с аккумулирующим баком будет в 1,5-2 раза экономичнее.
• Твердотопливные котлы: пеллетные, дровяные, на биомассе — при сжигании твёрдого топлива образуется излишек тепловой энергии. Недостаток всех ТТ котлов, зависимость работы от обслуживания потребителем (необходимость подкладывать новую порцию дров, регулировать интенсивность горения и т.д.).
  Буферный накопитель нужен к твердотопливному котлу чтобы решить описанные проблемы. Избыток тепла, получаемый при горении, аккумулируется в ёмкости. После прогорания топлива, нагретый теплоноситель из бака продолжает поступать в систему отопления.
  Если учесть, что накопитель на 2-3 м³ сможет без труда поддерживать комфортную температуру в доме в течение 10 часов, становится очевидной целесообразность применения теплоаккумулятора. Подобным образом могут работать печи и камины со встроенным водяным контуром.
  

• Тепловые насосы — непременное условие эксплуатации, включение в обвязку буферной емкости с объемом 25 л. на 1 кВт мощности. Цель использования несколько отличается от той, что преследуют при подключении бака к электрическим и ТТ котлам. Для нормальной работы теплового насоса должно быть достаточное количество тепла во время включения режима разморозки испарителя.
  

• Многовалентные системы отопления — бак применяется как гидравлический разделитель контуров систем обогрева, работающих от нескольких источников энергии: твердотопливных, газовых и электрических котлов, тепловых насосов подключенных друг к другу.
  

Задачи и цели использования теплоаккумуляторов разные. В некоторых случаях, монтаж бака непременное условие эксплуатации, в других всего лишь желаемое требование, обеспечивающее комфортное и экономичное отопление здания.

Плюсы и минусы буферной ёмкости

Первый и очевидный недостаток: высокая стоимость бака. Качественная продукция, изготовленная в ЕС или в России, обойдется от 25000 до 300000 руб. Еще один минус: большие габариты изделия. Нередко приходится устанавливать баки на 1000 и более литров, занимающие много места.

Теперь о преимуществах подключения. Их несколько:

• Возможность бесперебойной работы твердотопливных котлов — если в системе отопления не установлена буферная емкость, теплоноситель начинает охлаждаться сразу после прогорания дров. Падение температуры ощущается человеком приблизительно через 3 часа.
  При подключении теплоаккумулятора остывание произойдет медленнее. Вода в системе отопления останется горячей около 5-10 часов (зависит от объёма теплоаккумулятора).
• Экономичность — излишки тепловой энергии аккумулируются и используются при остывании теплоносителя, что существенно снижает затраты на топливо.
• Безопасность — облегчается эксплуатация котлов с чугунными теплообменниками. После бака вода в котел поступает теплой, что исключает повреждение сердцевины от быстрого охлаждения.
• Дополнительные функции — в устройстве некоторых баков присутствует змеевик ГВС. Происходит одновременное аккумулирование нагретого теплоносителя и нагрев горячей воды. Установкой можно удовлетворить потребности в ГВС жильцов дома, использующих одноконтурные твердотопливные или электрические котлы, не предназначенные для обеспечения горячего водоснабжения.

Установка буферной емкости требует первоначальных вложений, но позже окупается за счет снижения затрат на обогрев помещения и комфорта эксплуатации.

Какой теплоаккумулятор выбрать

Подбор накопительной емкости лучше доверить специалистам. Потребуется выбрать бак, оптимально подходящий для типа используемого отопительного оборудования. Подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла и теплового насоса может отличаться. Ведущие производители в инструкции по эксплуатации прямо указывают для какого типа отопительной системы предназначен тот или иной буферный бак.

При выборе обращают внимание на несколько технических характеристик:

• Материал накопительной емкости — бак из нержавейки стоит неоправданно дорого, особенно если учесть, что в аккумулятор поступает теплоноситель из системы отопления, менее агрессивный чем вода в ГВС. Эмалированное покрытие с использованием стеклополимеров, оптимальное решение.
• Дополнительные функции — возможен подбор бака для различных водопотребителей, соединения систем обогрева с использованием в качестве теплоносителя воды и специальных составов (тепловой насос, солнечные коллекторы). Отдельного упоминания заслуживают баки, способные одновременно с аккумуляцией тепловой энергии подогревать воду.

Выбор теплоаккумуляторов начинают с расчета объема бака и определения технических характеристик. После подбора по параметрам, выбор осуществляют в согласии с маркой понравившегося производителя.

Как рассчитать буферную емкость

Чтобы подобрать необходимый объем теплоаккумулятора можно пойти тремя путями решения. Первый связан с использованием специальных онлайн калькуляторов. Потребуется ввести следующие параметры:

• отапливаемую площадь;
• мощность котла;
• время автономного поддержания температуры в системе отопления, после выключения котла.

С помощью онлайн калькуляторов получится рассчитать приблизительный объем теплоаккумулятора для системы отопления. На выходе будет результат с погрешностью в 10-15%.

Чтобы получить точное значение используют второй метод, по формулам для расчета буферной емкости. Во время вычислений рассчитывают несколько значений:

• время накопления аккумулятора или нагрева воды до температуры 80-90°С;
• период автономной работы;
• мощность котла.

Методика расчёта буферной ёмкости включает применение нескольких формул:

• Q = m × cp ×(T2-T1) — согласно вычислениям, удастся рассчитать какое время потребуется для накопления достаточной тепловой энергии и узнать возможные потери. Значения:
  
  • m — расход теплоносителя;
  • ср — удельная теплоемкость;
  • Т2 и Т1 — начальная и конечная температура нагрева воды в баке.

  
  С помощью формулы выполняется расчет теплоаккумулятора для твердотопливного или электрического котла.

• Вычисления для солнечных коллекторов проводят несколько иначе. Используется формула Va=Sж × (Vн/Sн). Чтобы не вдаваться в технические подробности в расчетах можно использовать следующую таблицу:

  Объём бака (дм³)	350	500	800	1000	1500	2000	3000	3500
  Жила площадь (м²)	40-120	60-160	100-260	130-340	170-340	230-460	340-680	420-840
  Площадь солнечных коллекторов (м²) Инсоляция 5 кВт/м²	4-6	6-8	10-13	13-17	17	23	34	42

Существует третий способ вычислений, при котором расчет воды в баке аккумуляторе определяется в зависимости от объема воды в системе, точнее от скорости ее нагрева. Обычно потребитель знает сколько раз приходится топить котел дровами, чтобы поддерживать комфортную температуру. При расчетах объем теплоносителя умножается на предполагаемое время автономной работы между закладкой топлива.

И последнее, вместимость буферных емкостей выбирается так, чтобы на 1 кВт энергии котла приходилось 30-50 л теплоносителя.

Для удобства при расчетах можно воспользоваться следующей таблицей:

Определение минимального количества продуцируемого тепла в кВт выполняется с помощью таблиц, приложенных ниже.

Расчеты для электрокотлов, при условии использования ночного тарифа:

Минимально необходимая мощность для поддержания в работоспособном состоянии буферной емкости, подключенной к твердотопливному котлу:

Какой фирмы купить буферный накопитель

После выполнения расчетов и определения желаемых технических характеристик, можно переходить к выбору теплоаккумуляторов по производителю. На рынке представлена не только европейская продукция. Присутствуют теплоаккумуляторы для котлов отопления российского производства, по качеству не уступающие именитому зарубежному оборудованию.

Чтобы облегчить выбор буферной емкости, ниже приводится описание наиболее популярных у отечественного потребителя моделей:

• S-Tank (С-Танк) — выпускается совместным предприятием на заводских мощностях, расположенных в РФ. Преимущества баков:
  
  1. наличие огнестойкой изоляции в базовой комплектации;
  2. все сварочные работы осуществляются при помощи роботизированной установки;
  3. используются змеевики из нержавеющей стали;
  4. бак с эмалевым покрытием;
  5. оборудование проходит обязательное тестирование.

  
  На все баки S-Tank распространяется гарантия, длящаяся от 3-5 лет.

• Hajdu — венгерская компания, специализирующая на выпуске бойлеров и накопительных емкостей. Популярностью пользуются следующие модели теплоаккумуляторов:
  
  1. РТ — без теплообменника;
  2. РТ С — с одним, РТ С2 с двумя теплообменниками;
  3. РТ CF — с теплообменником и контуром ГВС.

  
  В линейке Hajdu представлены баки с вместительностью от 500 до 1000 л.

• Nibe (Нибе) — компания считается всемирным лидером в производстве энергосберегающей продукции. В линейке представлены буферные емкости с тщательно продуманной конструкцией, серии BU и BUZ.
  В зависимости от выбранной модификации, потребителю предлагаются теплоаккумулирующие ёмкости с наличием основного и дополнительного теплообменника, объемом от 100 до 1000 л, выходными патрубками для подключения к одному или нескольким потребителям. Все баки Nibe имеют возможность доукомплектовываться электрическими ТЭНами.
• Drazice (Дражице) — чешская компания выпускает накопители, предназначенные для подключения к солнечным коллекторам, твердотопливным, электрическим котлам и тепловым насосам. По желанию можно выбрать буферную емкость с 1 или 2 теплообменниками, либо вообще без змеевика. Некоторые теплоаккумуляторы Drazice выпускаются в комплекте с электроТЭНом, выступающим в роли дополнительного источника тепла.
• TML — итальянская компания, специализирующаяся на изготовлении сантехнического и отопительного оборудования. Накопительные емкости представлены в разных типоразмерах, от 200 до 3000 л.
  Главное достоинство теплоаккумуляторов TML, возможность одновременного подключения к бакам многовалентных систем отопления. На российском рынке продукция представлена с 2001 г.
• Austria Email — буферные баки австрийского производителя для аккумуляции избыточного тепла в системе отопления. Отличие продукции: улучшенная изоляция накопительной емкости, изготавливаемая из полистирола или полиэстера, с толщиной 10 см. Результат изменений внутреннего устройства в Austria Email: рекордно уменьшились теплопотери и затраты на нагрев теплоносителя в баке.
• Buderus (Будерус) — буферные емкости от германского лидера в производстве отопительного и сопутствующего оборудования. Продукция представлена в серии Logalux P, PR, PNR. Главный отличительный признак теплоаккумулирующих баков, окрас корпуса в современный синий цвет.
  При доукомплектации возможна установка электроТЭНа. Buderus PNR предназначен для одновременного подключения к солнечным коллекторам и твердотопливному или электрическому котлу.
• Tesy — болгарская компания, выпускающая накопительные баки в бюджетной версии. При относительной дешевизне продукции теплоаккумуляторы отличаются высоким качеством сборки. Буферные емкости Tesy выпускаются с объемом от 200 до 2000 л.

Из представленного списка теплоаккумуляторов можно подобрать оборудование, подходящее для жилья любой площади, отапливаемого электрическим или твердотопливным котлом, тепловым насосом, с возможностью подогрева ГВС и без него.

Сразу после подключения буферной емкости затраты на топливо уменьшатся на 15-30%. Что более важно, котел перестанет подвергаться гидравлическим ударам, а нагрев теплоносителя в системе отопления станет более равномерным. Аккумуляторный бак занимает неотъемлемое место в современных системах отопления.