Как подобрать теплоаккумулятор для котлов отопления – принцип работы, преимущества использования

Объем буферного бака аккумулятора

Давайте разберемся в том, какой объём теплоаккумулятора должен быть. Есть расхожие мнения, которые основываются на расчете исходя из:

• площади помещения;
• мощности котла.

Давайте разберемся с каждым из них. Если отталкиваться от площади помещения, то точных рекомендаций быть не может. Так как есть много факторов, влияющих на время автономной работы системы без котла, основной из которых – это теплопотери помещения. Чем лучше утеплен дом, тем дольше буферная емкость сможет обеспечивать жилье теплом.

Конечно, чем больше резервуар, тем лучше, но чтобы нагреть большее количество теплоносителя понадобиться больше мощности нагревателя. Расчет мощности котла делается исходя из отапливаемой площади. Один киловатт прогревает десять метров. Можно поставить и пятитонный резервуар, только если котел не потянет такие объёмы, смысла никакого в установке такого большого теплоаккумулятора не будет. Значит, нужно вносить коррективы в расчет мощности самого котла.

Получается, что, возможно, правильнее делать расчет исходя из мощности котла. Возьмём для примера все тот же дом 200 м кв. Приблизительный расчет объёма буферной емкости следующий – один киловатт энергии прогревает 25 литров теплоносителя. То есть если стоит нагреватель мощностью 20 Вт, то объём ТА должен быть около 500 литров, чего явно недостаточно для такого жилья.

По итогам расчетов можно сделать вывод, что если вы собрались ставить теплоаккумулятор, то нужно учитывать это при подборе мощности котла и брать не один, а два киловатта на десять метров отапливаемой площади. Только тогда система будет сбалансированная. Объём ТА также влияет и на расчет вместительности экспанзомата. Экспанзомат – это расширительный бак, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Чтобы посчитать его объём нужно взять общий объём теплоносителя в контуре, включая вместительность буферной емкости, и поделить на десять.

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

1. Снижение затрат на энергоносители.
2. Увеличение КПД отопительной системы.
3. Отсутствие перегрева.
4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей

Это может быть важно если они имеют различные химические составы

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС.

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

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.

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.

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.

Как сделать своими руками

Самый простой способ изготовления теплового аккумулятора для отопления своими руками подразумевает наличие готовой стальной бочки.

Бочка для теплоаккумулятора

Если же необходимая емкость отсутствует, то ее нужно сварить из стальных листов, толщина которых должны быть 2 мм. Если подключение теплоаккумулятора происходит в качестве гидравлического разделителя, то снизу нужно врезать два штуцера и сверху два, длина этих приспособлений должна быть идентичной толщине утеплителя. К нижним патрубкам необходимо присоединить тройники с термометрами. Далее бочку нужно обвернуть фольгой, а после утеплителем

В качестве утеплителя важно использовать материал, который контактируя с горячими поверхностями, не выделяет ядовитых испарений. Последний этап: емкость, предварительно обитую теплоизолятором закрыть снаружи кожухом из тонколистовой стали или жести

Если же теплоаккумулятор параллельно будет использован в качестве нагрева горячей воды, то необходимо изготовить еще змеевик. Материалом выступает медная труба, диаметр которой составляет 20 мм.

Еще один способ, которому обыватели отдают большее предпочтение — это изготовление теплоаккумулятора из еврокуба ёмкостью 1000 литров. Рекомендуется использовать еврокубы, высокое качество которых подтверждено международным сертификатом качества.

Прежде чем начать изготавливать термоаккумулятор из еврокуба, следует помнить, что температура жидкости, которая будет находиться в такой резервуаре не должна превышать 72°С, поэтому стандартные еврокубы для отопительных систем с высокой температурой не подходят.

Для того, чтобы самостоятельно соорудить тепловой аккумулятор из еврокуба нужны следующие материалы:

• еврокуб из пищевых материалов;
• тэн 3000 Вт, 3 штуки;
• футорка с прокладками G2″ на G1″1/4, 5 штук;
• муфта D32 — G1 1/4″, 2 штуки;
• адаптер-переходник G1″1/4, 2 штуки;
• контргайка G1″1/4, 5 штук;
• сгон G1″1/4 30 см, 2 штуки;
• сантехнический лён или специальная паста;
• герметик;
• карданный ключ.

Теплоаккумулятор из еврокуба на 1000 л

Сборка осуществляется следующим способом:

1. Дрелью в корпусе контейнера нужно сделать врезку под тэны, далее в отверстия вставить футорки с применением прокладок и силиконового клея-герметика, с внутренней стороны закрепить футорки контргайками и установить тэны.
2. Затем необходимо обеспечить подачу воды в теплообменник, это осуществляется при помощи штатной сливной горловины через переходники.
3. Следующий этап: в верхнюю часть еврокуба врезается “обратка” и подключается, после чего нужно разметить место под врезку и установку теплообменника, а также врезать футорки и вкрутить в них сгоны.
4. С внутренней стороны сгонов надо прикрутить муфты для подсоединения гофру, затем ее закрепить и равномерно распределить по объему теплового аккумулятора для отопления.
5. Подключая тепловой аккумулятор, на место монтажа устройства нужно установить лист ЭППС, толщина которого должна составлять 10 см, а также по задней стенке проложить ПСБ толщиной 15 см.

Утепляется тепловой аккумулятор при помощи 10 сантиметрового листового пенопласта. Его нужно приклеить к корпусу еврокуба.

Помимо твердотопливных котлов, использовать теплоаккумулятор выгодно для газовых и электрических отопительных устройств:

• Используя газовые котлы, экономия достигается из-за переменного использования теплоаккумулятора и самого котла. При этом газ расходуется в меньших количествах, так как газовая горелка включается намного реже.
• Для электрокотлов теплоаккумулятор достаточно включать на полную мощь только в ночью, так как тарифы на электроэнергию в это время намного ниже. В дневное время, когда котел отключен, обогрев осуществляется за счет тепла, которое накопилось за ночь.

В теплоаккумуляторе отсутствуют подвижные механические элементы и работа его статична. А это означает, что данное устройство надёжно и долговременно в использовании.

Изготовление твердотопливного котла своими руками

Твердотопливный котел для частного дома чисто теоретически можно изготовить самостоятельно. Для этого необходимо взять большую 300-мм трубу, от которой отрезается метровый кусок. Из стального листа нужно вырезать дно по диаметру трубы и приварить элементы. Ножками котла могут выступить 10-сантиметровые швеллеры.

Изготавливая твердотопливный котел для частного дома, вы должны будете выполнить распределитель воздуха в виде окружности из листа стали. Ее диаметр должен быть меньше, чем труба на 20 мм. В нижнюю часть круга необходимо приварить крыльчатку из уголка. Размер его полки должен составить 50 мм. Для этого подойдет и швеллер с такими же размерами. В центральную верхнюю часть распределителя следует приварить 60-миллиметровую трубу, которая должна располагаться выше котла. В середине диска распределителя проделывается отверстие по трубе, чтобы образовался сквозной тоннель. Он необходим для подачи воздуха.

К верхней части трубы приделывается заслонка, которая будет обеспечивать регулировку подачи воздуха. Если перед вами встал вопрос о том, как сделать твердотопливный котел, то вы должны ознакомиться с технологией. Следующий этап указывает на необходимость выполнения нижней части оборудования, где будет располагаться дверь в зольник. Сверху прорезаются отверстия. В этом месте приваривается труба на 100 мм. Вначале она будет идти под некоторым углом в сторону. Затем вверх на 40 см, а после строго вертикально. Через перекрытие проход дымохода должен быть защищен по правилам противопожарной безопасности.

Завершение изготовления котла сопровождается работой над верхней крышкой. В ее центральной части должно располагаться отверстие для трубы распределителя. Прилегание к стенке оборудования должно быть плотным. Попадание воздуха здесь исключено.

Изготовив твердотопливный котел длительного горения на дровах, вы должны будете разжечь его в первый раз. Для этого снимают крышку, поднимают регулятор, а оборудование заполняют доверху. Топливо обливают горючей жидкостью. Внутрь бросают горящую лучину через трубу регулятора. Как только топливо разгорится, поток воздуха необходимо будет снизить до минимума, чтобы дрова начали тлеть. Как только произойдет возгорание газа, котел запустится.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также схемой обвязки котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

1. Обогревательный котел.
2. Тепловой аккумулятор.
3. Отопительные приборы (радиаторы).
4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

• для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
• для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Преимущества теплоаккумуряторов

Механизм работы теплового аккумулятора

Теплоаккумулятор может полноценно заменить бойлер горячего водоснабжения. При этом оба устройства сопоставимы по стоимости.

Однако аккумулятор тепла не только обеспечит горячее водоснабжение, но и решит целый комплекс дополнительных задач. Применяя твердотопливный котел с теплоаккумулятором, можно получить множество преимуществ:

• срок службы отопительного оборудования увеличивается в несколько раз;
• котел никогда не будет работать в режимах предельных нагрузок или же вхолостую;
• выравнивается температура теплоснабжения дома. В случае, когда в котле вода не успевает нагреваться, автоматически горячий теплоноситель подается из резервного бака. И наоборот, излишки температуры носителя будут отбираться и аккумулироваться;
• правильно подобранная емкость продолжает забирать тепло у котла даже при полном сгорании топлива;
• экономия ресурсов достигает 30%.

Достоинства аккумуляторов оценили многие производители твердотопливных котлов. И теперь они предоставляют свои гарантии на оборудование только в случае установки дополнительных резервуаров.