Теплоакумулятор для опалення – що це таке, принцип дії, правила вибір, різновиди, розрахунок, підключення

Система обігріву приватного будинку на твердопаливному котлі - далеко не найкращий варіант з точки зору стабільності і рівномірності в досягненні комфортної температури, поки в систему не впроваджується спеціальний модуль, що накопичує тепло. Розберемо, що таке теплоакумулятор для опалення, для чого призначений, які властивості, як працює і де застосовується, які його основні плюси і мінуси, як правильно вибрати, які розрахунки при цьому потрібно виконати, а також нюанси підключення.

Джерело stroyday.ru

Теплоакумулятор – що це таке, пристрій, призначення

Тепловий накопичувальний блок є спеціальним теплоізольованим резервуаром, безпосередньо з'єднаним з котлом опалення. У його пристрої відзначаються такі особливості:

1. Місткість у більшості випадків має форму вертикально встановленого циліндра, корпус якого виготовлений із міцної листової нержавіючої або чорної сталі.
2. Зсередини резервуар покритий спеціальним протектором для захисту від гарячої води або іншого теплоносія, а також розчинених у них солей та кислот.
3. Зовні бак має шар порошкового покриття із підвищеною термостійкістю.
4. З зовнішнього боку ємність герметично закрита теплоізолюючим матеріалом шаром не менше 10 см. Як утеплювач застосовується повторно спінений пінополіуретан з внутрішнім покриттям ПВХ.
5. Далі теплоізоляційний шар покривається чохлом із міцного шкірозамінника та захисною оболонкою.

Джерело stroyfora.ru

При цьому корисний об'єм резервуара може змінюватись від 100 літрів до 1 м³ і більше. Однак для підтримки системи обігріву приватного будинку рідко застосовуються екземпляри більше кубометра. Головне призначення теплового акумулятора для опалення на прикладі твердопаливного агрегату зводиться до наступного:

• Підтримка номінальної температури теплоносія у період, коли котел вже охолонув.
• Протоплювання агрегату в оптимальний і зручний час, а не коли система починає природним чином остигати.
• Істотне збільшення періоду між крайніми протопками котла.
• Зниження та оптимізація витрати паливного ресурсу.

Корисна інформація! Надлишок теплової енергії, що виробляється котлом, накопичується в ємності, а потім поступово витрачається на підтримку оптимальної температури теплоносія. Таким чином, нівелюється велика інерційність твердопаливного агрегату - необхідність чекати, поки натопиться приміщення до необхідного комфортного рівня при його періодичному охолодженні.

Джерело prom.st

Принцип дії, сфера застосування

Робота теплового накопичувача найпростішого типу здійснюється за таким принципом:

• З теплообмінного контуру агрегату до верхнього патрубка ємності надходить розігрітий теплоносій.
• У міру роботи котла бак повністю заповнюється розігрітим до заданого значення теплоносієм.
• При цьому з протилежного верхнього патрубка теплоносій надходить до батарей системи опалення будинку та інших споживачів. Однак, поки агрегат працює, температура всередині резервуару не падає, а, навпаки, зростає - якщо, звичайно, тепло-накопичувач правильно підібраний і відповідає потужності котла та витрат споживачів.
• При цьому в нижній вхідний патрубок бака надходить охолоджений в системі теплоносій, але не перемішуючись з верхнім розігрітим шаром надходить на опалювальний контур котла з вихідного патрубка.
• Коли резервуар заповниться до граничного рівня розігрітим теплоносієм, агрегат вимикається.
• Далі теплоакумулятор перекачує теплоносій системою за допомогою власного циркуляційного насоса.

Джерело altep.ua

• При цьому поступово гаряча фаза замінюється охолодженою. Однак якісно виконаний і грамотно розрахований тепло-накопичувач здатний повноцінно підтримувати заданий нагрів теплоносія не тільки протягом багатьох годин, але і за необхідності кількох діб.

Теплоакумулятор для системи опалення може застосовуватися далеко не тільки у схемі з твердопаливним котлом, але й з будь-яким іншим, що працює на альтернативному виді палива – газі, електриці та навіть енергії вітру, сонця та надр.

Сфера застосування теплового накопичувача визначається наступним рядом його можливостей:

1. Кількість споживачів, що підключаються, залежить від наявності незалежних контурів і може змінюватись від 4 до 20.
2. Тепловий накопичувач можна переобладнати на електрокотел – за допомогою монтажу ТЕНів через бічні фланці.
3. Резервуар може поділятися на окремі взаємодіючі сектори за допомогою горизонтальних перекриттів усередині.
4. У нижню область бака може бути вмонтований додатковий теплообмінник для підвищення продуктивності.
5. Для забезпечення гарячої побутової води в резервуар може бути вбудований накопичувач або додатковий теплообмінник.

Джерело evan.ru

Зверніть увагу! Тепловий акумулятор є особливо актуальним, коли енергетичний ресурс, що витрачається на утворення тепла, має періодичний або обмежений доступ. Прикладом є сонячні та вітрові генератори, що не функціонують у похмуру та безвітряну погоду. Він також стане в нагоді, коли електрокотел підключається за пільговим тарифом, що можливо лише в деякі обмежені години доби.

Плюси і мінуси

Застосування теплового акумулятора в системі обігріву приватного житла має наступний ряд переваг:

• Істотна економія паливних ресурсів. Тепло, що виробляється, задіюється максимально на обігрів будинку.
• Виникає можливість використання для опалення кількох енергоресурсів. Наприклад, за базове вироблення тепла відповідає твердопаливний котел, що періодично протоплюється на повну потужність і заряджає теплоакумулятор, а для підтримки в проміжних періодах задіюється компактний електричний або газовий котел. При цьому як додаткове джерело можуть використовуватися теплонагрівальні контури, що працюють на альтернативних видах енергії – сонячних батареях та вітрогенераторі.

Джерело kotli.pro

• Надійний захист від перегріву як агрегату, так і всіх елементів опалювальної схеми. Правильно розрахований тепло-накопичувач просто не дасть температурі зрости вище встановленого значення.
• Зниження процедур обслуговування у заданий період – збільшення часу між етапами завантаження палива.
• Стабілізація роботи системи обігріву в цілому – відсутність перепадів температури при різкому похолоданні, що забезпечує комфортніший мікроклімат у приміщенні.
• Забезпечення будинку гарячою побутовою водою.

Однак встановлення тепло-накопичувального модуля в систему приватного опалення має не тільки плюси, а й часто деякі мінуси:

• Використання теплоакумулятора виправдане, коли потужність агрегату, що видається, як мінімум в 1,5-2 рази перевищує потребу в теплі житловим приміщенням.
• Робота теплового накопичувача відрізняється великою інерційністю. З моменту запуску до переходу до номінального стану проходить багато часу. І воно тим більше, чим більше площа приміщення, що обігрівається. Тому встановлення модуля актуальне лише в будинках з постійним проживанням. Для періодичного відвідування, наприклад, на вихідних у дачному будинку його застосування є недоцільним.

Джерело termopaneli59.ru

• Корпус акумулятора тепла, як правило, відрізняється значними габаритами, що дещо ускладнює завдання щодо його транспортування та монтажу. Крім того, через це котельня повинна мати додатково призначене для встановлення місце поряд з котлом.
• Ціни надійного фірмового тепло-накопичувача і самого опалювального котла зазвичай можна порівняти, що істотно підвищує підсумкову вартість усієї системи. Однак у перспективі на довгострокову експлуатацію витрати окупаються значною економією енергоресурсів, продовженням терміну служби обладнання та компонентів та забезпеченням комфортних умов у житлових приміщеннях.

Довідка! При виборі теплоакумулюючого пристрою необхідно впевнитись у наявності теплоізоляційного шару зовні корпусу. Якщо придбана модель не має такого покриття, користувачеві доведеться докуповувати і встановлювати його самостійно.

Джерело indclimat.ru

різновиди

Залежно від особливостей пристрою, визначених ним властивостей та призначення виділяються наступні 4 основні різновиди теплового акумулятора для систем опалення:

• Найпростіші буферні ємності без перегородок усередині.

Порожнистий усередині тепло-накопичувач заповнюється одним теплоносієм, що циркулює між тепловим контуром котла та споживачами тепла. Встановлюється у таких ситуаціях:

1. Система обігріву (котел, батареї та інші споживачі) працює на тому самому теплоносії.
2. Граничне значення тиску в обладнанні не вище за аналогічний параметр для котла та накопичувача.
3. Рівень нагрівання теплоносія на виході з котельного контуру не перевищує максимально допустимого значення температури споживачів.

При цьому якщо остання вимога дотриматися не вдається, установка буферної ємності все ж таки можлива. Для цього в схему впроваджуються 3-ходові крани, що дозволяє знизити рівень нагріву гарячого теплоносія, що входить у споживчий контур, шляхом змішування його з остиглим - подається зі зворотної магістралі.

Джерело ktl.by

• З вбудованим теплообмінником у нижній частині.

Усередині бака знаходиться додатковий теплообмінний контур, виконаний з труби з нержавіючої сталі. Залежно від призначення кількість таких змійовиків може бути від 1 до 3. Це дозволяє створювати декілька незалежних контурів із різними теплоносіями та їх характеристиками.

Випадки застосування:

1. Коли тиск і рівень нагрівання теплоносія перевищують допустимі значення аналогічних параметрів приймачів.
2. Коли існує можливість використання кількох теплогенератів - додаткових котів, а також за рахунок сонячного світла, вітру або геотермальних джерел і т. д. При цьому, чим нижче значення рівня нагріву теплоносія, тим нижче повинен розташовуватися в баку контур, яким він циркулює.
3. Теплові акумулятори цього різновиду також використовуються для індивідуального опалення будинку, коли в теплообмінному контурі використовується один вид теплоносія, а в системі споживання інший.

Джерело forvardplast.ru

На відміну від простого буферного резервуара в накопичувачі цього здійснюється активне перемішування теплоносія. Останній, перебуваючи в районі нижнього контуру, нагрівається і, набуваючи меншої щільності, прямує вгору.

• З проточним теплообмінним контуром для гарячої води з верхнім розташуванням.

Для забезпечення рівномірного гарячого водопостачання резервуар поміщається теплообмінний контур проточного типу. При цьому велика його частина знаходиться у верхній області бака. Входячи в нижній патрубок, холодна вода під натиском проходить змійовик до верхнього виходу, і вже нагрітому вигляді надходить на побутові потреби.

Схема оптимальна для стабільного, рівномірного, але без різкого піку споживання гарячої води. За рештою параметрів тепло-накопичувач працює за принципом ємності першого типу.

Джерело indclimat.ru

• Зі вбудованим бойлером або баком для забезпечення гарячого водопостачання.

Акумуляторний бак цього різновиду, крім функції опалення, несе в собі завдання накопичення тепла для гарячого водопостачання на кшталт бойлера непрямого нагріву. Застосовується такий резервуар у разі коли пік генерації теплової енергії агрегату розходиться з часом максимального забору гарячої води.

Як правило, сучасний споживач використовують гарячу воду для побутових потреб недовго, але у великому обсязі. Такий період, наприклад, настає у вечірній чи ранковий час – коли мешканці приймаються ранковий душ, а ввечері готують їжу, виробляють прання, прибирання тощо.

Зверніть увагу! Практично будь-який сучасний теплонакопичувач має ряд вхідних-вихідних патрубків, рівномірно розподілених по висоті пристрою. Це дозволяє використовувати різний рівень нагрівання теплоносія залежно від його висоти резервуарі. На практиці це дає можливість підключати конкретний тип споживача за відповідною температурою з оптимальною витратою теплової енергії і запобіганням надлишкового навантаження на його терморегулюючі пристрої.

Джерело komfort-eco.ru

Критерії вибору

При виборі акумулятора тепла для домашньої системи опалення слід враховувати наступні критерії:

• Місткість ємності. Розраховується з урахуванням показників системи, потужності агрегату, витрати побутової гарячої води.
• Розміри та вага. Вони повинні відповідати міцності основи, на якій будуть встановлені, а також особливостям транспортування та монтажних робіт.
• Граничний рівень тиску. Він повинен бути не нижче за аналогічний параметр у системі. Їм задається товщина стін, матеріал з якого вони виготовляються, а також геометрія та особливості конструкції бака.
• Матеріал корпусу. Вироби з вуглецевого сталевого сплаву дешевше, але й менше служать через схильність до руйнування корозією. Моделі з нержавіючої сталі коштують дорожче, але відрізняються довговічністю.
• Додаткові теплообмінники. Кількість задається наявністю контурів, що підключаються, і складністю схеми.

Джерело termico.com.ua

• функціонал. Залежно від можливостей виробники оснащують свою продукцію крім основних параметрів різними додатковими функціями – вбудовування ТЕНів, монтаж контрольного та вимірювального обладнання, встановлення автоматики та приладів безпеки, таких як, наприклад, повітряні клапани, термостати та інше.
• Якість теплоізоляційного шару. Враховується не лише товщина покриття, а й тип використовуваного матеріалу. Чим довше бак зберігає тепло, тим більш економічно вигідний у системі приватного обігріву.

На замітку! Придбавати тепловий накопичувач краще лише у спеціалізованій торговій точці. Виріб повинен бути фірмовим, мати сертифікат, гарантію та повноцінну інструкцію з експлуатації.

Основні розрахунки

Безумовно, чим більш місткий теплоакумулятор, тим довше він може компенсувати простий опалювальний котел. Однак вартість резервуара та витрати на обслуговування зростають у прямій залежності від його обсягу. Тому важливо знайти компромісний шлях у вирішенні питання забезпечення системи якісним теплонакопичувачем. Для цього застосовується розрахунок, в якому насамперед враховуються три основні фактори:

• Інтенсивність тепловтрат.
• Площа будинку.
• Період простою генератора тепла.

На прикладі житла площею 100 м розберемо правила розрахунку місткості накопичувача тепла. Застосовуються такі вступні дані (насправді їх значення можуть бути дещо відмінними):

1. Кількість тепла для обігріву будинку – 10 квт.
2. Період бездіяльності агрегату – 10 годин.
3. Робоча температура теплоносія – 70 °C.
4. Сумарна кількість тепла, яку має віддавати бак для підтримки температури приміщення за весь період простою = 10 год х 10 кВт = 100 кВт – саме таку кількість енергії він має накопичувати.
5. Максимальний рівень нагрівання теплоносія – 90 °C.

Далі потрібно розрахувати масу (обсяг) води, яка була б здатна утримати таку кількість теплової енергії, за такою формулою:

• М = Ке / 0,0012 Δт
• М - маса води, кг,
• Ке - кількість енергії, що запасається, кВт,
• Δт – різниця температури між розігрітим теплоносієм і остиглим у системі, °C,
• 0,0012 – теплоємність води, кВт/кг °C.

Підставляючи у формулу вступні дані, отримуємо:

100/0,0012 (90-70) = 4166 кг або приблизно 4 м3.

Однак на практиці рідко застосовують такі великі ємності. Тому щоб знизити витрати на їх монтаж і обслуговування, час простою можна скоротити наполовину, а рівень охолодження теплоносія зменшити до прийнятних 50 ⁰ С. Тоді для збереження комфортного тепла в будинку з гарною теплоізоляцією буде достатньо ємності на 1000 літрів.

Особливості підключення

Схема підключення бака теплоакумулятора залежить від його конструкційних особливостей, рівня складності системи опалення, споживачів, що підключаються, і загальної розв'язки. Однак у найпростішому випадку, коли монтується теплообмінний порожнистий буфер, що має всього 2 пари вхідних та вихідних патрубків – знизу та вгорі – використовується стандартна схема

Вона передбачає однакове значення тиску та циркуляції одного і того ж теплоносія в контурі агрегату та споживачах. Для регулювання температури та продуктивності у схемі на зворотних магістралях – перед баком та після нього перед агрегатом – встановлюється по одному циркуляційному насосу.

Іноді до схеми додається пара 3-ходових клапанів, що змішують холодні і гарячі потоки, для регулювання рівня нагрівання. В одному випадку виключається перегрів споживача, в іншому – попереджається переохолодження теплообмінного контуру агрегату та шкідливих наслідків через утворення конденсату.

Висновок

Теплоакумулятор – це спеціальна теплоізольована ємність, яка безпосередньо з'єднана з теплообмінним контуром котла і забезпечує накопичення тепла, а потім рівномірну його віддачу в систему опалення. Працює за принципом накопичення, стримування та подальшої роздачі теплової енергії споживачам. Його основні функції:

1. Підтримка робочого рівня нагрівання теплоносія під час простою котла.
2. Зниження видатків енергоресурсу.
3. Розширення періоду між робочими циклами агрегату.
4. Запуск, обслуговування котла у зручний для користувача та споживання енергоресурсів час.

При цьому теплоакумулятор для котла має такі головні переваги - економія, захист від перегріву, підключення додаткових теплоджерел, гаряча вода; Недоліки - інерційність, займає багато місця, висока вартість. Класифікується на 4 типи – буферні, з нижніми та верхніми змійовиками, з вбудованим бойлером.

При виборі враховується низка параметрів – місткість, матеріал корпусу, габарити, маса, розрахунковий тиск, функціонал, кількість теплообмінників, якість утеплення. Також перед придбанням бака важливо правильно розрахувати його місткість, яка залежить від площі будинку, специфіки роботи системи та обладнання.