Куда поставить циркуляционный насос
В большинстве схем обвязки теплоаккумулятора с циркуляционным насосом, он стоит в обратном трубопроводе перед котлом. В обратке — потому что тут ниже температуры, но можно поставить и на подаче. Современные насосы рассчитаны на прокачку теплоносителя до 110°C, так что они там неплохо себя чувствуют. Второй момент: при установке на подаче, насос не будет создавать дополнительное давление на теплообменник, что продлит срок его службы.
В любом случае при установке циркуляционного насоса в подаче или на обратке, возможность естественной циркуляции отсутствует. То есть, при отключении электроэнергии, циркуляция остановится, котел неминуемо закипит. Чтобы избежать этого, ставят четырехходовой клапан, через который организуют сброс перегретой воды в канализацию и подпитку холодной водой из ХВС. Так организуется аварийное охлаждение теплообменника и предупреждается закипание теплоносителя.
Один из способов избежать перегрева теплоносителя в котле отопления
Есть и другой способ. Он более щадящий по отношению к теплообменнику (подходит и для чугунных) и требует меньше материалов. Можно сделать обвязку между котлом и теплоаккумулятором для отопления так, чтобы сохранить естественную циркуляцию. В таком случае при отключении электропитания котел не закипит — будет продолжать греть воду в емкости.
Для сохранения естественной циркуляции теплоносителя, насос ставят в отдельном, специально созданном контуре. Чтобы схема работала, в контуре ставят лепестковый обратный клапан большого сечения.
Так сохраняется естественная циркуляция даже при отсутствии электропитания
Когда не работает циркуляционный насос, он пропускает поток теплоносителя от ТА. При работе циркуляционного насоса, он своим напором подпирает клапан и теплоноситель идет через насос. На насос идет труба не менее дюйма в диаметре. Только в этом случае может сохраниться естественная циркуляция.
Сборка простого теплоаккумулятора
Простейший тепловой накопитель работает по принципу термоса. Стенки установки практически не проводят тепло и позволяют воде оставаться теплой в течение достаточно продолжительного времени.
Для сборки такого агрегата нам понадобятся следующие приспособления:
- бак. Объем подбирайте индивидуально, по своим потребностям и возможностям. Объективный минимум – 150 л;
- материал для теплоизоляции. Отлично подходит минеральная вата;
- клейкая лента;
- медные трубки для изготовления змеевика;
- бетонная плита либо доски для опалубки и раствор для заливки.
Теплонакопитель можно собрать на основе железной бочки. Объем, как уже отмечалось, подбирается индивидуально, однако в использовании бака вместительностью меньше 150 л особого смысла нет.
Первый шаг
Подготавливаем бочку к дальнейшей работе. Если это старая емкость, тщательно очищаем ее от различных загрязнений и зачищаем следы коррозии.
Теплоаккумулятор, общий видТеплоаккумулятор, патрубки. 1 — система отопления. 2 — верхний змеевик. 3 — нижний змеевик. 4 — охлаждение ТА. 5 — группа безопасности. 6 — магниевый анодТеплоаккумулятор, патрубки с другой стороны. 1 — термометры Wats. 2 — твердотопливный котел. 3 — термодатчики для контроллера солнечных систем
Второй шаг
Оборачиваем внешние стенки теплоизоляционным материалом. Хорошо подойдет минеральная вата. Окутанную теплоизоляцией бочку дополнительно обматываем скотчем в несколько слоев.
Третий шаг
Окутываем бак фольгированной пленкой. Для фиксации материала также используем клейкую ленту. При желании обшиваем изолированную конструкцию листовым металлом.
Четвертый шаг
Делаем змеевик, по которому будет транспортироваться теплоноситель. Для этого используем медную трубку длиной 8-15 м (зависит от объема выбранной бочки) и диаметром порядка 20-30 м. Сгибаем трубу в спираль и помещаем внутрь бака. Змеевик соединяется с котлом. В дальнейшем эта спираль будет нагреваться и отдавать полученное тепло воде в баке.
ТеплоаккумуляторЗмеевик — теплообменникТрубы довольно неплохо зажимаются между шляпками саморезовПодключение теплообменникаПодключение теплообменникаПодключение теплообменникаУтепление теплоаккумулятора
Пятый шаг
Делаем патрубки в боковых стенках накопителя. Через один патрубок в бак будет поступать холодная вода, через другой выходить горячая. Патрубки оснащаем кранами для быстрого перекрытия циркуляции воды.
Шестой шаг
Устанавливаем тепловой накопитель и выполняем его подключение.
Для лучшего понимания порядка подключения теплоаккумулятора смотрим на схему.
По рассмотренному способу выполняется подключение накопителя к системе обогрева, работающей с использованием 1 котла. В случае применения большего количества отопительных агрегатов, схема существенно усложнится. Систему придется оснастить датчиками давления и температуры, взрывным и предохранительным клапанами и т.д. К сборке подобного агрегата рекомендуется приступать только при наличии соответствующих навыков и должного опыта.
Принцип работы
Основная цель этого устройства — накапливать тепло при работе основного водонагревателя и отдавать накопленное при остановке его работы. Именно поэтому он называется теплоаккумулятором.
Своими руками для котлов отопления его делают обычно по следующим причинам:
- Желание сэкономить на топливе основного теплогенератора.
- Возможность отключать или не следить за топкой. Например, в ночное время.
- При работе электрокотла возможность выбирать время работы, когда оплата за энергию берётся в льготном режиме (чаще всего это ночное время).
В этом видео вы узнаете, как сделать теплоаккумулятор:
Подключение ТА к потребителям
С другой стороны теплоаккумулирующую емкость надо подключить к системе отопления. Если подключаем только радиаторы, все просто — с одного из верхних выходов идет труба в трубопровод подачи, в нижний подключаем обратку. Но, в этом случае, возможен перегрев радиаторов. Когда вода в баке нагрета до температуры выше 60°C, это может быть опасным, а температура может быть 90°C и даже выше. При касании к таким горячим радиаторам, высока вероятность получения нешуточного ожога. К тому же в помещении явно будет жарко.
Подключение радиаторов
Чтобы избежать подачи слишком горячего теплоносителя, ставят еще один трехходовой смесительный клапан. Схема работает также как описано выше. Выставляем на регуляторе требуемую температуру, например, 50°C. Как только теплоноситель в подаче будет горячее, клапан откроет подмес воды из обратки.
Одна из выгод установки теплоаккумулятора — возможность приготовления ГВС в той же емкости (средняя картинка на рисунке ниже). Для этого в бак встраивают теплообменник или емкость. Его выход подключают к гребенке горячего водоснабжения.
Схемы обвязки буферной емкости со стороны системы отопления
Так как и в этом случае тоже возможен перегрев, тут также необходим узел подмеса. Вот только добавлять надо холодную водопроводную воду. Реализуется этот узел при помощи еще одного трехходового смесительного клапана. Выход от холодного водопровода подключаем к смесительному трехходовому клапану ГВС. Чтобы при отсутствии разбора горячей воды она не попадала в гребенку холодной воды, на линии подачи от ХВС ставим обратный клапан.
Эта схема обвязки теплоаккумулятора имеет существенный недостаток: когда горячая вода не используется, вода в трубах остывает. Чтобы «добыть» теплую, приходится сливать остывшую просто в канализацию. Это неудобно, так как приходится ждать, и неэкономно. Для решения проблемы, от последней точки разбора тянут обратную линию, в которой устанавливают свой циркуляционный насос. Этот контур называется рециркуляционным. Пока кран нигде не открыли, вода бегает по кругу. Таким образом, из всех кранов постоянно идет теплая вода
Обратите внимание на установку обратных клапанов — они обязательны для работоспособности схемы
Обвязка теплоаккумулятора для индивидуального отопления со всеми функциональными элементами и арматурой
Для окончательной проработки схемы надо еще оговорить место установки арматуры. Это автоматические воздухоотводчики, которые ставят в самых высоких точках системы. Еще нужны запорные краны. Их устанавливают возле каждого крупного функционального узла так, чтобы при необходимости, можно было перекрыть краны и снять оборудование для ремонта или профилактики.
Как запитать теплый водяной пол
К теплоаккумулятору можно очень неплохо подключить и теплый пол. Обвязка в этом случае ничем не отличается от случая с радиаторами. Нужен тот же узел подмеса со смесительным трехходовым клапаном, но настроен он должен быть на более низкую температуру — не выше +40°C. В этом случае можно подключить теплый пол без смесительного узла — температура должна контролироваться при выходе из котла. Но можно и перестраховаться — поставить второй смесительный узел на распределительном коллекторе теплого пола.
Обвязка теплоаккумулятора с теплым водяным полом (в зеленом контуре)
Есть и второй вариант обвязки теплоаккумулятора с теплым полом — подавать той же температуры теплоноситель, что идет на радиаторы. Понижать ее будет смесительный узел. Хлопот и затрат меньше (нужны только тройники для отвода от основной магистрали), но и надежность такого решения ниже. Хотя, справляется же это оборудование с теплоносителем, который подает обычный котел.
Устройство и принцип работы
Тепловой аккумулятор является буферной емкостью, которая изготовлена в форме цилиндра из нержавеющей либо черной стали.
Устройство теплоаккумулятора
Как правило в работе твердотопливного котла с теплоаккумулятором выделяют два цикла:
- На первом цикле производятся две закладки горючего, далее, они сжигаются в режиме максимальной мощности. При данном процессе все избыточное тепло скапливается в аккумуляторе, а не вылетает в трубу.
- Нет необходимости топить котел, поскольку поддержка оптимального режима температуры осуществляется за счет отдачи тепла от бака.
В зависимости от конструкции, выделяются следующие виды буферных емкостей:
- пустые (теплообменник отсутствует);
- с наличием одного или двух теплообменников;
- с наличием встроенных бойлеров меньшего диаметра, которые используются для возможности обеспечивать автономную работу системы горячего водоснабжения.
В стальном корпусе бака есть несколько резьбовых отверстий, благодаря которым теплоаккумулятор подключается к котлу.
Использование теплоаккумулятора в разных системах обогрева
Схема ГВС
Теплоаккумуляторы эффективно показывают себя при использовании в самых разнообразных системах обогрева. При этом в каждом случае подобный накопитель позволяет существенно сэкономить на отоплении.
Чаще всего тепловыми аккумуляторами комплектуются системы твердотопливного обогрева. Установка будет способствовать более экономичному расходу топлива и эффективному обогреву, а также предотвратит преждевременный износ отопительных радиаторов.
Не лишним будет тепловой аккумулятор и в системе электрического отопления, в особенности в регионах с двойным тарифом за электричество. Ночью, когда электроэнергия продается потребителю по более доступной стоимости, аккумулятор будет накапливать тепло. Днем же можно будет на некоторое время выключить котел и топить силами теплоаккумулятора.
Используются накопители и в многоконтурных отопительных системах. Благодаря ним обеспечивается распределение теплоносителя между контурами. Монтаж патрубков может быть выполнен на разной высоте, что позволит получать воду, нагретую до разной температуры.
Блиц-советы
- Для аккумулирующих емкостей с нуля лучшим вариантом будет использование листового металла толщиной в 2 мм.
- Сварить установку можно и из нержавейки, но это обойдется несколько дороже.
- Чтобы упростить процесс изготовления и утепления лучше делать теплоаккумулятор прямоугольной формы.
- Не используйте для устройства бочки из пластмассы, они не выдерживают высоких температур. Исключением являются бочки с маркировкой до 100 ºС.
- В крышку нужно вмонтировать предохранительный клапан, с помощью которого выпускать избыточное давление.
- Заводской змеевик можно заменить на стальной гофрированный шланг, что увеличит общую площадь теплообмена.
- Чтобы пластиковые баки не теряли своей формы их необходимо заключить в каркас из решетки.
- Маленькие тепловые аккумулятора можно применять для водяного теплого пола в качестве подпитки.
Изготовление и фиксация змеевика
Его делают из медной трубы, которая имеет диаметр 20 мм. Нужно сделать своими руками два змеевика. Оба должны иметь одинаковую высоту. Для вышеописанного примера она может составлять 1,1 м. Это значит, что можно сделать змеевик с 1,1/0,02 = 55 витками. Если диаметр одного круга составляет 1,6 м, то для змеевика нужно использовать 1,6*3,14*55 = 276,32 м трубы.
Гнуть трубу придется в самом баке. Можно и снаружи, однако, для этого теплоаккумулятор для котлов отопления должен обладать очень большой крышкой.
Далее нужны такие работы:
- Подключение змеевика к необходимым штуцерам и приварка их.
- Проверка бака и каждого змеевика на герметичность. Проверяют только водой, сделав подключение изделия к водяному насосу.
- Шлифовка, грунтовка и окраска внешней стороны.
- Теплоизоляция. Для этого следует использовать пенопласт. Его толщина должна составлять 10 см, а плотность – 25 кг/м³. Его приклеивают к корпусу. Альтернативой является минеральная вата с плотностью 135-145 кг/м³.
- Монтаж лицевого материала. Многие схемы предусматривают использование оцинкованного листа, ДВП или фанеры.
После можно приступать к подключению термоаккумулятора к котлу.
Зачем нужен теплоаккумулятор для котлов отопления?
Грамотно подобранный агрегат способствует существенному уменьшению расходов, связанных с использованием энергоресурса (экономия может достигать 50%). Буферная емкость предотвращает растрескивание чугунных компонентов системы вследствие резкого скачка температуры среды. Если внедрить новейшие температурные датчики, интеллектуальные регуляторы и автоматизировать вывод тепла из накопителя в систему, теплоотдача значительно возрастет, обслуживание здания потребует меньше топлива.
Обычно теплоаккумулятор выглядит как вертикальный цилиндрический резервуар с внутренним покрытием из бакелитового лака, выполненный из высокопрочной стали. Внутренний слой защищает материал от контакта с агрессивной средой – горячей водой, концентрированными кислотами, солевыми растворами. Устойчивость внешних поверхностей подкрепляется слоем порошковой краски.
Теплоаккумулятор для котлов отопления позволяет существенно уменьшить расход ресурсов
В верхней части агрегат соединяется с трубой, ведущей от котла – твердотопливного, газового, электрического, работающего от солнечной энергии, через нее поступает горячая среда. По мере остывания вода опускается к циркулярному насосу, последний направляет ее в магистральный проход к котлу, где осуществляется следующий цикл подогрева. Котел работает ступенчато, и во время его простоев вода из теплоаккумулятора поступает в систему. Таким образом даже когда нагревательный элемент не активен, батареи остаются теплыми, жильцам доступна горячая вода.
Принцип работы
В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:
- Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
- Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
- Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой
Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.
Функции, которые выполняет теплоаккумулятор
Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:
- Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
- Стабилизируют температурный режим в помещениях
- Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
- Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
- Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом
Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:
- Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
- Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной
В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками
Как работает система отопления с теплоаккумулятором
Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.
Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.
- ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
- затем вода поступает по трубам в радиаторы;
- обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.
Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.
Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.
После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.
Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:
- увеличивается время прогрева помещения;
- больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
- более высокие расходы на монтаж.
Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.
В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:
- ГВС;
- низкотемпературного отопления (теплый пол).
Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.
В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:
Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.
Схема сборки и установки
Взвесив все за и против, многие решаются на изготовление термоаккумулятора для отопления своими руками. Схема основных работ мало чем отличается независимо от того, какую конструкцию выбрал мастер. Вот основные шаги, которые предстоит пройти каждому, кто решится на это дело:
- Находят или делают свой чертёж будущей установки.
- Готовят весь необходимый для изготовления материал и инструменты.
- Делают основной бак для термостата. Это может быть уже готовая ёмкость, а может и сваренная по личным чертежам из листового железа или нескольких частей баков, бочек.
- Вваривают в основную ёмкость штуцера для соединения и гильзы для измерительных приборов.
- Если предусмотрен автономный подогрев, то монтируют выбранный вариант в основной корпус.
- Делают теплоизоляцию термостата. Здесь есть несколько вариантов решения этой задачи, поэтому выбирают наиболее приемлемый и эффективный.
- На этом этапе обычно крепят устройство на месте эксплуатации, соединяют с системой отопления.
- Окончательное оформление внешнего вида. Красят оборудование или покрывают декоративной обшивкой. Вариантов выполнить эту процедуру тоже очень много, поэтому мастер выбирает тот, который лучше подходит в конкретных обстоятельствах.
Расчет объема буферной емкости котла
Самым оптимальным решением этой задачи станет поручение ее выполнения инженерам-теплотехникам. Расчет объема теплоаккумулятора для всей системы отопления частного дома требует учитывать различные факторы, известные только им. Несмотря на это, предварительные подсчеты можно сделать самостоятельно. Для этого кроме общих знаний физики и математики понадобятся калькулятор и чистый лист бумаги.
Находим следующие данные:
- мощность котла, кВт;
- время активного горения топлива;
- тепловая мощность обогрева дома, кВт;
- КПД котла;
- температуры в трубе подачи и «обратке».
Рассмотрим пример предварительного расчета. Обогреваемая площадь — 200 м2, время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Расчетная тепловая мощность обогреваемых помещений – 10 кВт. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.
Делаем расчет буферной емкости твердотопливного котла по теплоемкости воды:
m=Q/1,163×∆t
где:m – масса воды в емкости (кг);Q – количество тепла (Вт);∆t – разность температуры воды в трубе подачи и «обратке» (°С);1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).
Подставив цифры в формулу получим 1375 кг воды или 1,4 м3 (80000/1,163×50). Таким образом для системы отопления дома площадью 200 м2 надо установить ТА емкостью 1,4 м3. Зная эту цифру можно смело идти в магазин и смотреть, какой теплоаккумулятор приемлем.
Габариты, цена, комплектация, производитель уже легко определяемы. Сопоставляя известные факторы не трудно сделать предварительный выбор теплового аккумулятора для дома. Такой расчет актуален в случае, когда дом построен, система отопления уже смонтирована. Результат расчета покажет, нужно ли разбирать дверные проемы из-за габаритов ТА. Оценив возможность его установки на постоянное место, делается окончательный расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла, установленного в системе.
Собрав данные по системе отопления выполняем вычисления по формуле:
W = m×c×∆t (1)
где:W – количество необходимого тепла для нагрева теплоносителя;m – масса воды;c – теплоемкость;∆t – температура подогрева воды;
Кроме этого понадобится значение k – КПД котла.
Из формулы (1) находим массу:m = W/(c×∆t) (2)
Поскольку КПД котла известен, уточняем формулу (1) и получаемW = m×c×∆t×k (3)откуда находим уточненную массу водыm = W/(c×∆t×k) (4)
Рассмотрим, как рассчитать теплоаккумулятор для дома. В системе отопления установлен котел мощностью 20 кВт (указана в паспортных данных). Топливная закладка прогорает за 2,5 часа. Для отопления дома нужно 8,5 кВт/1 час энергии. Значит, за время прогорания одной закладки будет получено 20×2,5 = 50 кВт
На отопление помещений будет израсходовано8,5×2,5 = 21,5 кВт
Лишнее произведенное тепло50 – 21,5 = 28,5 кВтсохраняется в ТА.
Температура, на которую нагревается теплоноситель составляет 35° С. (Разность температур в трубе подачи и «обратки». Определяется замером во время работы системы отопления). Подставляя искомые значения в формулу (4) получаем28500/(0,8×1,163×35) = 874,5 кг
Эта цифра означает, что для сохранения тепла, выработанного котлом необходимо иметь 875 кг теплоносителя. Для этого понадобится буферная емкость для всей системы объемом 0,875 м3. Такие облегченные расчеты позволяют легко выбрать теплоаккумулятор для котлов отопления.
Ключевые функции теплонакопителей
Принцип работы теплоаккумулятора
Теплоаккумулятор имеет множество полезных функций, в числе которых:
- обеспечение пользователя горячей водой;
- нормализация температурного режима в обогреваемых помещениях;
- повышение показателей полезного действия отопительной системы с одновременным уменьшением расходов на обогрев;
- возможность объединения нескольких тепловых источников в единый контур;
- накопление лишней энергии, которую вырабатывает котел и т.д.
При всех своих преимуществах теплоаккумуляторы имеют всего 2 недостатка, а именно:
- ресурс накапливаемой теплой жидкости напрямую зависит от объема используемого бака, но при любых обстоятельствах он остается строго ограниченным и заканчивается довольно оперативно, поэтому нужно обязательно продумать вопрос обустройства дополнительной системы нагрева;
- более объемные накопители требуют достаточно много места для установки, к примеру, котельного помещения.
Бак-теплоаккумулятор для твёрдотопливного котла WIRBEL CAS-500Устройство для эффективной работы твердотопливного котла и зарядки теплового аккумуляторного бакаСхема установки
Расчет объема теплоаккумулятора
При расчете теплоаккумулятора для твердотопливного котла нужно выбрать наиболее подходящий накопитель тепла по следующим показателям:
- Количества тепла, необходимое для отопления дома.
- Продолжительности простоя котла.
Например, для отопления дома площадью в 200 кв. м. и ГВС с косвенным бойлером на 50 л нужно создавать 33 кВт/час тепла. Если котел будет простаивать 6 часов, то теплоаккумулятор должен отдать за это время 33*6 = 198 кВт. До выключения прибора он должен накопить такое количество тепла.
По системе отопления может циркулировать теплоноситель с температурой 65, 70 или 85 °С. Пусть в схему радиаторов будет поступать вода, нагретая до 70 °С. Из котла может поступать вода, нагретая до 110 °С. Ее температура будет составлять 95 °С. Такую же температуру будет иметь нагретая вода в теплоаккумуляторе. Разница температур составляет 25 °С.
При охлаждении до такой температуры 1 л воды потеряет 0,0012*1*25 = 0,03 кВт. Цифра 0,0012 является удельной емкостью воды, выраженной в кВт/(кг*°С). Цифра 1 – это вес 1 л воды. Чтобы накопитель тепла смог отдать 198 кВт, нужно, чтобы его объем составлял 198/0,03 = 6 600 л. Это составляет 6,6 куб м. Такой объем имеет цилиндр высотой 2,5 м и диаметром 1,8 м.
Создаем теплоаккумулятор своими руками
На рисунке-схеме показан самый распространенный вариант подключения теплового аккумулятора в систему автономного отопления.
На первый взгляд сложно в конструкции накопительного бака ничего нет. Большая стальная емкость, в которую помещены змеевики. Однако сложность работы в домашних условиях кроется именно в тонкостях и в нюансах.
Этап первый — теоретический
Начинать работу следует с поиска необходимой емкости. Потребуется резервуар достаточно большой вместимости и объема. Чем больше, тем лучше. Конечно, не стоит вдаваться в крайности и гнаться за огромными размерами вашего будущего детища. В противном случае, вы встанете перед проблемой, как втиснуть громоздкое устройство внутрь котельного помещения.
На данном этапе помимо поиска и подбора, соответствующих комплектующих и деталей конструкции, придется заняться теоретическими расчетами для определения оптимального в данном случае объема бака. Расчёт емкости теплоаккумулятора для домашнего твердотопливного котла поможет вам в дальнейшем разобраться с размещением агрегата в котельной, подскажет каким образом осуществить обвязку оборудования. Для начала определим объем емкости самым простым способом, в котором ключевое место занимают физические законы.
Располагая исходными данными:
- тепловая мощность, необходимая для обогрева жилых помещений дома;
- промежуток времени, в течение которого твердотопливный котел будет остановлен и его место в снабжении системы отопления горячей водой займет теплоаккумулятор.
Дальнейшие действия рассмотрим на примере:
Площадь дома примерно 100 м2, твердотопливный котел простаивает в ночное время 5 часов. Берем среднюю тепловую мощность для обогрева дома в 10 кВт.
Исходя из этого, ясно, что тепловой аккумулятор должен выдавать в систему до 10кВт тепловой энергии. За все время простоя нагревательного агрегата это значение составит 50 кВт. Эти расчеты проводятся с учетом того, что вода в накопительной емкости нагрета до температуры 90 С. а в отопительном контуре не более 60 С. Разница температур составляет 30 градусов. Исходные данные подставляем в формулу:
Q = cmΔt Если нам интересно количество воды, которая должна поступать в бак, то формула примет иной вид m = Q / c Δt, где:
Q — расход тепловой энергии, требуемый для обогрева дома плоащадью 100 м2 (в нашем случае 50 кВт);
c — удельная теплоемкость воды 4.187 кДж/кг. (0,0012 кВт/кг)
Δt – разность между температурой котловой воды в емкости и в радиаторах отопления (30С)
Получаем 50 /0,0012 х 30 = 1,388 кг, что означает, ориентировочный объем бака для теплоаккумулятора должен составлять 1,4 м3. Соответственно тепловой накопитель для вашего твердотопливного агрегата должен быть не меньше 1,4 куб. метров.
Этап второй — технологический
Сделав необходимый расчет, занимайтесь подбором соответствующей емкости. В качестве основного корпуса можно использовать баки для подогрева воды, используемые в столовых и предприятиях общественного питания. Обычно такие приспособления изготавливаются из нержавеющей стали. Если вам не удалось найти подобные предметы, используйте для своих целей любые стальные емкости, желательно с крышкой. При одном условии: стенка резервуара не должна быть тонкой (минимум 4-5 мм).
Более перспективный вариант — металлическая бочка. Для установки в загородном доме оптимальный объем емкости – 1000 литров. Большие резервуары, более 5 м3 необходимо оснастить ребрами жесткости. Грамотная установка и расположение бака позволят в дальнейшем, при возросшей металлоемкости, занять агрегату необходимую устойчивость. Для простоты изготовления бака с нуля, выбирайте прямоугольную форму.
В случае работы с бочкой, нужно врезать в корпус патрубки, по количеству змеевиков. Змеевики делаются из стальных водопроводных труб. В данном случае необходимо создать как можно большую поверхностную площадь, через которую будет происходить отъем тепловой энергии. Готовые теплообменники изнутри привариваются к патрубкам. Сколько теплообменников, соответственно и столько пар патрубков, на вход и на выход.
Заключение
После того, как вы сделали накопительную емкость, сумели сделать правильную обвязку, надо заняться теплоизоляцией агрегата. Изготовленный из металла теплоаккумулятор, без должной изоляции будет раздавить драгоценное тепло направо и налево. Здесь можно использовать любые подручные материалы, начиная с минеральной ваты, заканчивая пенополистиролом.
Свой тепловой аккумулятор вы можете утеплить, как вам угодно. Главное, что бы емкость выполняла задачу термоса, теплообмен между стенками накопителя и атмосферным воздухом отсутствовал. Когда у вас стоит одноконтурный котел с естественной циркуляцией, утепление накопительной емкости должно быть усиленным. В противном случае (чердак одно из самых холодных мест в доме), ваш котел будет постоянно работать с повышенной нагрузкой, а система отопления будет пополняться уже остывшим теплоносителем.
