При проектуванні системи опалення основні цілі - це комфорт і безвідмовність. У будинку повинно бути тепло і затишно, а для цього в радіатори завжди повинен надходити гарячий теплоносій без затримок і стрибків температури.
З твердопаливним котлом це складно реалізувати, адже не завжди вдається вчасно заправити нову порцію дров або вугілля, а процес горіння сам по собі нерівномірний. Виправити ситуацію допоможе теплоаккумулятор для котлів опалення.
З простою конструкцією і принципом дії він здатний позбавити від цілого ряду незручностей і недоліків класичної схеми опалення.
Навіщо потрібен
Теплоаккумулятор є добре утеплений резервуар великої місткості, наповнений теплоносієм, водою. За рахунок високої теплоємності води при нагріванні всього обсягу в ємності акумулюється значний запас теплової потужності, яку можна використовувати за призначенням в той час, коли котел не справляється або зовсім не діє.
Це найпростіше визначення теплоаккумулятора, однак, призначення та область застосування у нього набагато ширше.
Теплоаккумулятор фактично підвищує обсяг теплоносія в контурі опалення, теплоємність і відповідно інертність всієї системи. Для нагріву всього обсягу буде потрібно більше енергії і часу при обмеженій потужності опалення, але і остигати акумулятор буде дуже довго. За необхідності гаряча вода з акумулятора може подаватися в контур опалення і підтримувати комфортну температуру в будинку.
Щоб оцінити переваги теплоаккумулятора, найпростіше розглянути для початку кілька ситуацій:
- Твердопаливний котел лише періодично підігріває воду. У момент розпалу потужність мінімальна, під час активного горіння потужність зростає до максимуму, після прогорання закладки вона знову спадає і так цикл повторюється. В результаті температура води в контурі постійно коливається в досить великому діапазоні;
- Для отримання гарячої води потрібна установка додаткового теплообмінника або зовнішнього бойлера з непрямим нагрівом, що істотно позначається на роботі контуру опалення;
- До системи опалення, побудованої навколо твердопаливного котла, підключити додаткові джерела тепла гранично складно. Буде потрібно складна розв'язка, бажано з автоматичним управлінням;
- Твердопаливний котел, навіть тривалого горіння, постійно вимагає уваги користувача. Варто пропустити час закладки нової порції палива, як теплоносій у контурі опалення вже починає остигати, як і весь будинок;
- Часто максимальна потужність котла буває надмірною, особливо навесні і влітку, коли не потрібно максимальна віддача.
Рішенням для всіх перерахованих вище ситуацій стає теплоаккумулятор, притому безкомпромісним і найдоступнішим в плані реалізації і вартості. Він виступає в ролі вузла розв'язки між твердопаливним котлом і контуром (-ами) опалення і відмінною базовою площадкою для включення додаткових функцій.
За конструкцією теплоаккумулятор може бути:
- «Порожнім» - проста утеплена ємність з прямим підключенням;
- зі змійовиком або регістром труб в якості теплообмінника;
- з вбудованим бойлерних баком.
З повним «обвісом» теплоаккумулятор здатний:
- Накопичувати і зберігати значний обсяг теплової енергії, в першу чергу надлишкову, з подальшою віддачею його в контур опалення. Навіть якщо припустити одну або дві заправки дров, і котел зупиниться, температура в будинку опуститься всього на пару градусів. Для електрокотлів є можливість встановити розклад, за яким трата електроенергії буде відбуватися тільки вночі за зниженим тарифом, тоді як днем тепло надходитиме від теплоаккумулятора;
- При наявності нижнього теплообмінника - підключати додаткові джерела тепла, сонячний колектор, запасний котел, що працює на газі або дизпаливі, геотермальний тепловий насос;
- З вмонтованими ТЕНами використовуватися в якості запасного джерела тепла на випадок, якщо твердопаливний котел не працює або відключений для профілактики і ремонту;
- При наявності верхнього теплообмінника - для підключення контуру ГВС або бойлера непрямого нагріву. Деякі моделі теплоаккумуляторов замість теплообмінника забезпечуються готовим бойлером, розміщеним всередині основної ємності;
- Реалізувати додатковий захист в системах з примусовою циркуляцією на випадок відключення електроенергії, не допускаючи перегріву води в котлі. Розглядаючи ємність як вузол гідроразвязкі, його можна підключити за змішаною схемою з котлом, вище нього і трубами більшого діаметра для підтримки природної циркуляції. В цей же час роздача по радіаторів буде здійснюватися насосом в примусовому порядку.
Навіть якщо електрику відключено або циркуляційний насос вийшов з ладу, то вода в казані не закипить, а буде циркулювати в малому контурі, зав'язаному на теплоаккумуляторе.
Принцип дії теплоаккумулятора
Потужність, що накопичується теплоаккумулятором (ТА), розраховується виходячи з обсягу ємності, точніше маси рідини в ній, питомої теплоємності рідини, використовуваної для його наповнення, і різниці температур, максимальної, до якої може нагріватися рідина, і мінімальної цільової, при якій ще може здійснюватися паркан тепла від теплоаккумулятора до контуру опалення.
- Q = m * С * (T2-T1);
- m - маса, кг;
- С - питома теплоємність Вт / кг * К;
- (Т2-Т1) - дельта температур, кінцевою і початковою.
Якщо вода в казані і відповідно в ТА нагрівається до 90ºС, а нижній поріг береться рівним 50ºС, то дельта дорівнює 40ºС. Якщо брати в якості наповнення ТА воду, то одна тонна води при охолодженні на 40ºС виділяє приблизно 46 кВт * годин тепла.
Енергії, що запасається повинно вистачати для цільового використання теплоаккумулятора.
Для вибору необхідного обсягу теплоаккумулятора необхідно визначити:
- Час, протягом якого повинно вистачати накопиченої енергії в ТА для покриття тепловтрат будинку;
- Час, за яке повинен нагріватися теплоносій в ТА;
- Потужність основного джерела тепла.
Для періодичної роботи котла протягом доби
Якщо він потрібен для перекладу роботи котла тільки на нічний або денний режим, коли тепло надходить протягом обмеженого часу, то потужності ТА повинно вистачати для перекриття тепловтрат будинку за час, що залишився. У той же час потужності котла повинно вистачати для нагріву ТА у встановлений термін і знову-таки для обігріву будинку.
Припустимо, що використовується твердопаливний котел з закладкою дров тільки вдень протягом 10 годин, розрахункові тепловтрати будинку для самого холодного періоду року становлять 5 кВт. У добу потрібно 120 кВт * годин для повного опалення.
Акумулятор при цьому використовується протягом 14 годин, це означає, що в ньому необхідно акумулювати 5кВт * 14часов = 70 кВт * годин тепла. Якщо брати в якості теплоносія воду, то буде потрібно 1,75 тонни або ж обсяг ТА 1,75 м3. Важливо, що і котел при цьому повинен видати протягом всього 10 годин всю необхідну тепло, тобто його потужність повинна становити більше 120/10 = 12кВт.
Якщо теплоаккумулятор використовується в якості запасного варіанту на випадок виходу з ладу котла, то збереженої енергії повинно вистачити хоча б на добу або двоє для покриття всіх тепловтрат в будинку. Якщо в якості прикладу взяти все той же будинок на 100 м2, то для його обігріву потрібно 240 кВт * годин за дві доби, а теплоаккумулятор, наповнений водою, повинен мати обсяг не менше 5,3 м3.
Зате в цьому випадку не обов'язково ТА повинен нагріватися в короткий проміжок часу. Досить полуторного запасу по потужності котла, щоб накопичити потрібний обсяг тепла за тиждень або два.
Розрахунок приблизний, без урахування зниження теплової потужності радіаторів в залежності від температури теплоносія і повітря в приміщенні.
Схема підключення
У найпростішому випадку теплоаккумулятор включається послідовно між котлом і контуром опалення. Між ТА і котлом встановлюється циркуляційний насос, щоб гаряча вода надходила в верхню частину ТА, виштовхуючи холодну воду з нижньої частини в котел. Між ТА і контуром опалення встановлюється циркуляційний насос для забору гарячої води з верхньої частини і транспортування до радіаторів.
Однак при цьому істотно піднімається загальна теплоємність системи, і при початковому запуску опалення доведеться чекати, поки не нагріється весь обсяг ТА, перш ніж тепло дійде до радіаторів.
Ще один варіант включення - паралельно котла опалення. Даний варіант добре показує себе в поєднанні з гравітаційною системою опалення. Верхній відведення теплоаккумулятора під'єднується до найвищій точці раздатки, а в нижньому точк - до котла.
Недоліки ті ж, що і в першому випадку, нагрів відбувається всього обсягу теплоносія в системі і в ТА, що істотно збільшує час на запуск опалення.
З переваг тільки простота підключення і мінімум використовуваних елементів.
Схема включення з підмішуванням
Найкраще використовувати схему включення з підмішуванням або гідроразвязкой. Використовуються триходові клапани з термостатом. Теплоаккумулятор при цьому встановлюється як окремий елемент системи, паралельно контуру опалення.
Основна частина автоматики встановлюється на трубопроводі, що подає: триходовий клапан, термостати, група безпеки і т.д. За замовчуванням триходовий клапан спрямовує теплоносій від котла до радіаторів, поки температура в приміщенні не досягне необхідної позначки.
Схема підключення з підмішуванням
Як тільки необхідність в активному обігріві немає, клапан переводить частину теплоносія від котла до теплоаккумулятор, скидаючи зайве тепло.
При досягненні максимальної температури води в ТА і цільової температури в радіаторах, спрацьовує датчик, встановлений в котлі по перегріву, і він відключається. Поки ж потрібно обігрів або не прогрітий теплоаккумулятор, робота котла триває.
Якщо з якихось причин котел перестав видавати номінальну потужність або повністю виключився при зниженні температури на лінії подачі, вода з теплоаккумулятора подмешивается в контур опалення, заповнюючи тепловтрати системи.
Використовувати можна кілька триходових клапанів на роздачі і на звороті і групу термостатів. Як варіант, у продажу є готові збірки для підключення теплоаккумуляторов - блок автоматичного підмішування, наприклад LADDOMAT.
Своїми руками
При великому бажанні можна спорудити акумулюючі ємності своїми руками. В ідеалі вона повинна:
- з запасом витримувати номінальний тиск в системі;
- мати розрахунковий обсяг;
- бути захищеною від впливу корозії і високих температур;
- бути щільною.
Для виготовлення слід брати листову сталь, бажано нержавіючу товщиною не менше 3 мм, з огляду на загальне навантаження і тиск.
Стандартна форма ТА - високий циліндр з напівкруглим підставою і кришкою. Співвідношення діаметра і висоти підбирається приблизно 1 до 3-4, щоб сприяти кращому поділу тепла всередині ємності.
В цьому випадку з самої верхньої точки йде забір гарячої води до радіаторів. Трохи вище центру вода відводиться до контуру теплої підлоги, а в найнижчій точці ТА підключається зворотної лінії до котла опалення.
Самостійно зварити циліндричну ємність практично неможливо. Простіше звести паралелепіпед зі схожою конфігурацією і співвідношенням сторін. Всі кути слід додатково підсилити.
Для установки теплоаккумулятора слід підготувати спеціальну опорну площадку, фундамент, здатну витримати величезну вагу обладнання. Навіть сам по собі акумулятор може важити до 400-500 кг. Якщо ж його обсяг, наприклад 3 кубометра, то в наповненому вигляді його вага буде перевищувати 3,5 тонни.
російського виробництва
На російському ринку представлено не так багато теплоаккумуляторов вітчизняного виробництва, так як лише недавно вони стали активно впроваджуватися в системи автономного опалення.