Как сделать систему отопления с аккумулятором тепла

В настоящее время, период постоянного повышения цен на основные виды энергоносителей, вопрос энергосбережения и использования высокоэкономичных отопительных систем приобретает особую актуальность. Особенно важна экономичность систем отопления для загородных коттеджей, которые в качестве источника тепла используют котлы на жидком или твердом топливе.

Обычно система отопления частного дома включает:

• отопительный котел, работающий на различных видах топлива или от электричества;
• систему магистральных трубопроводов;
• отопительные радиаторы (конвекторы).

Для повышения энергетической эффективности и снижения расхода топлива в современные системы отопления включают тепловые аккумуляторы (теплоаккумуляторы). Это устройство представляет собой емкость большого объема, которая включается в систему отопления имеющее различную конструкцию и реализующее разные способы теплообмена.

Сегодня промышленность выпускает для бытовых целей разнообразные устройства для аккумулирования тепловой энергии. Однако большинство из них имеют высокую стоимость, достаточно сложное подключение и необходимость врезки в систему отопления дополнительных устройств (циркуляционных насосов, датчиков температуры, ручных и управляемых вентилей, а также других приспособлений).

В то же время сегодня имеется достаточное число самодельных конструкций теплоаккумуляторов, которые под силу изготовить и подключить своими руками. При этом стоимость их при самостоятельном изготовлении будет значительно дешевле, а по своим функциональным возможностям они ненамного уступают заводским конструкциям.

Назначение и функциональные возможности теплового аккумулятора

Использование теплоаккумуляторов оправдано не для всех типов систем. На Западе они часто применяются в составе гелиобогревателей. В российских частных домах они преимущественно используются в следующих двух случаях:

• при подключении электрического отопительного котла к многотарифному счетчику, когда в ночное время электрообогреватель включен на полную мощность и аккумулятор эффективно накапливает тепло, а днем отопление жилого помещения происходит за счет накопленной энергии, а котел включается лишь для поддержания определенного уровня температуры;
• при отоплении жилища котлом на твердом топливе, когда за счет накопленной днем тепловой энергии постоянной подброски каменного угля или дров ночью не требуется и работа отеплителя производится в экономичном режиме.

Кроме того, включение теплового аккумулятора в систему отопления позволяет значительно расширить ее функциональные возможности, главными из которых можно считать:

• реализацию обеспечения жилых помещений горячим водоснабжением;
• стабилизацию температурного режима и микроклимата жилых помещений;
• значительное повышение энергоэффетивности работы системы отопления, что дает возможность сокращать затраты на использование энергоносителей;
• позволяет объединить несколько разнотипных нагревателей в единую отопительную систему;
• реализацию возможности накопления избыточной тепловой энергии, вырабатываемой нагревательным котлом.

Аккумуляторы тепла: виды

Реализуемые буферные емкости выполняют практически идентичную функцию, но некоторые конструктивные особенности все же присутствуют. Крупные производители на серийном уровне изготавливают теплоаккумуляторы трех видов:

1. С одним или сразу с несколькими змеевиками. Эти элементы обеспечивают более эффективное функционирование установки.
2. Пустотелые. В этом случае не предусмотрены внутренние теплообменники.
3. Наличие вмонтированных бойлерных емкостей небольшого диаметра. Эти элементы предназначены для работы установки горячего водоснабжения.

Качество отопления зависит от выбора отопительной системы и соблюдения правил монтажа. Лучше всего выполнять подключение оборудования посредством резьбовых отверстий, которые расположены во внешнем корпусе.

Конструкции теплоаккумуляторов заводского изготовления

Тепловые аккумуляторы, изготовленные промышленным способом, представляют собой стальной бак (обычно цилиндрической формы) во внутренней полости которого размещены один или несколько змеевиков по которым осуществляется циркуляция теплоносителя основного и дополнительного контуров отопления.

Некоторые системы имеют дополнительный подогрев воды, который обеспечивается размещенными внутри теплоэлектронагревателями. Заводские теплоаккумуляторы имеют различные устройства автоматики и контроля нагрева воды.

Самостоятельное копирование подобных устройств в домашних условиях достаточно проблематично и обойдется ненамного дешевле его стоимости в магазине. Самыми сложными элементами являются змеевики, изготавливаемые из нержавеющих или медных трубок, навивка которых является достаточно сложной задачей при решении ее в домашних условиях.

Не менее сложны и вопросы герметизации выходных штуцеров, к которым подключается система отопления, и их уплотнение. Теплоизоляция аккумуляторного бака также является серьезной проблемой.

Ниже будет описана конструкция аккумулятора тепловой энергии, которая вполне пригодна для повторения в домашних условиях. Принцип его работы заключается в следующем:

• теплоноситель, во время работы отопительного котла на полную мощность, частично направляется в теплоаккумулятор;
• после отключения котла нагретый теплоноситель из теплоаккумулятора, циркулируя по трубопроводам отопления, обеспечивает обогрев жилых помещений;
• если разместить внутри корпуса устройства дополнительный змеевик и подключить его к обычной водопроводной магистрали, будет обеспечено горячее водоснабжение жилого помещения;
• переключение работы системы отопления при питании от отопительного котла или от теплоаккумулятора обеспечивается специальной запорно-регулирующей арматурой, которая может срабатывать автоматически или переключаться вручную.

Схема подключения теплоаккумулятора

СО – система отопления. 1 – автоматический распределитель теплоносителя;

2 – циркуляционный насос; 3; 4; 5 – запорно-регулирующая арматура;

6;7 – датчики температуры.

Подключение теплоаккумулятора

• Что такое теплоаккумулятор
• Способы подключения
• Выбор оборудования

Кроме того, при внезапном прекращении подачи электроэнергии потерявшее контроль оборудование может довести теплоноситель до вскипания в рубашке, вследствие чего она может разрушиться. К счастью, все эти проблемы реально решить, произведя подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу.

Что такое теплоаккумулятор

По сути, теплоаккумулятор представляет собой емкость, в которую помещается довольно большое количество воды. Этот бак имеет наружный утеплительный слой, что позволяет нагревшемуся теплоносителю не остывать на протяжении долгого времени. Естественно, это происходит при условии, что емкость размещена в помещении — если поставить ее снаружи дома, то теплопотери будут довольно значительными, и использование данного оборудования потеряет всякий смысл.

Что касается помещения, в котором будет размещен теплоаккумулятор, то для этого подойдет как котельная с твердотопливным оборудованием, так и просто отдельная комната. Но тут следует учесть несколько важных факторов:

• размер емкости очень велик, поэтому помещение должно быть соответствующей площади; Первый — предусмотреть обустройство усиленного фундамента под тем местом, где будет установлен бак. Второй вариант — в случае отсутствия вышеуказанной возможности можно приобрести вместо одного большого оборудования два поменьше, и установить их в разных помещениях. Таким образом, и обычный пол выдержит, и нужный объем будет получен.
• вес оборудования тоже вызывает уважение — разместить большой теплоаккумулятор на обычном полу не получится, поскольку это грозит разрушением последнего. Поэтому, если вам нужна именно вместительная емкость, есть два варианта решить проблему.

Расчет объема бака

Обычно, в рекомендациях по самостоятельному изготовлению тепловых аккумуляторов для отопления частных домов, объем его бака принимают более 150,0 литров. Однако от этого параметра зависит место размещения и занимаемая баком площадь, поэтому целесообразно определить расчётным методом объем воды, необходимой для обогрева помещения, который должен вмещать бак аккумулятора тепловой энергии.

Исходными данными для расчета являются следующие данные:

Q – удельная тепловая мощность, необходимая для обогрева помещения киловатт-часов; Т – время работы теплоаккумулятора в сутки, часов

t1 – температура теплоносителя на входе в отопительную систему, °С;

t2 – температура теплоносителя на выходе из системы, °С;

m – масса воды, килограмм;

с – тепловая константа (удельная теплоемкость теплоносителя).

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Q×T = c×m×(t1– t2) (1)

Решая это уравнение относительно массы m получим формулу:

m = Q×T/[c× (t1– t2)] (2)

На отопление частного дома, с обогреваемой площадью 100,0 квадратных метров требуется затрачивать 10,0 киловатт тепловой энергии каждый час. Пусть предполагается работа теплоаккумулятора при отключённом отопительном котле в течении 5,0 часов в стуки. Температуру теплоносителя на входе принимаем – t1=80,0°С; на выходе t2=30,0°С. Если в системе циркулирует вода, то ее удельная теплоёмкость с = 0.0012 киловатт деленные на килограмм и на градус Цельсия. Подставляя исходные данные в формулу 2 получит необходимую массу воды:

m = 10,0×5,0/[0,0012×(80,0-30,0)] = 833,33 килограмма

Таким образом емкость бака теплоаккумулирующего устройства должна быть не менее 850,0 литров. Учитывая тепловую инерцию отопительной системы в целом и допускаемое снижение температуры теплоносителя устройство сможет работать в инерционном режиме дополнительно еще 2,0…3,0 часа.

При этом следует учитывать, что тепловая мощность обогревающего котла, для нормального функционирования системы теплоаккумулирования, должна превышать потребную для обогрева помещения тепловую мощность на 30,0%…50,0%.

Как устроен?

Это большого объема резервуар, имеющий эффективную термоизоляцию, подключаемый между контурами источника (или нескольких) тепла и системой отопительной.

Наиболее простой теплоаккумулятор состоит из:

• бака большой емкости, располагаемого вертикально, и снабженного четырьмя патрубками, находящимися по обе стороны – по два с каждой;
• подключают 2 из них к КТТ;
• еще 2 (с противоположной стороны) — к контуру отопительной системы.

Загрузив топливо, контур разжигают, а насос циркуляционный (Nk) через теплообменник начинает перекачивать воду, выступающую в роли теплоносителя. Холодной она подается в нижнюю часть, а в верхнюю поступает уже подогретой до определенной температуры.

В баке не происходит ее перемешивания благодаря разным показателям плотности ее в горячем и уже остывшем состоянии. Во время, когда прогорает полностью закладка, теплоносителем заполняется ТА.

При точно сделанном расчете, после этого, подогретой водой заполнена оказывается вся емкость. Подогрев воды достигает расчетной температуры.

Вся топливная потенциальная энергия затем преобразуется в тепловую, скапливающуюся в ТА, за исключением потерь, предусмотренных для котла расчетным КПД.

Благодаря высококачественной изоляции в баке температура на одном уровне поддерживается достаточно долго – до несколько часов, а то и дней.

Общие рекомендации по изготовлению бака

Для изготовления теплоаккумулятора можно приобрести готовую металлическую емкость подходящего объема. Прекрасно подойдут баки для воды, предназначенные для полива садово-огородных участков. Некоторые рекомендуют использовать пластмассовые емкости (типа еврокуба или септика).

Однако при выборе пластиковых сосудов, даже рассчитанных на температуру эксплуатации до 80,0С…90,0С следует знать, что надежность всей системы резко падает, и вряд ли какому хозяину будет приятно оказаться зимой без отопления с разлитым в помещении кубометром воды.

Идеальным решением будет являться самостоятельное изготовление. При этом зная объем бака и площадь помещения, где он будет размещаться нетрудно самостоятельно определить габариты. Для изготовления подойдет листовая сталь толщиной не менее 2,0 миллиметров.

При этом никаких сложностей с монтажом (приваркой) входных и входных штуцеров не будет. Если изготовить бак в форме параллелепипеда или куба значительно облегчатся работы по его дальнейшей теплоизоляции.

Утепление корпуса устройства

Для повышения энергоэффетивности теплоаккумулирующего устройства и снижения тепловых потерь через стенки корпуса в атмосферу его необходимо утеплить. Идеальным теплоизолирующим материалом считается листовой пенопласт, толщина которого 100,0 миллиметров.

При этом плотность материала должна быть не ниже 25,0 килограммов на метр кубический (марки пенопласта «ПСБ-С 25» и выше). Он легко обрабатывается, режется по размерам и в нем без затруднений можно вырезать отверстия под штуцера. Крепят пенопласт (пенополистирол) к наружным стенкам при помощи клея.

Можно использовать и рулонную минеральную вату (материал «ISOVER»), плотностью 135,0…145,0 килограммов на метр кубический. Однако этот материал несколько сложнее крепить к стенкам (особенно к днищу бака). Однако минераловатные рулоны более оптимальны при утеплении емкостей цилиндрической формы.

Недостатки теплоаккумулирующих устройств

К недостаткам теплоаккумуляторов следует отнести:

• значительное увеличение объема теплоносителя, что заставляет использовать в качестве его только воду;
• необходимость наличия значительного резервного объема воды, что делает выбор конструкций с дополнительным обогревом при помощи теплоэлектронагревателей более предпочтительным;
• емкость и габариты бака без дополнительного электроподогрева требуют значительной площади, что обычно решается путем обустройства мини котельной.

Как вам статья?

Сергей

Задавайте свои вопросы эксперту в комментариях

Задать вопрос