Тепловой аккумулятор в системе отопления: знакомство с принципом работы, варианты исполнения и монтажа

Для чего нужны аккумуляторы тепла в системах отопления? Как они устроены? Каким образом при монтаже системы отопления своими руками включить теплоаккумулятор в общий контур? Давайте постараемся разобраться.

Герой нашей статьи на фото справа.

Первое знакомство

Что это такое — аккумуляторный бак для отопления?

В самом простом исполнении — высокая цилиндрическая или квадратного сечения емкость с несколькими патрубками на разной высоте от основания. Объем — от 200 до 3000 литров (наиболее популярны модели от 0,3 до 2 кубометров).

Список опций и вариантов исполнения достаточно велик:

• Количество патрубков может варьироваться от четырех до пары десятков. Все зависит от конфигурации отопительной системы и от количества независимых контуров.
• Тепловой аккумулятор водяного отопления может быть теплоизолированным. 5-10 сантиметров вспененного пенополиуретана многократно снизят нецелевые потери тепла в том случае, если бак располагается вне отапливаемого помещения.

Совет: даже если бак находится внутри дома и, казалось бы, его теплоотдача помогает радиаторам выполнять свои функции — теплоизоляция не помешает. Количество тепла, излучаемое баком объемом 0,3-2 кубометра, ОЧЕНЬ велико. В наши планы не входит организовывать круглосуточно работающую сауну.

• Материалом стенок может быть как черная сталь, так и нержавейка. Понятно, что во втором случае больше срок службы теплоаккумулятора, но выше и его цена. К слову, в закрытой системе вода быстро становится химически инертной, и процесс коррозии черной стали сильно замедляется.
• Бак может быть разделен на сообщающиеся секции несколькими горизонтальными перегородками. В этом случае расслоение воды по температуре внутри его объема будет более выраженным.
• На баке могут расположиться фланцы для монтажа трубчатых электронагревателей. Фактически, при достаточной их мощности гидроаккумулятор для систем отопления превратится в полноценный электрокотел.
• Теплоаккумулирующая емкость может снабжаться теплообменником для приготовления горячей питьевой воды. Причем это может быть и проточный пластинчатый теплообменник, и накопительный бак внутри основной емкости. По сравнению с количеством аккумулированного баком тепла затраты на нагрев воды в любом случае будут незначительными.
• В нижней части бака может располагаться дополнительный теплообменник для подключения солнечного коллектора. Именно внизу — чтобы обеспечить эффективную теплоотдачу от коллектора к аккумулирующей емкости даже при низкой его эффективности (к примеру, в сумерки).

Так теплоаккумулятор используется в системе солнечного отопления.

Функции

Несложно догадаться, что аккумуляторы тепла отопления нужны для того, чтобы накопить про запас тепловую энергию. Но ведь и без них вроде бы отопление работает, и неплохо. В каких случаях оправданно их применение?

Твердотопливный котел

Для твердотопливных котлов (с водяным контуром или без) наиболее эффективен режим работы, в котором топливо сгорает с минимальным количеством остатков (включая не только золу, но и кислоты, и деготь) и максимальным КПД — полная мощность. Регулировка мощности обычно осуществляется ограничением доступа воздуха в топку — с однозначными последствиями.

Однако утилизировать всю тепловую мощность — значит за короткое время раскалить радиаторы едва ли не докрасна, а потом дать им остыть. Такой режим крайне неэффективен, ведет к ускоренному износу труб, их соединений и обеспечивает некомфортный температурный режим в доме.

Тут на выручку и приходит система отопления с теплоаккумулятором:

• Вырабатываемое котлом на полной мощности тепло утилизируется для нагрева воды в емкости.
• После прогорания топлива вода продолжает циркулировать между накопительным баком и радиаторами, отбирая у него тепло ПОСТЕПЕННО.

Бонусом мы получаем куда более редкую растопку котла, что сэкономит нам и силы, и время.

Буферная емкость позволит твердотопливному котлу работать в оптимальном режиме.

Электрокотел

Чем выгодно теплоаккумулирующее отопление, когда в качестве источника тепла используется электричество? Ведь все современные электрокотлы умеют плавно или ступенчато регулировать мощность и не нуждаются в частом обслуживании?

Ключевое словосочетание — ночной тариф. Стоимость киловатт-часа при наличии двухтарифного счетчика может быть ОЧЕНЬ разной ночью, когда энергосистемы разгружены, и днем, в пик потребления.

Варьируя тарифы, энергетики распределяют потребление электроэнергии более равномерно; ну, а нам это на руку:

1. Ночью программируемый котел включается по таймеру и нагревает гидроаккумулятор для отопления до его максимальной рабочей температуры в 90 градусов.
2. Днем накопленная тепловая энергия используется для обогрева жилья. Расход теплоносителя для систем отопления дозируется путем регулировки производительности циркуляционного насоса.

Теплоаккумулятор в сочетании с двухтарифным счетчиком помогут ощутимо сэкономить на отоплении.

Многоконтурное отопление

Еще одна очень полезная функция накопительного бака — возможность одновременно с аккумуляцией энергии использовать его в качестве гидрострелки. Что это и зачем оно нужно?

Вспомните, что на корпусе высокого бака обычно находится более чем четыре патрубка. Хотя, казалось бы, вполне достаточно входа и выхода. На разных уровнях из накопительной емкости можно отбирать воду с разной температурой; в результате мы можем получить, что наиболее типично, высокотемпературный контур с радиаторами и низкотемпературное отопление — теплые полы.

Обратите внимание: насосы со схемами термоконтроля все же понадобятся. В разное время суток на одном и том же уровне бака температура воды будет сильно различаться.

Патрубки могут использоваться не только в качестве отводов для контуров отопления. Несколько котлов разных типов тоже могут быть подключены к теплоаккумулятору.

Подключение и тепловая емкость

Как выглядит система отопления с аккумулятором тепла?

Теплоаккумуляторы для отопления подключаются точно так же, как гидрострелки и, в общем-то, отличаются от них лишь теплоизоляцией и объемом. Они ставятся между подающим и обратными трубопроводами, ведущими от котла. Подача подключается к верхней части бака, обратка к нижней.

Вторичные контуры запитываются в зависимости от того, какая температура теплоносителя им требуется: высокотемпературное отопление отбирает воду в верхней части емкости, низкотемпературное — в нижней.

Принципиальная схема подключения.

Инструкция по расчету тепловой емкости опирается на несложную формулу: Q = mc(T2-T1), где:

• Q — накопленная теплота;
• m — масса воды в баке;
• с — удельная теплоемкость теплоносителя в Дж/(кг*К), для воды равная 4200;
• Т2 и Т1 — начальная и конечная температуры теплоносителя.

Скажем, теплоаккумулятор объемом два кубометра при дельте температур 20С (90-70) и использовании в качестве теплоносителя воды сможет накопить 2000кг (примем плотность воды за 1кг/л, хотя при 90С она чуть меньше) х4200 Дж/(кг*К)х20=168000000 Джоулей.

Что означает это количество энергии? Бак может отдать 168 мегаватт тепловой мощности в течение одной секунды или, что куда более реально, 5 киловатт в течение 33600 секунд (9,3 часа).

Заключение

Как обычно, больше о теплоаккумуляторах вы сможете узнать, просмотрев прикрепленное к статье видео (смотрите также схему водяного отопления частного дома).

Теплых зим!