Использование теплового аккумулятора в отоплении

Достаточно большое количество домовладельцев в последние годы всё чаще устанавливают тепловые аккумуляторы в домовые системы отопления. В данной статье мы разберёмся, что собой представляют эти аккумуляторы, зачем они нужны, каково их устройство, где рационально их использовать, как подобрать оборудование и внедрить в отопительную систему.

Если вы используете электрический теплогенератор, подключённый через многотарифный счетчик, то целесообразней нагревать воду в ночное время, когда электричество стоит существенно меньше. В отличие от ситуации с твердотопливным котлом, который нагревает зачастую днем, электрические котлы в нашем случае должны работать ночью, а днем, когда электрическая энергия стоит больше, система отопления должна работать на сохраненном аккумулятором тепле. Тепловой аккумулятор способен выдавать в систему горячий теплоноситель даже тогда, когда электрический теплогенератор находится в выключенном состоянии.

Важно. Чтобы тепловой генератор смог нормально работать в паре с тепловым аккумулятором, он должен иметь как минимум полуторный запас, а лучше – больший, по тепловой мощности. Если этот показатель будет меньшим, то котел может не справиться с одновременным нагревом теплоносителя и в аккумулирующей ёмкости, и в системе отопления.

Тепловые аккумуляторы также незаменимы в теплицах. Днем температура в закрытых теплицах подымается, и их часто специально проветривают, чтобы не было сильно жарко растениям. В ночное же время, теплицы нуждаются в обогреве, поскольку температура окружающей среды падает, и растения могут замерзнуть. Чтобы аккумулировать солнечную энергию и использовать её ночью, во многих теплицах используют популярный тепловой аккумулятор под названым Лежебока, который по форме и размерам отличается от традиционных моделей для котлов. Лежебока – черный рукав из полимерных материалов, который укладывается прямо на грядке. Внутри этого рукава – вода, нагретая солнечной энергией. В ночное время аккумулированная таким образом тепловая энергия обогревает грунт теплиц, не давая растениям замерзнуть. Также в теплице можно поставить бочки, заполненные водой. Эти бочки смогут поглощать немалое количество тепловой энергии днем. Желательно, чтобы эти бочки были окрашены в черный цвет.

Правильный расчёт характеристик теплового аккумулятора

Во многих магазин можно приобрести уже готовые к использованию тепловые аккумуляторы, остается лишь произвести монтаж и запустить отопительную систему. Также аккумулирующую ёмкость можно сделать и самостоятельно, имея материалы и соответствующие инструменты. Однако как в первом, так и во втором случае, нужно правильно подобрать размеры бака. Но какая вместительность бака будет оптимальной? Чтобы не переплатить за огромный резервуар, но и не установить маленький бак, который не будет справляться со своими обязанностями. Чтобы избежать подобных проблем, лучше всего провести довольно простой расчет аккумулятора тепла. Перед тем, как перейти к непосредственному расчёту оптимального объема резервуара, нужно рассчитать квадратуру дома и вычислить его тепловые потери. Также нужно определиться с продолжительностью работы и бездействия отопительного котла.

В качестве примера рассчитаем необходимую вместительность аккумуляторного резервуара для дома площадью 100 м2, на нужды обогрева которого уходит 10 кВт тепла. Примем, что усредненная температура воды (теплоносителя) в отопительной системе дома – 600С, а тепловой генератор пребывает в выключенном состоянии около 6 часов в сутки. Во время простоя котла, тепловой аккумулятор за один час должен отдавать 10 кВт. То есть, аккумулятор в сутки должен отдавать 10 (кВт) × 6 (ч) = 60 (кВт). Соответственно, аккумулятор должен накапливать 60 кВт тепла.

Для эффективной работы аккумулятора необходимо обеспечить как можно большую температуру теплоносителя, который в него закачивается. В качестве примера рассмотрим вариант с температурой теплоносителя равной 900С. Итак, теперь мы можем вычислить необходимую вместительность резервуара по формуле:

m=Q/0,0012Δt

В этой формуле приняты следующие обозначения:
• Q – количество тепловой энергии, накапливаемой в баке. В нашем случае этот параметр равен 60 кВт;
• 0,0012 – удельная теплоемкость воды, табличная величина. Измеряется в кВт/кг0С;
• Δt – разница между максимально возможной температурой воды в резервуаре (в нашем случае – 900С) и температурой в системе отопления.

Подставляем значения всех параметров в формулу и получаем: 60/0,0012(90-60)=1667 (кг) воды. Полученный результат для удобства переводим в объем и получаем, что искомая нами вместительность резервуара равна около 1,7 м3. Но при этом следует учесть, что в расчетах учитывали работу аккумулятора при минимальных температурах на улице, но такие заморозки обычно держатся не особенно долго. К тому же, в рассмотренном нами случае за 6 часов температура в баке снизится до 600С, но в случае отсутствия холодов можно и дальше использовать аккумулятор, пока температура воды не снизится до 400С. Учитывая всё вышесказанное, можно сделать вывод, что при 6-ти часовом простое котла для системы отопления дома площадью 100 м2 вполне достаточно аккумуляторного бака вместительностью 1,5 м3.

Изготовление аккумуляторной ёмкости своими руками

Как мы уже говорили выше, можно купить уже готовые тепловой аккумулятор нужного объема, а можно и сделать бак своими руками. Из наведенного примера выше становится очевидным, что в отопительных системах домов в качестве аккумуляторов тепла не имеет смысла использовать обычные бочки объемом 200 литров, поскольку такие аккумуляторы не справятся со своим предназначением, и их установка не даст желаемых результатов. Главное, правильно подсчитать вместительность бака, чтобы его хватило для работы системы, и уже потом выбирать варианты изготовления ёмкости.

Зачастую в магазинах представлены цилиндрические аккумуляторы тепла, но для экономии места и большего удобства в котельной, лучше выбирать баки прямоугольной формы. Да и изготовить цилиндрический бак самостоятельно будет не так уж и просто. Ёмкость желательно изготавливать из нержавейки, однако в случае отсутствия такой возможности можно обойтись и обычным металлом. Что касается размеров создаваемой ёмкости, то здесь нужно отталкиваться от вычисленного вами значения оптимальной вместительности бака и геометрией котельной, чтобы бак можно было удобно установить в помещении, и он занимал при этом как можно меньше места.

В верхней и нижней части создаваемого резервуара необходимо предусмотреть патрубки, с помощью которых бак можно будет присоединить к системе. Конструкцию желательно упрочнить с помощью ребер жесткости, а можно обойтись и обычными перемычками. Благодаря этому ёмкость не только будет более надежной, но и её стенки не будут выпирать под немалым давлением воды.

Когда резервуар готов к эксплуатации, его нужно утеплить, чтобы он лучше выполнял свои обязанности и лучше сохранял тепло. В качестве утеплителя можно использовать минеральную вату в плитах плотностью от 105 кг/м3 или листы пенопласта плотностью от 15 кг/м3 до 25 кг/м3. Специалисты рекомендуют создавать утеплительный слой бака толщиной 100 мм. Обратите внимание, что утеплять бак нужно со всех сторон, включая и низ. Устанавливать конструкцию желательно на фундамент, поскольку металлический бак немалых размеров, да еще и заполненный водой, будет иметь немалый вес.

Совет. Если в вашем доме вы планируете создать отопительную систему самотечного типа, то аккумуляторный бак, утепленный со всех сторон, для неё лучше установить на металлическую подставку. Это позволит поднять емкость выше уровня радиаторов, что является немаловажным условием работы системы отопления с естественной циркуляцией.

Как подключить аккумуляторную ёмкость к системе отопления

Когда резервуар создан и утеплен или куплена уже готовая ёмкость, её нужно установить на постоянное место эксплуатации. Теперь резервуар нужно подключить к трубопроводной сети. На рисунке ниже представлена наиболее распространенная схема подключения аккумуляторного бака:

Если создавать систему отопления с аккумулятором тепла по этой схеме, то потребуется установить два насоса и два трехходовых клапана. Каждый из насосов будет обеспечивать в отдельных контурах циркуляцию теплоносителя, а благодаря клапанам будет выдерживаться необходимое значение температуры теплоносителя. При пуске холодной воды в твердотопливном котле может появиться конденсат, что может привести к неприятным последствиям. Именно поэтому, в контуре котла устанавливается клапан, который пропускает в теплогенератор воду температурой не меньше 550С.

Чтобы подавать конечным потребителям теплоноситель нужной температуры, на выходе из аккумуляторной ёмкости устанавливается смесительный узел. Управлять клапаном можно как вручную, что, правда, не совсем удобно, так и автоматически с помощью температурного датчика или терморегулятора. Если в вашей системе работает электрический тепловой генератор, что эту схему можно существенно упростить, поскольку в отличие от твердотопливных котлов, электрический теплогенератор невосприимчив к появлению конденсата.

Заключение

Установка теплового аккумулятора помогает владельцам твердотопливных котлов существенно упростить себе задачу обогрева помещений, поскольку отпадает необходимость в регулярной загрузке топлива в камеру. Постоянно подбрасывать уголь или дрова в камеру сгорания, когда предыдущая партия догорела, иногда довольно проблематично. А тепловой аккумулятор избавит вас от подобных забот, и вы сможете побрасывать топливо тогда, когда вам удобно. Более того, установка аккумуляторного бака поможет использовать котел при максимальном КПД, что также принесет свои плоды в виде немалой экономии энергоресурсов. Для владельцев электрических котлов, тепловой аккумулятор также станет незаменимым помощником, поскольку благодаря нагреву воды в ночное время, когда электричество существенно дешевле, обеспечивается немалая экономия.