Принцип работы теплоаккумулятора (буферной ёмкости) основан на использовании высокой теплоёмкости воды. Так, например 1 литр воды, остыв на 1°C, может нагреть 1м³ воздуха на 4°C.
Рассмотрим принцип работы аккумулятора тепла на примере простейшей конструкции буферной ёмкости без встроенного теплообменника, дополнительного бака нагрева воды и прочих принадлежностей. Такой теплоаккумулятор представляет собой ёмкость с четырьмя патрубками, два из которых находятся в верхней, а другие два в нижней части бака. Источником тепла будет твердотопливный котёл, а потребителем система отопления.
Подающий трубопровод от твердотопливного котла подключается к верхнему патрубку, а обратный к нижнему патрубку бака накопителя. В обратном трубопроводе устанавливаем циркуляционный насос, выкачивающий воду из бака. После, включаем циркуляционный насос и разжигаем котёл. Насос отбирает из нижней части теплоаккумулятора холодную воду и подаёт в котёл, горячая вода выходящая из котла попадает в верхнюю часть бака. Горячая вода легче холодной, поэтому интенсивного перемешивания воды в аккумуляторе тепла не происходит и насос будет отбирать из нижней части бака холодную воду до тех пор, пока весь бак не будет заполнен горячей водой. В случае с твердотопливным котлом объём теплоаккумулятора рассчитывают таким образом, чтобы его хватило для аккумулирования тепла, выделенного при сгорании разовой загрузки топлива.
Топливо прогорело, а бак аккумулятор заполнен горячей водой. Тепловая изоляция бака позволяет сохранить воду горячей на протяжении нескольких часов, или даже суток, поэтому тепло полученное вечером, можно использовать всю ночь или только утром. К моменту разбора тепла мы имеем полный бак горячей воды.
Ко второму верхнему патрубку присоединён подающий трубопровод, а ко второму нижнему обратный трубопровод системы отопления. Циркуляционный насос, установленный на обратном трубопроводе, подаёт воду в бак. В результате получился второй циркуляционный контур. После включения, циркуляционный насос системы отопления подаёт холодную воду в нижнюю часть бака, вытесняя в подающий трубопровод системы отопления из верхней части теплового аккумулятора горячую воду. Так как холодная вода тяжелее горячей интенсивного перемешивания в баке не происходит, и холодная вода остаётся в нижней части бака. Поэтому пока холодная вода не заполнит весь объём аккумулятора тепла, в систему отопления будет поступать горячая вода.
Время работы системы отопления на аккумулированном тепле зависит от мощности системы и объёма буферной ёмкости. Поэтому при подборе объёма теплоаккумулятора следует определить, какое из условий более приоритетно: обеспечить теплом систему заданной мощности на протяжении заданного времени или обеспечить аккумулирование тепла от источника определённой мощности на протяжении определённого времени.
Установку теплоаккумулятора выполняют в соответствии с проектом и инструкцией по монтажу, кроме того следует учесть следующие особенности:
– Поверхность бака накопителя обязательно должна быть теплоизолирована.
– На всех подводящих и отводящих трубопроводах следует установить термометры.
– Баки теплоаккумуляторы ёмкостью более 500 литров могут не пройти в дверной проём.
– Вблизи буферной ёмкости или в нижней её точке следует установить дренажный кран.
– На трубопроводах загрузки теплового аккумулятора следует установить сетчатые фильтры.
– Если в верхней части теплоаккумулятора не предусмотрено патрубка для отвода воздуха – воздухосборник с автоматическим воздухоотводчиком следует установить на выходящем патрубке из верхней части бака.
– Вблизи бака аккумулятора устанавливают предохранительный клапан и манометр, а в случае использования теплоаккумулятора с теплообменными аппаратами, предохранительный клапан рекомендуется установить и в контуре подключённому к теплообменному аппарату.
Когда полезен теплоаккумулятор?
Твердотопливный котел — в схемах обвязки твердотопливных котлов буферная ёмкость позволяет регулировать теплопотребление, уменьшить частоту загрузок топлива и повысить эффективность работы котла за счёт полной загрузки даже летом.
Электрический котел — в схемах с электрическими котлами нагрев бака накопителя ночью по сниженному тарифу позволяет минимально потреблять электрическую энергию на отопление в дневное время используя аккумулированное тепло, что существенно снизит расходы на отопление.
Солнечный коллектор — в схемах подключения солнечных коллекторов баки теплоаккумуляторы применяются для максимального накопления тепловой энергии во время пика поступления солнечной энергии и последующего её разбора во время недостаточного солнечного излучения. Баки аккумуляторы горячей воды, установленные непосредственно на солнечных коллекторах называют термосифонами.
По большему счёту, буферная ёмкость – это термос. Металлическая бочка в утеплителе от 500 до 1000 литров (можно больше, но обычно указанного объема достаточно). Чтобы понять, зачем она нужна, представьте себе такую ситуацию: Вы на даче решили попить чаю. Разожгли костёр, поставили на огонь чайник, вскипятили, сделали себе стаканчик и выпили. Замечательно. Через 2 часа Вам снова захотелось чая… Но вода уже остыла. И Вам опять необходимо разжигать костёр, ставить чайник и т.д. А теперь представьте, что у Вас есть термос… Закипятили один раз целый чайник воды, залили в термос и пьете чай целый день. Разжигать костёр и кипятить воду в этом случае Вам придётся только один раз. И отвлекаться будете меньше, и дрова сэкономите 🙂
В случае с системой отопления ситуация аналогичная. Буферная ёмкость способна накопить определённое количество тепла, а потом отдавать его постепенно.
Предположим, что Ваш дом имеет отапливаемую площадь 200 м2. Когда летом на улице температура такая же, как и в доме (+20°С), теплопотери равны 0, дом тепло не теряет. С уменьшением температуры на улице дом начинает терять тепло:
– при +15°С дом теряет 2 кВт в час;
– при +10°С – 4 кВт в час;
– при +5°С – 6 кВт в час;
– при 0°С – 8 кВт в час;
и так далее.
Так в чём же польза буферной ёмкости?
Так в чём же польза. Температура в буферной ёмкости упадёт, и значит нужно снова топить котёл. Да, но как быстро она упадёт? В случае системы без буферной ёмкости температура начинает падать сразу и это падение начинает ощущаться человеком через 0,5 – 3 часа (в зависимости от температуры на улице, утеплённости дома и т.п.). Давайте посчитаем, насколько медленнее остывает система с буферной ёмкостью.
А расчёт прост. Мы говорили, что мощность котла – 20 кВт. Такую мощность при температуре отопительной воды 80°С отдают примерно 120 рёбер алюминиевых радиаторов. Объём воды в них составит 60 литров. Плюс вода в трубопроводах, котле, расширительном баке. Общий объём воды в системе отопления составит примерно литров 100. А с буферной ёмкостью (например, 500 литров) – 600 л. То есть в шесть раз больше. Соответственно и остынет этот объём воды в шесть раз медленнее. Вот и получится, что похолодание после остановки котла вы почувствуете не через 0,5-3 часа, а через 3 – 18 часов. Вот польза. То самое время, которое Вы можете не топить котёл. Плюс во время горения котла Вы не жаритесь на перегретых радиаторах, а имеете комфортные 20°С.
Экономический эффект можете прикинуть сами.
Дополнительные затраты в данном случае – это стоимость ёмкости, насоса, комнатного датчика, дополнительного расширительного бака, трубопровода обвязки и стоимость монтажа.
Экономия – в зависимости от того, чем будете топить: дровами, брикетом, углём. Ту часть отопительного сезона, когда температура за окном выше -15°С Вы будете тратить примерно в 2 раза меньше топлива. В те дни, когда температура “за окном” будет ниже -15°С, то эффект от буферной ёмкости не будет наблюдаться, т.к. сколько тепла будет “отдавать” котёл, столько же и будет уходить как теплопотери. Но таких дней в году не много, 20-30. Кстати, эти цифры подтверждаются практикой, т.е. теми людьми, которые такие системы эксплуатируют не менее одного сезона.
К дополнительным плюсам такой системы можно отнести:
– Автоматизация контроля за безопасностью;
– Возможность поэтажного регулирования температуры (или на несколько строений, например дом и баня);
– Возможность подключения газового (или любого другого) котла с минимальными затратами.
– Так же легко подключатся тепловой насос или солнечные коллектора.
