Теплоаккумуляторы для отопления

С учетом конструктивной простоты буферных емкостей, несложно догадаться, что основным параметром для подбора любого подобного бака служит его объем, зависящий от:

• Мощности имеющего теплогенератора;
• Средней тепловой нагрузки на систему обогрева здания;
• Примерной длительности работы без помощи теплогенератора.

Перед рассмотрением методики непосредственного расчета объема теплоаккумулятора, все перечисленные критерии необходимо изучить подробнее. Прежде всего, нужно отметить, что вместимость любого подобного резервуара определяется с учетом именно средней тепловой нагрузки на систему обогрева в течение холодного периода года. Брать для этой цели максимальную мощность не следует, поскольку это потянет за собой значительное увеличение размеров бака, а значит – и его стоимости. Хотя вполне закономерно, что для обеспечения теплом крупных площадей необходимы вместительные резервуары, основная проблема их задействования заключается в том, что излишне большой теплоаккумулятор просто не будет использоваться рационально. Не говоря уже о том, что для его размещения понадобится довольно много свободного места, а монтаж тоже окажется весьма дорогим.

Также важно знать, что нормальная работа системы отопления или горячего водоснабжения с буферной емкостью не окажется возможной, если используемый источник тепла имеет минимальный запас мощности. В этом случае котел или другой теплогенератор не сможет произвести достаточное количество энергии для ее последующего сохранения в резервуаре, поскольку ему придется одновременно обогревать дом и снабжать теплоносителем резервуар. Это значит, что работающий в паре с баком нагреватель должен иметь, по крайней мере, двукратный запас мощности. Если такой теплогенератор есть в наличии, можно приступать к подбору подходящей накопительной емкости. Существуют несколько способов расчета ее объема, согласно самому упрощенному из которых на каждый 1 кВт тепловой мощности котла должны приходиться 25 л объема теплоаккумулятора.

Разумеется, простые расчеты являются слишком неточными, а потому прибегать к ним не рекомендуется. Лучше всего доверить эту работу специалистам или, хотя бы, воспользоваться специальной формулой. Так, алгоритм расчета вместимости теплового аккумулятора можно рассмотреть на примере частного дома площадью 200 м2, обогреваемого твердотопливным котлом, простаивающим 8 часов в день. Также принимается, что подающаяся в резервуар жидкость имеет температуру 90 °С, а в процессе работы системы отопления она остывает до 40 °С. Для обогрева площади 200 м2 в самое холодное время года нужна мощность в 20 кВт, а ее среднее потребление составит порядка 10 кВт/ч. Соответственно, теплоаккумулятор должен накопить 10 кВт/ч · 8 ч = 80 кВт энергии.

Дальнейший расчет объема теплоаккумулятора для котла выполняется с использованием формулы теплоемкости воды:

m = Q / 1,163 · Δt где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, которое необходимо накопить, Вт;
•  m – масса воды в резервуаре, кг;
• Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в емкости, равная 90 °С – 40 °С = 50 °С;
• 1,163 Вт/кг °С или 4,187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для нашего примера расчет массы воды в теплоаккумуляторе окажется таким:

m = 80000 / 1,163 · 50 = 1375 кг или 1,4 м³

Результаты показывают, что в доме площадью 200 м2 нужно ставить относительно крупную буферную емкость. Но все дело в том, что для расчета были приняты исходные данные для здания без эффективного внешнего утепления, теплопотери в котором достаточно велики. Если дом хорошо утеплен, средний расход необходимой для его обогрева тепловой энергии будет меньше, чем 10 кВт/ч. Соответственно, как показывает практика, для эффективного обогрева такого зданий все той же площадью 200 м2 хватает резервуара объемом 1 м³. Именно поэтому, чтобы максимально грамотно рассчитать объем теплоаккумулятора, нужно использовать точные исходные данные, которые могут определить в каждом конкретном случае только специалисты. Что касается остальных критериев подбора буферных емкостей, то они не настолько важны, и касаются, в основном, их дополнительного внутреннего оснащения.

Речь идет, прежде всего – о встроенных змеевиках. Такое устройство способно догревать жидкость непосредственно в теплоаккумуляторе, а также нагревать воду для хозяйственных нужд. Во втором случае оно, несомненно, окажется полезным, если других средств подогрева в здании нет. Но если расход горячей воды в домохозяйстве велик, змеевик не сможет заменить полноценный нагреватель. Кроме того, подобное использование поступающего в накопительный бак теплоносителя будет отнимать часть его энергии, одновременно уменьшая время автономной работы системы отопления. В свою очередь, применение теплоаккумуляторов с двумя змеевиками актуально, если в здании есть гелиосистема или тепловой насос, подключаемый ко второму из них. В этом случае емкость будет накапливать дополнительное тепло от солнечных лучей, которое позволит больше сэкономить на обогреве.

Стоит также отметить, что функцию приготовления технической горячей воды способны выполнять теплоаккумуляторы с бойлерами, являющиеся отдельным видом подобного оборудования, а догревать жидкость могут даже простые пустотелые баки, оснащенные дополнительными электронагревателями. В зависимости от модели, энергосберегающие резервуары могут комплектоваться одним или несколькими подобными фланцевыми ТЭНами, которые просто размещаются в предназначенных для этого отверстиях в корпусе и подключаются к электросети. Таким образом, даже самый простой накопительный бак можно легко модернизировать, сделав его более функциональным. Ну и последний критерий, о котором нельзя забывать при выборе теплового аккумулятора – это его рабочее давление. Оно обязательно должно быть не меньше, чем рабочее давление используемого котла.

Буферные емкости для систем отопления и горячего водоснабжения относятся к устройствам, у которых почти нет минусов, зато многочисленные достоинства теплоаккумуляторов таковы:

• Создание запаса подогретой жидкости;
• Эффективное сохранение энергии теплоносителя;
• Окупаемость в течение относительно небольшого периода в 2-5 лет;
• Передача тепла в системы обогрева в моменты, когда оно наиболее нужно;
• В случае с твердотопливными котлами – уменьшение расхода энергоносителей;
• Оптимальное использование тепловой энергии без ее потерь и перепроизводства;
• Расширенный функционал энергосберегающих резервуаров с теплообменниками;
• В случае с баками со змеевиками – дополнительное приготовление и горячей воды;
• Допустимость оснащения некоторых моделей теплобаков дополнительными ТЭНами;
• Снижение расходов на отопление и горячее водоснабжение без ущерба для комфорта;
• В случае с чугунными батареями – защита от растрескивания из-за скачка температуры.

В свою очередь, недостатки теплоаккумуляторов таковы:

• Необходимость в отдельном помещении для размещения любой подобной емкости;
• Более высокая цена резервуаров с теплообменниками, по сравнению с пустотелыми;
• Отдельное приобретение внешнего теплоизолирующего слоя для некоторых моделей;

Стандартный тепловой аккумулятор представляет собой вертикальный резервуар в форме цилиндра, изготовленный из листовой черной или нержавеющей стали повышенной прочности. На внутренние поверхности таких емкостей наносятся слои специального бакелитового лака, защищающего их от агрессивного влияния горячего теплоносителя, слабых соляных растворов и концентрированных кислот. В свою очередь, на их внешние поверхности наносятся порошковые краски, устойчивые к высоким термическим нагрузкам. Объемы теплосберегающих баков могут варьироваться от сотни до нескольких тысяч литров. Очевидно, что крупные модели теплоаккумуляторов с большими габаритами не могут быть размещены в домашних котельных, а потому предназначены для промышленного применения. Но даже для бытовых целей не рекомендуется приобретать баки объемом меньше 150 л.

Для более эффективного сохранения тепла подобные резервуары покрывают внешней теплоизоляцией, которая является съемной, и имеет толщину порядка 10 см. Она производится из вторично-вспененного пенополиуретана, материала, имеющего сложную структуру составных волокон и внутреннее покрытие из поливинилхлорида. Благодаря такой конфигурации обеспечивается повышенный уровень его водонепроницаемости, увеличивается износостойкость, а грязевые частицы не скапливаются между волокнами. А для защиты данного изоляционного слоя используются чехлы из качественного кожзаменителя. При этом, внешняя тепловая изоляция не всегда входит в комплект с теплоаккумулятором, поэтому иногда ее приходится приобретать отдельно, а затем самостоятельно монтировать на резервуар. Впрочем, подбирать и надевать ее на любой бак совсем не сложно.

Принцип работы теплоаккумуляторов настолько же прост, как и их строение. После установки, к верхней части подобной емкости присоединяется подводная труба от любого котла или другого нагревателя, по которой в бак подается горячая вода. При этом, подключают резервуар к котлу и коммуникационной разводке системы обогрева посредством резьбовых отверстий, расположенных на корпусе устройства. Постепенно остывая, теплоноситель спускается вниз – к месту расположения циркуляционного насоса, при помощи которого жидкость подается из бака обратно в магистраль, по которой она возвращается в теплогенератор для нового подогрева. За счет этого буферная емкость препятствует перегреву теплоносителя в моменты, когда котел работает на полной мощности, а также обеспечивает максимальную теплоотдачу даже при экономном расходовании энергоносителей.

Необходимость установки теплоаккумулятора основана на том, что любой котел работает не постоянно, то есть – время от времени включаясь и выключаясь, в зависимости от температуры его греющего элемента или исходного теплоносителя. Таким образом, в моменты, когда работа нагревателя приостанавливается, выходящая из него жидкость попадает в резервуар, а в систему попадает горячая вода из теплоаккумулятора. Благодаря этому, даже после отключения котла, например, до момента следующей закладки топлива, в сети еще продолжает циркулировать нагретый теплоноситель. Соответственно, радиаторы еще некоторое время могут оставаться горячими, а из кранов может идти теплая вода. Такая схема работы дает возможность значительно снизить нагрузку на систему обогрева, продлевая и срок ее службы.

Ну а классификация теплоаккумуляторов проста и делит их только на 2 вида:

• Теплоаккумуляторы без внутренних теплообменников – также называются пустотелыми, что точно описывает их строение без встроенных змеевиков или бойлеров. Данный вид буферных емкостей является наиболее простым и дешевым. Пустотелый тепловой аккумулятор присоединяются к одному или нескольким источникам энергии посредством центральных коммуникаций сети обогрева. А из него жидкость подается к разным точкам потребления через патрубки размером 1 ½ дюйма. При этом, большинство современных теплоаккумуляторов без теплообменников могут быть дополнительно укомплектованы греющими элементами, работающими за счет электроэнергии. Перечисленные характеристики позволяют таким резервуарам качественно обслуживать жилые дома разных размеров;
• Теплоаккумуляторы с внутренними теплообменниками – также называются теплоаккумуляторами со змеевиками, которых может быть один или два. Данный вид буферных емкостей является более прогрессивным вариантом такого оборудования с весьма широким спектром применения. Так, в тепловом аккумуляторе с двумя змеевиками нижний используется для догрева емкости от другого источника тепла, а верхний – как для догрева, так и для приготовления горячей воды, используемой в быту. Во втором случае речь идет о подключении верхнего змеевика к водопроводу, благодаря чему циркулирующая через резервуар вода нагревается от находящейся в нем горячей воды. То есть, используется принцип проточного нагревателя. Конечно, теплоаккумуляторы с теплообменниками стоят дороже своих более простых аналогов.