Теплоаккумулятор для котлов отопления: назначение и принцип работы

Принцип работы

Теплоаккумулятор представляет собой буферную емкость значительного объема, заполненную теплоносителем (как правило, водой — для чего нужен обратный клапан прочитайте здесь).

Поскольку, вода имеет достаточно высокую теплоемкость (при нагреве на 1 градус каждый литр воды может накапливать 4200 джоулей энергии), использование такого устройства позволяет запасать серьезные запасы тепловой энергии при работе источника тепла и, постепенно, отдавать ее на нужды потребителей в перерывах между периодами его активной работы.

При этом наблюдается еще одно позитивное явление.

Чаще всего, при проектировании систем отопления (из полипропиленовых труб в частном доме), теплогенераторы выбирают с запасом по мощности, что приводит к излишнему повышению температуры воздуха в помещениях во время работы нагревательных установок.

При включении в систему теплоаккумулятора, излишки тепловой энергии не выбрасываются в атмосферу через открытые форточки, а накапливаются для дальнейшего использования во время перерыва.

Кроме того, перепады в температуре теплоносителя (какой лучше для системы отопления на основе пропиленгликоля, написано здесь), поступающего от котлов — от минимально необходимой до максимальной (90 градусов и более), приводят:

• к перегреву радиаторов, их ускоренному износу,
• развитию коррозионных процессов,
• интенсивному образованию известкового налета.

 При стабильной температуре (про график подачи в системе отопления жилого дома написано здесь), получаемой с использованием буферной емкости, влияние этих негативных факторов, значительно, уменьшается.

Таким образом, теплоаккумуляторы позволяют добиться следующих преимуществ:

• обеспечить стабилизацию температурного режима в помещениях и непрерывное снабжение горячей водой вне зависимости от графика работы теплогенератора;
• повысить эффективность систем отопления за счет равномерного распределения тепла и уменьшения непроизводительных тепловых потерь;
• оптимизировать эксплуатационные расходы систем отопления и горячего водоснабжения;
• продлить срок службы отопительных приборов и магистралей систем теплоснабжения.

  Кроме того, теплоаккумуляторы позволяют, достаточно, просто объединять несколько источников тепловой энергии при работе на одного потребителя.

Эти достоинства обеспечили высокий спрос на теплоаккумуляторы.

В настоящий момент, многие производители наладили выпуск серийных моделей, предназначенных для работы с различными типами источников энергии, и рассчитанных на обогрев помещений значительные площади в условиях широкого диапазона температур наружного воздуха.

ТОП-10: теплоаккумуляторы для отопления с твердотопливными котлами, особенности

На рынке теплоаккумуляторы представлены достаточно широко. Здесь разные модели от большого количества производителей. В составлении рейтинга принимали участие не только специалисты, но и потребители, у которых есть опыт использования приборов этого типа.

Десятое место — Nibe BU

Его занимает агрегат марки Nibe BU – 500.8 от компании “NIBE Industrier AB” из Швеции. Аккумулятор напольного типа с внутренним объемом 500 литров. Может выдерживать давление горячей воды до 6 бар и температуру до +95°С.

Это стандартная модификация, простая, недорогая, хорошо себя показала в эксплуатации. Но достаточно тяжелая – 107 кг. В качестве утеплителя используется пенополистирол толщиной 140 мм.

Может подключаться к нескольким потребителям. В модельной линейке присутствуют и теплоаккумуляторы со змеевиком, и с накопительным баком.

Девятое место — ETS 200

Это место ETS 200. Производитель – немецкая компания Stiebel Eltron. Прибор нужно отнести к категории электрических теплоаккумуляторов. С твердотопливными котлами их почти не используют. Но среди потребителей он очень популярен.

Восьмое место — HAJDU AQ PT 500

Это венгерский агрегат, классический. Марка – HAJDU AQ PT 500. В модельном ряду есть комбинированные разновидности со змеевиком и баком. Совместимы с котлами разного типа и твердотопливными, в том числе. Дополнительно комплектуются ТЭНом.

Недостатки:

• в комплектацию не входит теплоизоляционный слой, его придется приобретать и устанавливать отдельно;
• давление внутри емкости – не более 3 бар.

Седьмое место — HAJDU AQ PT 1000

Его занимает модель HAJDU AQ PT 1000 С от венгерской компании. Производитель изначально изготавливал прибор с полной совместимостью с твердотопливным котлом мощностью 25-35 кВт. Плюс – два дополнительных патрубка для подключения к солнечному коллектору.

В конструкцию входят два змеевика общей площадью соприкосновения с водой 4,2 м² и отверстие под монтаж ТЭНа. Его придется приобретать отдельно.

Эта модель теплоаккумулятора может работать с твердотопливным котлом и системой отопления, в которой обязательно установлен циркуляционный насос. Без него эффективность агрегата резко снижается.

Шестое место — S-TANK СЕРИИ HFWT

Его отдали белорусскому аккумулятору – S-TANK СЕРИИ HFWT – 300. Классический вариант с теплообменником. Объем бака 300 л, отсюда небольшие габаритные размеры. Выдерживает давление до 6 бар и температуру до +110°С.

Теплоаккумулятор из Белоруссии

Пятое место — S-Tank AT 300

Оно у того же производителя, но у модели S-Tank AT 300. Отличие от предыдущего варианта – совместимость с нагревательными котлами разного типа: газовые, электрические, твердотопливные, топливными насосами, каминными рубашками и прочее.

Четвертое место — S-TANK АТ AT-1000

Это самая простая модель без теплообменников и других функциональных устройств. Поэтому совместима с твердотопливными котлами мощностью до 10 кВт. Характеристики:

• объем 1000 л;
• давление 6 бар;
• температура +95°С.

Третье место — HAJDU AQ PT 750

HAJDU AQ PT 750 отличается от предыдущих моделей этого производителя только наличием внутри дополнительного бака, который используется в качестве теплообменника.

Характеристики:

• давление 3 бара;
• температура +95С;
• наличие в комплекте ТЭНа;
• напольное исполнение;
• объем 750 л;
• толщина утеплителя 10 см.

Второе место — HAJDU PT 300

Оно у HAJDU PT 300, объем бака которого 300 л. Это стандартная емкость, непокрытая изнутри антикоррозионным покрытием, и без змеевика. Есть отверстие для установки ТЭНа. Простой, надежный и недорогой теплоаккумулятор, отсюда высокая популярность, особенно среди потребителей. Совместим не только с твердотопливными котлами.

Теплоаккумуляторы венгерского производителя

Первое место — S-TANK АТ PRESTIGE

Его отдали белорусской модели S-TANK АТ PRESTIGE – 500. Изготовлен из нержавейки, отсюда практически неограниченное время эксплуатации. Внутри установлен змеевик.

Производитель обеспечил прибор блоком защиты от перегрева, что увеличивает безопасность агрегата. У модели двойная теплоизоляция. Объем составляет 500 л.

Способы и схемы подключения своими руками

Теплоаккумулятор с пустым баком устанавливают, если давление в системе небольшое Сложность и особенности подключения зависят от типа теплового накопителя. Поэтому следует разобраться, какими они бывают.

• Самая простая конструкция – пустой внутри бак. Котел и потребители подключаются напрямую. Использование оптимально, если применяется одинаковый теплоноситель во всех контурах, давление в системе не превышает допустимые показатели накопителя и температура теплоносителя, подающегося из котла, не превышает допустимых значений для контура отопления. Если первые два требования не соблюдаются, при подключении в систему необходимо воспользоваться дополнительными внешними теплообменниками. В последнем случае следует установить смесительные узлы с трехходовыми кранами.
• Буферная емкость с внутренним теплообменником – одним или несколькими. Теплообменник представляет собой спиральную трубу из меди или нержавейки. В таком накопителе теплоноситель перемешивается. Змеевик, расположенный в нижней части, нагревает теплоноситель, горячая вода устремляется вверх как менее плотная. Наверху расположен другой змеевик, который забирает энергию и выводит ее на контуры отопления. Прибор такого типа оптимален при использовании разных типов теплоносителей, при высоком давлении и температуре теплоносителя, подключении нескольких генераторов тепла.
• Резервуар с проточным контуром горячего водоснабжения. Теплообменник по большей части расположен вверху бака. Он должен быть выполнен из металла, отвечающего нормативам пищевого водопотребления. Контуры подключаются напрямую. Такая система предпочтительна при равномерном расходе горячей воды.
• Теплоаккумулятор с внутренним бойлером. В накопительной емкости сохраняется нагретая вода для бытового потребления. Такой тип аккумулятора, накапливающего тепло, можно без проблем встроить в открытую и закрытую системы отопления, оснащенные твердотопливными, электрическими котлами и солнечными коллекторами. Особенно актуальны буферные емкости этого типа при использовании электрокотлов, когда теплоноситель нагревается ночью, а вода расходуется днем. Бойлера на 150 л вполне достаточно для суточного потребления воды среднестатистической семьей.

Проточный теплоаккумулятор

С бойлером

С теплообменником

В системе с трехходовыми клапанами возможна более точная регулировка температуры Другие типы систем:

1. Простейшая схема обвязки, ограничивающая возможности регулировки. Горячая вода поднимается вверх и забирается из верхней точки, после остывания опускается и снова поступает в котел. Используется в том случае, если давление и температура в генераторе тепла и контурах отопления одинаковы. Температура регулируется только методом увеличения/уменьшения потока теплоносителя.
2. В системе присутствуют узлы смешивания, байпасы, поэтому возможна более точная регулировка по температуре теплоносителя. Эффективность оборудования достигается благодаря установке, например трехходовых клапанов.
3. В систему включен дополнительный бак, благодаря чему небольшой объем горячей воды доступен непосредственно после запуска котла. Потребителю не приходится ждать, когда система разогреется полностью, но запас воды не велик, а нагревается система медленнее, чем классическая.
4. Внутри буферной емкости имеется один змеевик, через него проходит тепловая энергия от источника, а уже от змеевика нагревается теплоноситель в тепловом накопителе. В системе этого типа применяют разные теплоносители. Можно выбирать такие, которые нельзя смешивать из-за несовместимости химических характеристик. Через змеевик можно запитать отопление или ГВС, либо по этому кругу будет циркулировать теплоноситель от источника.
5. В системе установлен дополнительный внешний теплообменник. Он позволяет поддерживать нужную температуру в аккумуляторе.
6. Система с проточным контуром горячего водоснабжения. Она оптимальна, если горячая вода используется равномерно. В противном случае рекомендуется приобрести энергоаккумулятор со встроенным бойлером.
7. Система с одним змеевиком и подключением к альтернативному источнику энергии, например, солнечному коллектору. Называется бивалентной. Подключение осуществляется таким образом, что коллектор играет ведущую роль в нагреве системы, а котел подключается, когда тепловой энергии недостаточно.
8. Мультивалентная система, где основной нагрев осуществляют низкотемпературные источники, например солнечный коллектор и геотермальный тепловой насос. Они подключаются в нижней части теплового аккумулятора. В качестве вспомогательного источника тепловой энергии применяется высокотемпературный котел.

Устройство теплового аккумулятора

По конструкции ТА схож с классическим бойлером косвенного нагрева. Выделяют следующие основные типы устройств:

1. Простейшие – без теплообменника;
2. С одним встроенным спиральным теплообменником;
3. С несколькими теплообменниками;
4. С встроенным баком ГВС.

Емкости тепловых аккумуляторов выполняются из обычной или высоколегированной (нержавеющей стали). В случае использования обычных марок стали резервуар оборудуется магниевым или титановым анодом, снижающим скорость коррозии, внутренняя поверхность покрывается специальными составами – эмалью, стеклокерамикой. Чаще всего резервуары имеют цилиндрическую форму, но встречаются и устройства прямоугольного сечения.

Теплообменники изделий обычно выполняются из медных или нержавеющих труб. Концы трубопроводов выходят через стенку устройства и оборудуются резьбами для подключения линий подачи и возврата теплоносителя. Кроме того, емкости имеют патрубки для присоединения группы безопасности, подпитки системы из сети холодного водоснабжения, патрубок для слива воды.

Емкость качественно изолируется различными материалами – чем лучше тепловая изоляция, тем эффективней работа теплового аккумулятора. Слои изоляции снаружи закрываются декоративным кожухом из высокопрочного пластика или металла. Зачастую емкости аккумуляторов оборудуются съемными электрическими ТЭНами мощностью 2 – 3 кВт.

Тепловые аккумуляторы бывают промышленного изготовления, можно изготовить это устройство и самостоятельно. Для этого потребуются определенные навыки слесарных работ, наличие электросварки и инструмента. Объем  емкости теплоаккумулятора подбирают из расчета 35 – 50 литров воды на 1 кВт суммарной тепловой мощности всех источников теплоты. Подробнее об устройстве и порядке изготовления ТА можно прочитать здесь.

Как работает система отопления с теплоаккумулятором

Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.

Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.

• ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
• затем вода поступает по трубам в радиаторы;
• обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.

Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.

Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.

После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.

Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:

• увеличивается время прогрева помещения;
• больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
• более высокие расходы на монтаж.

Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.

В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:

• ГВС;
• низкотемпературного отопления (теплый пол).

Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.

В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:

Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.

Принцип работы

После достижения стабильного горения топлива в котле циркуляционный насос начинает подавать в зону нагрева холодную воду из низа теплообменника, параллельно подавая в теплоаккумулятор для отопления дома разогретый теплоноситель через верхний патрубок. Активного перемешивания горячей и холодной воды в теплоаккумуляторе не происходит в виду значительной разницы в плотности жидкости при разных температурах. Таким образом бак после прогорания заложенного топлива будет заполнен разогретой до нужной температуры водой.

При качественном утеплении теплоаккумулятор в системе отопления может сохранять температуру теплоносителя на должном уровне в течение нескольких часов, а при высокой эффективности конструкции – нескольких дней.

После прогорания топлива в котле включается циркуляционный насос контура отопительной системы, обеспечивающий прокачку теплонесущей жидкости по трубопроводам и отопительным приборам сети. За счёт забора теплоносителя сверху и подачи остывшей жидкости снизу перемешивания слоёв разных температур не происходит и теплоаккумулятор равномерно отдаёт тепловую энергию в систему. А какой котел выбрать для частного дома можно узнать здесь .

Плюсы и минусы

Можно установить теплоаккумулятор, в котором имеются функции бойлера

Плюсы использования теплового аккумулятора:

• Сохраняет тепловую энергию в течение нескольких часов и дней.
• Исключается перегрев котла.
• Тепловая энергия не расходуется зря, а накапливается, чтобы быть использованной в дальнейшем, благодаря этому увеличивается КПД котла и отопительной системы в целом.
• Позволяет экономить финансовые средства.
• Температура воздуха в помещениях легко поддерживается на оптимальном уровне, резкие скачки температуры исключены.
• Нет необходимости в частых загрузках топлива.
• Дополнительно к твердотопливному котлу можно установить гелиосистему, являющуюся бесплатным источником тепловой энергии.
• Некоторые модели термоаккумуляторов для отопления могут совмещать функции бойлера.

• Долгий нагрев – оптимальна установка в домах, предназначенных для постоянного проживания. В дачных коттеджах, которые посещаются зимой в выходные, пользу такой прибор не принесет.
• Высокая стоимость – они стоят примерно столько же, сколько и котел, а иногда и дороже.
• Значительные габариты и вес – из-за этого возникают определенные сложности при транспортировке и монтаже. Кроме того, теплонакопитель, предназначенный для отопления, устанавливают в непосредственной близости к котлу, там же должно находиться дополнительное оборудование, поэтому нередко приходится выделять для установки приборов специальное помещение и подготавливать его специальным образом: обустраивать опорную площадку, способную выдержать вес накопителя. В заполненном состоянии резервуар может весить 3-4.
• Требуется котел высокой мощности – покупка накопителя оправдана, если мощность котла не используется в полной мере, имеется как минимум двойной запас мощности, в противном случае прибор будет бездействовать.

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками из нержавейки и медной трубы

При изготовлении теплоаккумулятора своими руками удастся сэкономить значительную сумму. Самая простая конструкция изготавливается из стальной нержавеющей бочки или даже листовой нержавейки толщиной не менее 3 мм. Также потребуется медная трубка диаметром 3 см и длиной 14 м. Ее сгибают в виде спирали и помещают внутрь бака. Снизу делают подводку холодной воды, сверху отвод для горячей, устанавливают на отводы запорные краны. Обязательно нужно утеплить теплоаккумулятор, сделанный своими руками для твердотопливного котла, иначе он будет неэффективен. Также необходимо установить датчики давления и температуры.

Как подключить

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

1. Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
2. Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
3. Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
4. Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

• Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
• Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
• Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
• Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
• Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

https://youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.