Тепловой аккумулятор в фундаменте

Обновлено: 24.04.2024

Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость — синоним) обладает значительными размерами. На бумаге в сухих цифрах или на чертеже габариты не так ощутимы, но когда ТА привозят на объект, заказчик почти всегда удивляется масштабам приобретенного оборудования. Кульминация — процесс выгрузки и транспортировка в котельную, необходимо 3-4 человека с транспортировочными ремнями. Юным проектировщикам рекомендуется по умолчанию прокручивать этот сценарий в голове, всё должно быть учтено: ширина дверных проемов, высота потолков — в противном случае будет дубль два за чей-то счёт.

Водоподготовка.

В системах отопления частных домов без теплоаккумулятора дополнительную обработку питательной воды, как правило, не производят. Объем теплоносителя слишком мал, постоянная подпитка системы отсутствует, поэтому существенный вред системе нанести невозможно.

Немецкие производители котлового оборудования в своих паспортах указывают: «Для систем мощностью до 100КВт в качестве теплоносителя использовать воду питьевого качества». Подразумевается, что система малой мощности (до 100 КВт) не может содержать значительный объем теплоносителя, а вода питьевого качества уже находится в рамках соответствующих нормативов.

Система отопления с теплоаккумулятором имеет значительный объем теплоносителя, поэтому на линии подпитки предусматривают систему водоподготовки, либо привозят уже подготовленный теплоноситель на объект.

Требования к качеству теплоносителя предъявляются по следующим показателям:

Прозрачность по шрифту — не менее 30 см

Жесткость карбонатная (при рН не более 8,5 для твердотопливных водогрейных котлов)– не более 800 мкг-экв/л

Содержание растворенного кислорода — 50 мкг/л

Содержание соединений железа (Fe) — 600 мкг/л

Значение рН при 25 °С – 7-11

Содержание нефтепродуктов — 1 мг/л

Методы водоподготовки: осветление, обезжелезивание, умягчение – применяются при сравнении показателей качества исходной воды на основании сделанного анализа с требуемыми показателями.

1. Работа с ТТ котлом.

Стандартная обвязка твердотопливного котла и теплоаккумулятора

При работе в паре с ТТ-котлом у теплоаккумулятора следующие задачи (все сразу или некоторые из них):

— Обеспечение теплосъема с ТТ котла на протяжении всего периода топки.

— Аккумулирование тепловой энергии. Расчёт производится так, чтобы за один процесс топки накапливать тепловую энергию , достаточную для работы системы отопления в течении продолжительного времени – 12 часов, 24,36 и т.д. – по желанию заказчика. Продолжительность работы во многом зависит от системы отопления, речь об этом пойдет ниже.

— Сглаживание дисбаланса между теплогенерацией и теплопотреблением. Например, как сделать, чтобы ТТ котел работал только на внутрипольное отопление?

Смесительный узел теплого пола для поддержания заданной температуры во вторичном контуре регулирует расход в первичном контуре – котловом – в диапазоне от 0 до 100%, соответственно и мощность, снимаемая с котла, также находится в этом диапазоне. Котел легко может закипеть. Еще есть защита котла от низкой температуры обратной магистрали, которая по определению всегда будет холодной и антиконденсационный клапан всегда будет закрыт со стороны системы отопления. Эти проблемы решает установка буферной емкости.

Есть достаточно много схем работы с ТТ котлом, все рабочие каждая со своими достоинствами, выбор подходящей тепловой схемы зависит от многих факторов.

2. Работа с электрокотлом по ночному тарифу.

В простейшем исполнении в теплоаккумулятор монтируется ТЭН, который нагревает ТА по ночному тарифу и днем отдает тепло.

Но случается так, что система истощает запас тепла в буферной емкости в середине дня, а дом греть надо. Приходится либо ждать ночи с неработающей системой отопления либо греть по дневному тарифу весь объем теплоаккумулятора.

Бороться с этим недостатком позволяют немного более сложные схемы – когда электрокотел ставится параллельно теплоаккумулятору. Таких схем придумано много, авторские варианты можно изучить в отдельной статье.

Один из возможных вариантов нагрева ТА по ночному тарифу

3. Тепловой насос, солнечный коллектор и прочие источники.

Теплоаккумулятор является «центром» сбора тепловой энергии со всех источников энергии в доме, накапливает и отдает системе отопления, сглаживая неравномерность выработки и потребления.

Подключение альтернативных источников тепловой энергии

Как правило, альтернативные источники тепловой энергии являются низкотемпературными, их принято подключать в средней части буферной емкости, иногда через разделительный теплообменник (специальные модели ТА). В верхнюю часть ТА подключаются высокотемпературные теплогенераторы – котлы на традиционных видах топлива. Если предполагается попеременная работа, например ТТ котла и теплового насоса, то подачу теплового насоса лучше подключать в верхней части ТА (тепловому насосу главное обратка чем холоднее, тем лучше). Что из этого является основным, а что вспомогательным источником тепла – определяется индивидуально, часто – уже в процессе эксплуатации.

Расчёт необходимой емкости ТА

Накопленная в буферной емкости тепловая мощность равна произведению его объёма на разницу температур в состоянии до и после нагрева и на теплоемкость воды(константа).

Т.е. мы накапливаем энергию, нагревая объем теплоносителя V в теплоаккумуляторе с температуры t1 до температуры t2. И наоборот, мы расходуем тепловую энергию, остужая теплоноситель c t2 до t1.

При расчёте емкости ТА нам требуется задать две температуры. Температура в остывшем состоянии t1 – принимаем её минимально необходимой для работы системы отопления. Температура в нагретом состоянии t2 – тот предел, на который способен источник тепловой энергии (котел), но ниже температуры кипения при текущем давлении.

Для работы различных потребителей необходим теплоноситель разной температуры, например, мы никогда не нагреем бойлер ГВС до 55°С теплоносителем ниже 60°С, радиаторы потеряют мощность в 3,5 раза, если теплоноситель подается 45С вместо расчетных 75°С. Теплые полы «живут» дольше всех, продолжая работать при 30+ °С.

Если, например, при расчёте ТА в качестве источника будет ТТ котел, а потребителем система внутрипольного отопления, температуры можно принять 30С и 95С. Если вместо ТТ котла будет тепловой насос, то 30С и 55С.

Далее определяем, сколько тепла нам нужно запасти. Для ТТ котлов обычно принимается мощность, умноженная на период топки. Для электрокотлов мощность умноженная на период ночного тарифа.

Далее определяем необходимый объем. Проще всего воспользоваться excel-калькулятором. В нем также можно отследить обратный процесс – потребления тепла и увидеть как будет меняться температура на подаче в систему отопления и время работы системы от ТА.

Автоматизация

Главный вопрос не в том, как накопить тепло в буферной емкости, а в том, как это тепло правильно расходовать. Если всю накопленную энергию пустить в слабо контролируемую систему отопления, ТА быстро разрядится.

1. Требуется наличие покомнатной автоматизации системы отопления.Каждый отопительный прибор — потребитель тепла – должен брать ровно столько тепловой энергии, сколько ему необходимо, чтобы выполнить задачу. Задача: нагреть воздух до минимально комфортной температуры.

Можно ограничиться термоголовками на радиаторах и термостатами теплого пола. Нет расхода – нет и потребления энергии. Можно дополнительно выключать насос системы отопления по отсутствию запроса тепла. О формировании запросов тепла можно прочитать тут.

2. Помимо расхода теплоноситель ограничивают также по температуре. После теплоаккумулятора принято ставить трехходовой смесительный клапан, поддерживающий заданную температуру в системе отопления. Чем ниже эта температура, тем лучше. Если потребители с разными температурными графиками, предпочтительно каждого отдельно оборудовать отдельным трехходовым клапаном, для простоты дальнейшей автоматизации. Исключение – бойлер ГВС, это всегда прямой контур.

3. Иногда забывают, что твердотопливный котел, если он не топится, тоже является потребителем тепла. Насос ТТ-котла должен включаться только когда температура подачи котла выше температуры буферной емкости в точке подключения к обратной магистрали ТТ котла. Можно использовать так называемые дифференциальные термостаты, они работают на основании показаний двух температурных датчиков, а можно просто установить термостат на дымоход и включать насос при наличии процесса горения в топке.

4. По тому же принципу автоматизируется насос загрузки бойлера ГВС, подключенный к теплоаккумулятору и вообще, к любому источнику тепла, работающему с переменным успехом. Необходим дифференциальный термостат, запускающий насос загрузки бойлера только при условии положительного температурного напора. Если этого не учесть, нагретый бойлер становится источником тепла для остывшего теплоаккумулятора, откуда тепло будет перетекать дальше в систему отопления (гидрострелок это тоже касается).

Ещё стоит отметить, что не всегда логично подключать бойлер ГВС к теплоаккумулятору – в большинстве случаев ТА не нагреет бойлер ГВС до заданной температуры — не хватит накопленной мощности. Дифференциальный термостат выключит насос загрузки бойлера, когда температуры в обеих емкостях сравняются, это произойдет довольно быстро. Бойлер можно подключить к ТТ котлу параллельно теплоаккумулятору и нагревать его по приоритету. Дополнительно бойлер снабжается отдельным ТЭНом, нагревает или догревает бойлер в случае неудачи со стороны основного источника тепла. Схемы котельных с теплоаккумулятором и бойлером ГВС можно изучить тут.

Все озвученные выше нюансы управления помогает решить один специализированный контроллер котельной, либо самостоятельно собранный щит автоматизации на базе термостатов и реле (релейная логика). При проработке алгоритмов и составлении электрической схемы щита управления всегда имеет смысл оставлять возможность ручного управления определенными приборами – конечному пользователю легче найти кнопку «включить» чем разбираться в условиях, по которым включается то или иное оборудование.

Расположение патрубков ТА

При подборе ТА следует обращать на расположение патрубков для подключения теплоносителя и приборов КИП. Выбор делается в зависимости от состава оборудования, оптимальной компоновки оборудования в помещении котельной. Иногда имеет смысл составить тех. задание и сделать ТА на заказ, иногда — подстраиваться под готовые решения от производителей.

Ниже будут описаны общие правила подключения к ТА, а также информация для правильного составления тех.задания на изготовление индивидуальной буферной емкости под принятую тепловую схему с определенным набором оборудования.

техническое задание на изготовление ТА емкостью 1000л

1. За счёт разницы плотностей теплоносителя в разных точках ТА имеет смысл подавать и забирать горячий теплоноситель из верхней части теплоаккумулятора, а обратные магистрали сводить в нижнюю или среднюю часть теплоаккумулятора.

При равных расходах между ТТ-котлом и потребителями теплоноситель проходит через теплоаккумулятор, не нагревая его объем. Поэтому при правильном подключении потребители получают тепло практически сразу при растопке ТТ-котла, несмотря на то, что в центральной части буфера теплоноситель остается холодным. Активный нагрев объема теплоносителя в буфере начинается, когда насос(ы) С.О. выключены, либо трехходовой клапан после ТА ограничивает расход из ТА.

2. Подключение высокотемпературных источников тепла (на примере ТТ-котла) – Подающая магистраль ТТ котла подключается к верхнему патрубку ТА, обратная магистраль к нижнему патрубку ТА. Если ТА будет стоять в близи ТТ котла – имеет смысл подумать об естественной циркуляции и предусмотреть патрубки ≥2 дюймов. Если планируется принудительная циркуляция, то обычно достаточно 1″(зависит от расчётного расхода теплоносителя)

3. Подключение низкотемпературных источников тепла. Солнечный коллектор – через теплообменник в нижней трети теплоаккумулятора – для обеспечения положительного температурного напора большую часть времени. Подача теплового насоса, если он является основным источником тепловой энергии, подключается в верхней части ТА, обратка — в нижней.

4. Подключение любых потребителей С.О. – забор подающего теплоносителя из верхней части ТА через трехходовой смесительный клапан, возврат обратной магистрали в нижнюю часть ТА.

Подключение подающей линии внутрипольного отопления в средней части ТА – заблуждение, не работает по озвученным выше причинам.

Приборы КИП

Необходимо предусмотреть патрубки ½»вн для установки гильз под термометры и датчики температуры теплоносителя.

Одну (но лучше две) гильзу под датчик температуры в оси верхних патрубков.

Одна гильза под датчик температуры в оси нижних патрубков.

Патрубки под аналоговые термометры в верхней части(не обязательно), в нижней части (не обязательно), в 1/3 и 2/3 высоты буфера.

Дополнительно можно предусмотреть муфту под установку блока или блоков ТЭН. На рынке проще всего найти блоки ТЭНов с наружной резьбой 2 ½», в противном случае всегда можно использовать футорку для меньших резьб.

Если ТА заводского исполнения, то, как правило, кол-во патрубков ограничено и расположены они в одной плоскости сверху вниз. В таком случае в нижний патрубок подключаются обратные линии источников тепла, выше – обратная магистраль системы отопления (если среди потребителей есть радиаторы или бойлер ГВС), в верхний патрубок через тройник подключаются высокотемпературный источник и подающая линия системы отопления. Средние патрубки используются для подключения подающих линий низкотемпературных источников тепла.

Адаптация тепловой схемы под оборудование европейских производителей (ТА, электрокотел и НСУ ТП)

Сложность может возникнуть при подключении датчиков температуры, если необходимых гильз в ТА не предусмотрено. В таком случае можно устанавливать датчики накладным способом к патрубкам теплоаккумулятора – они имеют ту же температуру что и теплоноситель на текущем уровне. Для корректного считывания температуры важно также теплоизолировать датчики от воздуха в помещении.

Раздел об использование геотермальной энергии, энергии солнца, ветра, и т.п. в инженерных системах зданий

goncha

Просмотр профиля

В прошлом году в нашей конторе делали проект дома, в котором заказчик сделал себе "аккумулятор": в расчетном объеме бетонной плиты, который находится ниже 0.000 под домом, размещаются трубки (возможно, медные) тоже расчетной длины, в которые в летний период года подается тепло из гелиоколлекторов на крыше - тепло "аккумулируется" в толще бетона. В зимнее время происходит обратный процесс. Сейчас проектирую себе одноэтажный дом на 100 м2. Есть "мисли" о применении такой или подобной системы в своем проекте скорее как дополнение к отоплению газом (пока. )

andrey R

Просмотр профиля

hausmeister

Просмотр профиля

Николай Николаев.

Просмотр профиля

Сезонное аккумулирование тепловой энергии непростая задача. Между накоплением и использованием иногда проходит несколько месяцев, за это время неизбежна утечка большей части тепловой энергии. Сохранить высокопотенцитальное тепло за этот период также задача чрезвычайно сложная, без теплового насоса решать эти вопросы, практически, невозможно.

Отсутствуют методики прогнозирования, а гланое нет опыта использования в различных регионах.

По конкретному вопросу:
для использования накопленного летнего тепла необходимо значительный объем материала, возможно сотни куб. м., в ранее приведенных ссулках расматриваются вопросы использования для этой цели грунтовых теплобменников.

goncha

Просмотр профиля

Николай Николаевич, я так понял с вашего ответа, что эта идея неэкономичная (с долгим периодом окупности), поэтому не стоит заниматься "большими теориями", а будет проще поставить газовый или пиролизный котел + летом пользоваться гелиоколлектором. ПОКА это самый доступный и ЭКОНОМИЧЕСКИ оправданный тип отопления..

Alex_

Просмотр профиля

Инженер-физик широкого профиля :-)

В условиях нашей страны накопить тепловую энергию на отопительный сезон или на сколько-нибудь значительную его часть практически невозможно. Ни в грунте, ни в искуственных сооружениях. Грунтовые коллектора (зонды), в которые летом "сбрасывалось" тепло, дают повышенную температуру осенью в течение первых двух недель (максимум месяца, если на юге) после начала отопительного сезона. И все. Это из реальной практики.

Igor Barishpolet.

Просмотр профиля

Данный вопрос требует изучения местных условий!
"Народ хочет разобраться. "
1. За счет увеличения тепловой инерции дома достигается минимальное число протапливаний на сезон (при печном отоплении).
2. За счет улучшения теплоизоляции уменьшается энергопотребление дома. Это влияет на выбор источника тепла.
3. Где в Киеве находится дом? Если в Бортничах у канала либо у Днепра, то можно установить водо-водяной тепловой насос.
4. Средняя температура поверхностных вод (до 50 м) не более 10 и не менее 8 градС. Температура воды в артезианских скважинах (до 300 м) - до 14 градС. Температура грунтов на глубине 1,4-1,6 км - до 46-48 градС. Источником тепла является ядро Земли. Можно пойти двумя путями: нагревать - охлаждать грунтовые аккумуляторы в доввесок к массивной плите; получать тепловую энергию с большой глубины Земной коры.
5. Как дополнительный источник тепловой энергии можно использовать солнечный коллектор. Летом он будет особенно востребован! Зимой он периодически будет протапливать помещения и передавать избыточное тепло на акккумулятор.
6. Как резервный источник тепла оставить органику!

Большинство населения Украины и России проживает ниже черты бедности не потому, что такое правительство плохое, не потому, что зима на дворе, не потому, что нет природных ресурсов, а потому что "в головах разруха!" (См. "Собачье сердце", М.Булгаков. Афоризм профессора Преображенского.)

Вокруг нас просто пропадает огромное количество органики, которая разлагается, выделяет в атмосферу СО2 и прочие газы, нагревает и загрязняет атмосферу. Новая Социалистическая доктрина "все возрастающие потребности населения удовлетворять ростом производства средств потребления и прежде всего производством средств производства. " изначально порочна! Она ведет в энергетический тупик! Только воспитывая грамотного, скромного потребителя можно избежать больших неприятностей в недалеком будущем! Владимир Ульянов все это понимал и акцентировал большее внимание на строительство ГЭС и воспитание "нового человека". Но что можно сделать за 2 года после гражданской войны. Моисей водил 40 лет свой народ по пустыне для того, чтобы воспитать новое общество и нового человека, и своего смог добиться!

Немного отклонился от вопроса. Прежде всего возьмем чистую бумагу, остро отточеный карандаш и просчитаем, что желаем получить, за какие средства, в какое время и на какой срок.

hausmeister

Твёрдое топливо – зачастую единственный вариант обеспечения тепла в доме для многих регионов в случае отсутствия доступа к природному газу. Использование жидкого топлива (дизельного или мазута) проблематично ввиду сложности устраиваемой системы отопления, в которую должны быть включены пожаробезопасные ёмкости и принудительно подающие к котлу топливо магистрали. У электроотопления тоже есть свои минусы. Поскольку электричество довольно дорогой вид энергии, в системе электроснабжения возможны перебои по различным причинам и вдобавок оно поставляется потребителю с ограничением по мощности, то твердотопливный котёл остаётся оптимальной альтернативой простой печи.

Системы отопления на твёрдом топливе

У этого способа отопления тоже есть один существенный недостаток – строгая периодичность загрузки топлива по мере сгорания. В момент максимального разгорания топлива в котле образуется переизбыток тепла, который переводит к перегреву помещения. При потере же теплоотдачи прогоревшего угля или дров теплоноситель остывает и в системе отопления образуются температурные скачки, что не прибавляет комфортности жилищу, а иногда и приводит к авариям в случае разморозки трубопроводов системы.

Нивелировать данную проблему помогает установленный тепловой аккумулятор в системе отопления. Принцип его работы основан на использовании высокой теплоёмкости воды, служащей в отопительной системе теплоносителем, один литр которой при остывании на 1 С разогревает кубометр воздуха на 4 С. Внешне теплоаккумулятор для системы отопления выглядит как эффективно утеплённый снаружи вместительный резервуар, подключённый к источнику тепла и контурам системы отопления.

Схема отопления с теплоаккумулятором

Чтобы понять принцип работы теплоаккумулятора, необходимо понять схему отопления с ним. Элементарная система отопления с теплоаккумулятором представляет собой вертикально расположенный утеплённый бак, в который врезаны 4 патрубка, размещённых вертикально по два с противоположных сторон.

С каждой стороны один патрубок помещён в верхней части ёмкости (подающая магистраль), один – в нижней (обратная магистраль контура).

С одной стороны пара патрубков подключается к прямой и обратной магистралям твердотопливного котла, с другой – к соответствующим трубопроводам контура отопления. В обратные магистрали обоих контуров монтируются циркуляционные насосы для стабильного обращения теплоносителя в сети.

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.

Типы конструкций теплоаккумуляторов

Выше уже был рассмотрен внешний вид теплоаккумуляторов, он един для всех моделей, а вот внутренняя конструкция может различаться. Рассмотрим основные типы существующих приборов.

По эффективности работы и функциональному предназначению тепловые аккумуляторы делятся на следующие виды:

Выбор теплоаккумулятора для системы отопления дома – ответственное мероприятие, к которому нужно отнестись с максимальной серьёзностью. От качества, функциональных возможностей и технических характеристик прибора зависит комфорт жилища и здоровье проживающих в нём людей.

Рекомендуем к прочтению

Расширительный мембранный бак системы отопления: устройство и функции Коллектор отопления: устройство оборудования и особенности монтажа Как сделать коллектор отопления своими руками? Терморегулятор отопления — принцип работы разных видов

Копирование материалов сайта запрещено.
Любое нарушение авторских прав влечет за собой юридическую ответственность. Контакты

Правильная схема отопления с теплоаккумулятором

Многие хозяева часто сталкиваются с вопросом касательно того, что такое тепловой аккумулятор, используемый в отопительной системе, и как он функционирует. Об устройстве этих механизмов, а также о том, как должно проходить подключение теплоаккумулятора к котлу, далее и пойдет речь.

Функциональные особенности теплоаккумулятора

Аккумуляторный отопительный бак внешне представляет собой высокую емкость цилиндрической или квадратной формы, оснащенную несколькими патрубками, расположенными на разном уровне. Объем такого резервуара может составлять от 20 до 3000 литров, однако наиболее распространенными образцами являются модели от 0,3 до 2 м³.

Функциональность такого оборудования является действительно высокой и отличается следующими признаками:

Использование теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов

Для котлов такого типа схема отопления с теплоаккумулятором предусматривает такой режим работы, при котором топливо сможет по возможности сгорать без какого-либо остатка, а мощность оборудования, равно как и его КПД, будут максимальными. Для того чтобы отрегулировать мощность оборудования, можно ограничить подачу воздуха к камере сгорания.

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу предусматривает такую систему, при которой:

Как результат, растапливать котел придется гораздо реже, что позволит сэкономить значительную часть времени и физических сил.

Тепловой аккумулятор для электрокотла

Особую пользу такая система будет нести при условии ночного тарифа. Так, в темное время суток стоимость на электроэнергию может быть значительно меньшей по сравнению с дневной ценой на киловатт-часы.
Поэтому функционирование аккумулятора отопления проходит по следующей схеме:

В ночное время автоматизированный котел самостоятельно включается в нужное время, при этом нагревая аккумулятор отопления до температуры, равной 90°.
Днем все полученное тепло расходуется на обогрев жилища. При этом регулировать расход воды можно, настроив желаемым образом производительность насоса циркуляции.

Системы многоконтурного отопления с теплоаккумуляторами

Еще одно неоспоримое достоинство бака накопления – это потенциальная возможность эксплуатировать его как гидрострелку.

Подобная функция является очень нужной, так как ввиду того, что корпус бака оснащен как минимум четырьмя патрубками, появляется возможность отбирать теплоноситель с нужной температурой на том или ином уровне накопительного бака. Это даст возможность оборудовать качественный контур с высокой температурой, оборудованный радиаторами, а также отопление с низкими температурами, как, например, в теплом полу.

Однако не стоит забывать и о насосах, имеющих схемы контроля нагрева, поскольку температура на разных уровнях накопительного резервуара в разное время суток, как известно, отличается.
При этом функция патрубков не сводится исключительно к отводам для отопительных контуров. Сразу несколько систем котлов, оборудованных по разному типу, можно подключить к одному аккумулятору отопления.

Правила установки и расчет

Принцип подключения теплоаккумулятора является таким же, как и у гидрострелки, а основное отличие заключается только в теплоизоляции и объеме. Эти механизмы нужно монтировать между двумя трубопроводами, идущими от котла – обратным и подающим. Подающий элемент подключается к верхней части резервуара, в то время как обратный – к нижней.

Для того чтобы рассчитать тепловую емкость устройства, можно воспользоваться следующей формулой: Q = mc (T2-T1). В данном случае Q – это количество накопленного тепла, m – масса, которой обладает вода в емкости, c – показатель удельной теплоемкости, измеряемый в Дж/(кг*К) и равный 4200, а Т2 и Т1 – исходный и конечный параметр температуры воды.
Пример использования теплоаккумулятора в схеме отопления:

Данная формула позволит правильно рассчитать то, какую тепловую емкость должен иметь теплоаккумулятор для котлов отопления. При возникновении вопросов относительно создания и монтажа теплоаккумуляторов, а также во избежание неполадок во время дальнейшей эксплуатации всегда можно обратиться за помощью к квалифицированным специалистам, в наличии у которых всегда имеются фото вариантов оборудования, а также подробные видео по их правильной установке.

Оставляйте отзывы:

Теплоаккумулятор для котлов отопления: назначение и принцип работы

Как работает система отопления

В современном понимании энергоэффективности установок отопления, в том числе и отдельного дома или коттеджа, в последнее время акцент существенно сместился с показателя потребления топлива на обогрев помещения на показатель, характеризующий эффективность использования энергии для полного теплоснабжения дома.

Такой обоснованный акцент на энергоэффективность позволяет по-новому посмотреть на проблему теплоснабжения жилища, включающую в себя две основные задачи:

отопление дома;
горячее водоснабжение.

Новым путем экономии энергоресурсов в системе теплоснабжения здания сегодня выступает установка в системе отопления дополнительного оборудования, в функции которого входит аккумулировать тепловую энергию и постепенно ее расходовать.

Применение теплового аккумулятора в схеме приборов системы отопления, где основным источником энергии выступает твердотопливный котел. позволяет без дополнительных затрат провести снижение потребления топлива до 50% в отопительный сезон. Но это в будущем, а пока достаточно наглядно следует рассмотреть принцип работы этого устройства.

Принцип работы системы с твердотопливным котлом

Наиболее высокий эффект от подключения в систему будет применительно именно к твердотопливным котлам.

Тепло, выделяемое при сжигании топлива, через теплообменник по трубопроводу поступает в регистры или батареи отопления, являющиеся по сути теми же теплообменниками, только не получающими тепло, а наоборот, отдающие его окружающим предметам, воздуху, в общем, нагревающему помещению.

Остывая, теплоноситель — вода в батареях, опускается вниз и снова перетекает в контур теплообменника котла, где опять нагревается. В такой схеме существует минимум два момента, связанных с большой, если не с огромной потерей тепла:

прямое направление движения теплоносителя от котла к регистрам и быстрое остывание теплоносителя;
небольшой объем теплоносителя внутри системы отопления, что не позволяет поддерживать стабильную температуру;
необходимость постоянного поддержания стабильно высокой температуры теплоносителя в контуре котла.

Важно понимать, что такой подход иначе как расточительным назвать нельзя. Ведь при закладке топлива сначала при высокой температуре горения в помещениях воздух прогреется довольно быстро. Но, как только процесс горения прекратится, завершится и нагрев помещения, и как результат – снова понизится температура теплоносителя, и остынет воздух в помещении.

Использование теплоаккумулятора

В отличие от стандартной системы отопления, система, снабженная аккумулятором тепла, работает несколько иначе. В самом примитивном виде, сразу после котла бак устанавливается в качестве буферного устройства.

Между котлом и трубопроводами устанавливается бак со многослойной теплоизоляцией. Ёмкость бака, а она рассчитывается таким образом, чтобы количество теплоносителя внутри бака было больше, чем в системе отопления, содержит теплоноситель, нагреваемый от котла.

Внутрь бака введены несколько теплообменников для системы отопления и для системы горячего водоснабжения. Нагретый от котла внутренний объем аккумулятора долгое время может поддерживать высокую температуру и постепенно отдавать ее для систем отопления и водоснабжения.

Учитывая то, что самый маленький бак имеет объём 350 литров воды, то нетрудно рассчитать, что потратив одно и то же количество топлива при использовании теплового аккумулятора эффект будет намного больше, чем при прямой системе отопления.

Но это самый примитивный вид теплового прибора. Стандартный, рассчитанный на действительно работу в условиях теплоснабжения отдельного дома, аккумулятор теплоты может иметь:

внутренний объем от 350 до 3500 литров;
верхний теплообменник системы горячего теплоснабжения;
теплообменник системы отопления;
приборы системы безопасности – клапанную группу, манометр, патрубки выхода воздуха;
приборы системы контроля температуры, давления, предохранительные и обратные клапаны;
технологические выходы стандартной для обвязки арматуры диаметров;
высота бака с термооболочкой включает от 1,8 метра до 5,6 метра;
диаметр от 0,7 до 1,8 метра.

Цена таких аккумуляторов зависит от многих факторов:

материала изготовления бака;
объема внутреннего бака;
материала, из которого изготовлен теплообменник;
фирмы изготовителя;
комплекта дополнительного оборудования;

Замечание специалиста: рассчитать правильную работу всей системы отопления, начиная от ТТ котла и заканчивая диаметром парубков, в принципе можно и самостоятельно, но при этом следует учитывать, что мощность как котла, так и самой установки должна быть рассчитана на работу в условиях максимально низких температур в регионе.

Более детальную информацию по этому вопросу сегодня можно найти на страницах интернет сайтов, как в текстовом виде, так и воспользовавшись услугами специализированных онлайн калькуляторов, ну и конечно в специализированных фирмах, занимающихся разработкой и установкой систем теплоснабжения.

Все управляется электроникой

Возможно, для многих такое понятие, как «умный дом» уже давно вошло в привычный ритм жизни.

Дом, в котором многие функции по содержанию и управлению системами берет на себя электроника, не обходится без участия электронных компонентов и работы системы отопления и водоснабжения с аккумулятором тепла.

Для поддержания стабильно комфортной температуры, необходимо не столько постоянное горение топлива в топке котла, сколько стабильное поддержание температуры в системе отопления. И с такой задачей вполне справляется электронное управление работой теплоаккумулятора.

Возможности платы управления:

включит циркуляционный насос подачи теплоносителя системы отопления;
для дополнительного нагрева теплоносителя в баке откроет заслонки или включит вентилятор турбонаддува котла;
в экстренных случаях перекроет клапаны трубопроводов и прустит теплоноситель от котла напрямую в батареи, а уже потом начнет нагревать бак аккумулятора;
перенаправит поток горячей воды с теплообменника котла в систему горячего водоснабжения или воспользуется нагревом в контуре бака.

Кроме этого, электронная составляющая может отлично использоваться в качестве контроллера работы, как твердотопливного котла, так и электронагревательных приборов, и даже в качестве использования системы солнечного коллектора для получения максимальной выгоды и экономии ресурсов.

Экономический эффект даже от включения в схему теплоснабжения аккумулятора тепла позволяет, как уже говорилось, до 50% снизить затраты на топливо в отопительный сезон, а если учитывать то, что цена на энергоносители постоянно растет, то такое вложение средств становится не просто выгодным, а уже обязательным для новостроек.

Смотрите видео, в котором пользователь очень подробно разъясняет схему устройства твердотопливного котла вкупе с теплоаккумулятором:

В городе Окотокс, Альберта, Канада (51.1 с.ш. 114 з.д.) была реализована последняя и наиболее успешная отопительная солнечная система с сезонным грунтовым аккумулятором без теплового насоса - Drake Landing Solar Community (DLSC). При ее проектировании канадцы учли практический опыт и изучили результаты исследований европейцев в этой области с целью создать экономически выгодную и эффективную круглогодичную систему отопления с максимально возможной солнечной составляющей в общем энергопотреблении жилого района.

Рис. 1. Drake Landing Solar Community (DLSC)

Солнечная отопительная система с грунтовым аккумулятором в районе Окотокс была введена в эксплуатацию в 2007 году. Это была первая солнечная отопительная система в Северной Америке, способная покрывать более 90% потребности в отоплении 52 частных домов. Централизованная система отопления жилого района спроектирована таким образом, чтобы запасать избыток солнечной энергии в теплый период с помощью грунтового аккумулятора для дальнейшего использования в период, когда необходимость в ней возрастает. Тепловая система состоит из:

800 солнечных коллекторов с углом наклона 450, которые закреплены на крышах гаражей и перекрытиях между ними по всей территории жилого района;
временного аккумулятора тепловой солнечной энергии (2 металлических бака 120 куб.м каждый);
грунтового аккумулятора (144 скважины глубиной 37 м и расстоянием 2,25 между ними, диаметр площади поверхности 35 м);
местной распределительной системы;
52 энергоэффективных дома.

Рис. 2. Упрощенная схема солнечной отопительной системы с грунтовым аккумулятором

Солнечная энергия, собранная посредством системы плоских солнечных коллекторов площадью 2 293 кв. м, аккумулируется в грунте и позднее, когда есть необходимость в отоплении, извлекается оттуда с целью дальнейшего распределения между домами в жилом районе. Грунтовый аккумулятор расположен на углу близлежащего парка, покрытый слоем изоляции под верхним слоем почвы, состоит из 144 скважин, 35 м глубиной каждая, расположенных в 24 параллельных контура. Соединение рядов последовательно соединенных скважин осуществлено таким образом, чтобы вода текла из центра к периферии во время зарядки аккумулятора и vice versa во время разрядки, таким образом, чтобы наиболее высокая температура всегда оставалась в центре. Для эффективного сбережения тепловой энергии в грунтовом аккумуляторе, температура которого может достигать 80 гр в теплый период года, он должным образом изолирован глиной, изоляцией R-40, песком, водоупорной мембраной и другими изолирующими материалами. В теплое время года сезонный аккумулятор получает тепловую энергию солнца через временный аккумулятор. В холодное время года, когда уровень солнечной радиации минимальный, возрастающие потребности в отоплении обеспечиваются грунтовым аккумулятором через временный аккумулятор. Когда температура временного аккумулятора не соответствует необходимому уровню, в энергетическом центре жилого района включается газовый котел.

Коттеджи были спроектированы на 30% более энергоэффективными, чем обычные дома и сертифицированы канадским стандартом R-2000. Каждый дом обеспечен современной изоляцией, воздушным барьером и рекуперативной вентиляцией. Их отопление осуществляется через 4 ветви распределительной сети, состоящей из двойных трубопроводов. Сплит-система кондиционирования и рекуперации тепла обеспечивает принудительное воздушное отопление и наличие свежего воздуха. Независимая 2х-коллекторная солнечная система подогрева горячей воды и высокоэффектиный газовый котел (back-up) обеспечивают бесперебойное горячее водоснабжение. Такая комбинация приводит к 65-70% снижению потребления газа.

Большая часть энергетического оборудования (насосы, контроллеры, вспомогательный газовый котел, etc), а также 2 временных тепловых бака-аккумулятора общим объемом 240 куб. м находятся в специализированном помещении – Энергетическом Центре.

Временный аккумулятор служит буфером между контуром солнечных коллекторов, распределительным контуром и грунтовым аккумулятором. Основные функции временного аккумулятора: получение и распределение тепловой энергии по мере необходимости. Баки-аккумуляторы для временного хранения тепловой энергии являются необходимой составляющей подобной системы, так как обладают более высокой теплопроводностью и позволяют утилизировать тепловую энергии более интенсивно, чем грунтовый аккумулятор, который, в свою очередь, обладает более высокой теплоемкостью. В теплый период года при высоком уровне солнечной радиации, грунтовый аккумулятор не может так же быстро поглотить солнечную энергию, как она может быть собрана солнечными коллекторами. Таким образом, временный аккумулятор накапливает дневную тепловую солнечную энергию и продолжает передавать ее грунтовому аккумулятору в течение ночи.

Таким образом, вся солнечная тепловая система имеет значительное положительное влияние на экологическую ситуацию в Drake Landing Solar Community путем снижения сокращения выбросов на 5 тонн парниковых газов ежегодно, а также имеет высокую экономическую эффективность, покрывая 86% (на 4м году функционирования) потребления энергии на отопление с помощью солнечной энергии.

Сравнение шведской и канадской солнечной тепловой систем с грунтовыми аккумуляторами, работающими без тепловых насосов

Канадская солнечная система с сезонным аккумулятором на сегодняшний день является наиболее успешной с самой большой величиной солнечной составляющей в общем потреблении энергии на отопление – 86%. Грунтовый аккумулятор еще не достиг стационарного состояния температур, но результаты уже на сегодняшний момент многообещающие. Предлагаю вашему вниманию, приведенное ниже сравнение основных параметров двух солнечных отопительных систем с грунтовым аккумулятором: в Канаде и в Швеции.

К восьмому году функционирования шведская солнечная отопительная система в Аннеберге достигла стационарного состояния температур и солнечная составляющая в общем энергопотреблении, полученная в результате проведенного детального анализа системы, составляла 28%. В 2002 году, когда система была запущена в эксплуатацию, она была единственной и уникальной в своем роде. Во время проектирования и монтажа системы возник ряд трудностей, кроме того были допущены некоторые ошибки, как при проведении расчетов так и при строительстве. Тем не менее, система осуществляет свою главную функцию и дает неоценимый практический опыт для последователей.

Используя эти знания и мировой опыт применения солнечных технологий для крупномасштабных отопительных систем с сезонными аккумуляторами, новая система была введена в эксплуатацию в Канаде в 2007 году и успешно функционирует и по сей день. Главный вывод, который был сделан после проведенной оценки работы шведской системы – это уровень потерь, который оказался намного выше, чем было предусмотрено на этапе проектирования. Чтобы избежать таких последствий, солнечная отопительная система DLSC была надлежащим образом изолирована. Кроме того, был построен только 1 Энергетический Центр с двумя большими водными баками-аккумуляторами с высокой степенью стратификации 120 000 л каждый, вместо 13 небольших сабъюнитов с одним-двумя баками по 750 литров. Такая стратегия привела к тому, что большее количество возможных потерь тепловой энергии, удалось избежать.

В сравнительной таблице обозначены все основные различия в конфигурации и организации двух солнечных тепловых систем. В отличие от шведской, канадская система оборудована современной системой мониторинга и контроля, которая обеспечивает запись и хранение данных всех установленных датчиков. Такая детальная система мониторинга была разработана в целях проведения дальнейших исследований реально существующей системы и сравнения ее с моделью, созданной в программе TRNSYS. Координатор проекта SAIC Canada постоянно следит за работой системы, занимается усовершенствованием оборудования мониторинга и контроля, а также проводит инспекции рабочих помещений по всей территории жилого района. Это помогает выявить неполадки и ошибки, которые могут возникнуть в работе системы, и вовремя их устранить.

Можно сделать вывод, что два приведенных примера: первая шведская солнечная система и затем канадская, доказали возможность успешного круглогодичного использования солнечной энергии для местной системы отопления в жилых районах в условиях холодного климата для обеспечения отопления и горячего водоснабжения. Приведенные выше системы сделали значительный шаг вперед в продвижении технологий солнечной энергетики по всему миру и служат ярким примером применения эффективных и экологически чистых энергетических систем.

Рис. 1. Drake Landing Solar Community (DLSC)

800 солнечных коллекторов с углом наклона 450, которые закреплены на крышах гаражей и перекрытиях между ними по всей территории жилого района;
временного аккумулятора тепловой солнечной энергии (2 металлических бака 120 куб.м каждый);
грунтового аккумулятора (144 скважины глубиной 37 м и расстоянием 2,25 между ними, диаметр площади поверхности 35 м);
местной распределительной системы;
52 энергоэффективных дома.

Рис. 2. Упрощенная схема солнечной отопительной системы с грунтовым аккумулятором

Сравнение шведской и канадской солнечной тепловой систем с грунтовыми аккумуляторами, работающими без тепловых насосов

Читайте также: