Теплоаккумулятор для котлов отопления: основные функции и конструкции

Отопление на базе твердотопливного котла имеет существенный недостаток, которого нет у газовых и электрических агрегатов: загрузка торфа, угля, дров, брикетов выполняется вручную. То есть существует необходимость постоянного контроля степени прогорания топлива. Сама система нагревается неравномерно – температурный режим периодически изменяется. Купировать эту проблему может теплоаккумулятор для котлов отопления. Устройство аккумулирует избытки энергии и понемногу передает ее в систему. Процесс продолжается и после прогорания твердого топлива.

Если твердотопливный агрегат разгорелся сильно, система отопления перегревается, при слабом горении она охлаждается. Уменьшить диапазон нагрева и продлить время трансформаций можно, используя котел с теплоаккумулятором. Эта двухчастный большой резервуар, заполненный рабочей жидкостью: одна часть собирает избыточное тепло, другая постепенно отправляет энергию в контур. Так температура в системе стабилизируется, перепады становятся продолжительными и плавными. Действие осуществляется через змеевики посредством трехходового клапана в автоматическом режиме. 

На заметку! Пользователь котла с теплоаккумулятором после закладки топлива может не беспокоиться о состоянии теплоносителя и даже задержаться по времени к следующей закладке – даже после прогорания ТТ отопительная система продолжает функционировать.

Сегодня используются четыре типа тепловых аккумуляторов.

Это самый лаконичный и распространенный теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Он напрямую подключается к контурам и источнику тепла. Условия реализации схемы:

• если рабочая жидкость всей системы, включая агрегат, одна и та же;
• максимально допустимое давление рабочей жидкости контуров не более допустимого давления агрегата;
• если требование по давлению невыполнимо, контуры можно подключить через дополнительные теплообменники;
• если температурные показатели жидкости на выходе из агрегата не более предельной температуры в контурах;
• если требования по температуре невыполнимы, нужно установить на контуры смесительные узлы, укомплектованные трехходовыми клапанами.

Теплообменник – это спираль из трубки, он устанавливается внизу теплоаккумулятора для котла. Именно там происходит нагрев, горячая жидкость стремиться вверх, разно температурные среды интенсивно перемешивается. В устройство может быть интегрировано несколько обменников.

Условия реализации структуры с теплообменником:

• если предельные показатели температуры и давления агрегата значительно выше аналогичных параметров контура и теплоаккумулятора для твердотопливного котла;
• если используется бивалентный принцип, буферная емкость актуальна, но ее размещение зависит от температурного напора теплоисточников: чем он меньше, тем ниже устанавливают бак;
• если в систему и котел залиты разные жидкости.

Важно! Специалисты рекомендуют устанавливать по центру устройства магниевый анод, который собирает за счет небольшого электрического потенциала тяжелые соли. Так бак предохраняется от накипи. Магниевый анод – расходный материал.

Если теплообменник расположен верху емкости, холодная вода подается в аккумулятор снизу, и ее подача продолжается до точки водозабора ГВ. Условия реализации этой схемы:

• если использование горячей воды предсказуемо и равномерно, пиковые нагрузки отсутствуют, но обменник должен быть металлическим из пищевой стали;
• другие условия – тождественны с ТУ схемы прямой коммутации.

В такой схеме бак для горячей воды помещается внутрь емкости, структура аналогична бойлеру косвенного нагрева. Условие для реализации технологии: если пиковая выработка тепла оборудованием не коррелирует с максимальной нагрузкой по потреблению ГВ. Например, все домочадцы утром в одно время собираются на учебу и работу.

Обратите внимание! Большинство моделей буферных емкостей имеют большое количество патрубков на разных высотах, поэтому на одном и том же аккумуляторном устройстве могут быть реализованы различные схемы или их комбинация. При выборе нужно рассматривать особенности конструкции, числа агрегатов и контуров.

В аккумуляторе тепла любой конструкции создается разница температурного напора по высотам, что разрешает коммутировать нескольких контуров, работающих в различных температурных режимах.

• дровяной котел с теплоаккумулятором может отапливать помещения в 2 раза большей площадью, чем без буферной емкости;
• снижение расходов на топливо;
• КПД системы существенно увеличивается;
• теплоноситель не перегревается;
• увеличиваются промежутки между загрузками в топку;
• температурный режим настраивается более точно;
• создается потенциал для модернизации.

• из остывшего состояния в номинальный режим система с емкостью переходит медленно;
• оборудование сложносоставное, громоздкое, его перевозка, размещение и установка – серьезно усложнены;
• топливо должно размещаться не в котельной – в другом помещении;
• цена комплекта оборудования высока и долго окупается.

Змеевик – это своего рода теплообменник. Так тепло передается через стенки, а рабочие жидкости не перемешиваются. Змеевик должен быть медным или выполнен из нержавейки, устройства из черных сталей удешевляют конструкцию, но имеет небольшой ресурс, поскольку со временем ржавеют. 

На практике используют пять типов:

• Без змеевика. Этот вариант предполагает установку бака меньшего размера, его коммутируют с малым контуром. По законам физики тепло стремиться вверх, холодная жидкость – вниз. Это самая простая схема. Себестоимость небольшая, монтаж прост.
• Один змеевик. Устройство размещено внутри резервуара. По спирали циркулирует рабочая жидкость от источника. Тепло транспортируется в емкость, и далее – в контур. Жидкости в такой конструкции не смешиваются, что важно при использовании различных веществ. Система функционирует в прямой и обратной последовательности. К спирали можно подключить любой контур.
• Два змеевика. Один контур подключается к ТТ-котлу, другой – к дополнительному источнику. Структура предназначена для нескольких видов оборудования.
• Три спирали. Система рассчитана на три источника тепла: ТТ-агрегат и два альтернативных. Она разрешает максимально экономить ТТ, поскольку агрегат может запускать, как аварийный.
• С дополнительным баком. Чтобы из крана шел горячий поток сразу по включении котла, предлагается еще одна схема, которая включает в себя еще один контур с обменником тепла. Но запасы нагретой жидкости – лимитированы, после опустошения бака прогрев происходит долго.

Системы на основе котла отопления с теплоаккумулятором преимущественно используются в жилых домах. Для них нужны большие запасы твердого топлива, для которого сооружают отдельное складское помещение.

Схемы, в которых объединен ТТ-агрегат и коллекторы от солнечного света, разрешают экономить до трети цены на закупку топлива. Но котел невозможно исключить полностью, поскольку ясная погода бывает не каждый день.

Комбинированные конфигурации могут включать два вида котлов. Например, газовый и на твердом топливе. Это разрешает оперативно запускать систему отопления в промерзшем здании, обеспечивает стабильную и быструю подачу горячей воды.

Цены на заводские модели – высокие, согласно использованным материалам и сложности конструкции, они варьируются от 48 до 130 тысяч рублей. Но буферную емкость можно изготовить своими руками. Она представляет собой металлический цилиндр большого объема, теплоаккумулятор может иметь квадратное и прямоугольное сечение. 

Чертеж нужно разработать с учетом коммутаций: 2 отверстия сверху и снизу со штуцерами – для монтажа теплообменника, 2 с патрубками – для коммутации к контуру и еще одну пару на днище и на верхней панели – для отводчика воздуха и слива рабочей жидкости.

Считается, что резервуары из нержавейки лучше – они не ржавеют. Но их цена до 2,5 раз больше емкости из углеродистого материала. Но практика показывает, что углеродистый или низколегированный листовой металл в 3 мм прослужит долгие годы, поскольку аккумулятор наполнен водой, в которой мало кислорода для активных окислительных процессов.

Металлический лист толщиной от 2 до 3 мм режут на прямоугольник и два круга – для торцов, заготовки сваривают, работы лучше выполнять инверторным аппаратом. Качество швов нужно протестировать давлением не более 4 атм.

На заметку! Если для емкости выбрана форма, отличная от цилиндра, чтобы она не деформировалась, по периметру целесообразно снаружи установить ребра жесткости с расстоянием около 35 см. Кольца нужно стянуть внутри 2 диаметральными усилителями, проложенными перпендикулярно.

Змеевик изготавливается из медной трубки диаметром от 2 до 3 см. Устройство должно иметь цилиндрическую конфигурацию, такая геометрия хорошо зарекомендовала себя в эксплуатации. Если нет специального оборудования, намотку можно выполнить на деревянном каркасе. На финальном этапе, к торцам трубки припаивают или приваривают штуцеры с резьбой.

Конструкцию нужно собрать, согласно чертежам. Если в системе несколько спиралей, их монтируют одну – внутри другой, или другой вариант – одна над другой. Собранная конструкция сваривается. Дополнительно изготавливаются опоры для установки. Их приваривают к днищу.

На заметку! Если пользователь хочет сократить время на прогрев системы, в качестве дополнительного устройства можно использовать ТЭН. Будут полезны приборы: контроллер уровня рабочей жидкости, манометр, термометр. Для защиты теплового аккумулятора целесообразно установить выпускной клапан для воздуха.

Тестирование готовой конструкции выполняется под давлением 4 бар, поскольку система отопления функционирует от 0,8 до 3,5 атм., а при быстром перегреве показатели могут подняться до 3,8 атм. Для проверки емкость наполняется водой до максимального уровня. Давление можно накачать автонасосом или компрессором. Конструкция выдерживается некоторое время. Если на швах выступила влага – нужно исправлять ошибки. Если емкость – сухая, можно приступать к монтажу.

Теплоаккумулятор для газового котла и других типов котла оптимизирует работу агрегата отопления и улучшает условия его эксплуатации. Буферная емкость аккумулирует избыток тепла и постепенно отдает ее в контур, выравнивает температурный режим и гидравлику системы в целом. Устройство разрешает загрузить топку твердым топливом и заниматься своими делами, не контролируя состояние теплоносителя. Даже после полного сжигания ТТ система отопления некоторое время будет выполнять свои функции – за счет накопленного в емкости тепла.