Бак аккумулятор в системе отопления — преимущества и недостатки

Современные котлы отопления во многом превосходят старинные кирпичные печи, но кое в чем и проигрывают им: не имея массивных элементов, они не могут накапливать тепло.

Между тем, такая способность, как мы увидим далее, может быть весьма полезной и кое-кто из пользователей, понимая это, оснащает свой котел теплоаккумулятором.

Давайте посмотрим, какую роль играет бак аккумулятор в системе отопления и как можно изготовить его самостоятельно.

Принцип работы и назначение

Чтобы снабдить отопительный прибор теплоаккумулятором, ничего особенного изобретать не нужно. С этой ролью легко может справиться неотъемлемый компонент системы отопления — теплоноситель. Только нужно значительно увеличить его объем и несколько видоизменить схему подключения котла и потребителей.

Для этого берут большую оклеенную теплоизолятором емкость (ее и будем в дальнейшем называть теплоаккумулятором — ТА) и подключают ее к котлу так, как если бы это был отопительный контур. То есть от котла к емкости протягивают подающий и обратный трубопроводы, причем первый заводится в нее сверху, а второй — снизу. На «обратке» устанавливаются циркуляционный насос и мембранный расширительный бачок.

Получаем малый контур «котел — ТА». Перед отопителем в данном случае стоит следующая задача: нагреть имеющийся в ТА запас теплоносителя до максимально возможной температуры — порядка 90 – 95 С.

С другой стороны к ТА подключают один или несколько отопительных контуров так, как если бы вместо него стоял обычный котел. При этом подающий трубопровод подключается к ТА сверху, а обратный — подводится к нижней части. В каждом из контуров имеются свой циркуляционный насос и расширительный бачок, а кроме того смесительный узел.

Последний состоит из перемычки между «подачей» и «обраткой», установленных на ней 3-ходовых клапанов с термоголовками и выносного термодатчика. Пока теплоноситель в контуре имеет достаточно высокую температуру, насос гоняет его через перемычку по кругу. Когда среда остынет, сработает термодатчик, который заставит переключиться клапаны так, чтобы в контур поступила определенная порция горячего теплоносителя из ТА.

При этом часть холодного теплоносителя из контура будет сброшена в нижнюю часть бака. Так раз за разом автоматика будет подмешивать в отопительный контур ровно такое количество теплоносителя из аккумулятора, какое необходимо для поддержания в нем требуемой температуры.

Преимущества и недостатки аккумуляторного бака

Посмотрим теперь, что выигрывает пользователь, применяя ТА с отопителями различных типов:

С электрокотлом

Как известно, электрическое отопление по удобству эксплуатации не только превосходит любое другое, но и с полным правом может считаться идеальным. Судите сами:

• выбросы отсутствуют, значит, дымоход не нужен;
• абсолютно бесшумная работа;
• мощность тепловыделения меняется от 0% до 100% при постоянно высоком КПД;
• легко поддается автоматизации.

Но все эти достоинства перечеркиваются одним недостатком — высокой стоимостью электроэнергии. Тот же, у кого есть ТА, может существенно снизить затраты на электроотопление. Дело в том, что наряду с обычной формой оплаты электроснабжения существует так называемая многотарифная, которая предусматривает различную стоимость электричества днем и ночью.

Дневной тариф чуть выше обычного, но зато ночной — примерно в 3 раза ниже. Перейдя на такую форму оплаты, можно эксплуатировать электрокотел только ночью, отапливая дом в дневное время за счет накопленного в ТА тепла.

С твердотопливным котлом

Здесь смысл установки ТА очевиден: пользователю можно будет реже подкладывать топливо, что особенно ценно ночью. Но это только «первая выгода», которая лежит на поверхности. Дело в том, что твердотопливные котлы работают с максимальной эффективностью только в режиме номинальной мощности.

Если же отопитель «прикрутить» при помощи воздушной заслонки, что приходится делать большую часть отопительного сезона, сразу появляется целая серия нежелательных явлений:

• резко падает КПД (неполное сгорание топлива);
• увеличивается образование сажи и токсичного конденсата;
• выхлоп становится особенно ядовитым из-за повышенного содержания угарного газа и других неполных оксидов, а также тяжелых углеводородных радикалов.

С газовым котлом

В подавляющем большинстве газовые котлы работают в режиме «старт-стоп», то есть периодически включаются, чтобы подогреть теплоноситель, после чего снова выключаются. Без отключений работают только агрегаты с модулированными горелками (у них мощность регулируется), которые стоят сравнительно дорого.

Режим «старт-стоп» сопровождается температурными перепадами, которые сокращают срок службы элементов котла. Причем с уменьшением нагрузки на отопительную систему (оттепель или межсезонье) частота включений увеличивается. При наличии ТА газовый котел будет работать стабильно на номинальной мощности, а затем надолго отключаться.

Следует, однако, признать, что и с кое-какими недостатками придется мириться:

• понадобятся как минимум два циркуляционных насоса, клапаны и автоматика для смесительного узла;
• для накопления более-менее приличного запаса тепла требуется большой объем теплоносителя,

ТА обычно занимает довольно много места и нуждается в фундаменте.

Расчет объема накопительного бака для отопления

Покажем расчет на примере со следующими исходными данными:

1. Теплопотери в доме при наименьшей наружной температуре составляют 12 кВт.
2. Время, в течение которого ТА должен обеспечивать теплом жилище в самый сильный холод — 5 часов.
3. Температура теплоносителя, на которую рассчитана система отопления — +60С.
4. Максимальная температура теплоносителя в ТА — +90С.

Порядок расчета

Определяем общее количество тепла, которое должен запасти ТА для 5-часового «дежурства»:

Q = 12 * 5 = 60 кВт*ч.

Учитывая, что 1 кВт*ч = 3,6 МДж, получаем: Q = 60 * 3,6 = 216 МДж.

Вычисляем необходимый объем теплоносителя (вода) из формулы:

Q = m*c*(Tmax — Tmin),

где:

• M — масса воды;
• С — теплоемкость воды, при t = +60C c = 4182 Дж/кг*С, при t = +90С с = 4208 Дж/кг*С, для расчета принимаем среднее значение: с = 4195 Дж/кг*С;
• Tmax и Tmin — максимальная и минимальная температура теплоносителя в ТА, по условию Tmax = +90C, Tmin = +60C.

Из данной формулы находим требуемую массу воды:

M = T / (c*(Tmax — Tmin)) = 216 000 000 / (4195* (90 — 60)) = 1716.33 кг.

Поскольку 1 кг воды имеет объем в 1 л, нам понадобится бак емкостью 1717 л или 1,7 куб. м. Такой объем имеет куб с длиной ребра около 1,2 м.

Рекомендации по изготовлению своими руками

Как изготовить бак аккумулятор в системе отопления своими руками? Конструктивно ТА представляет собой емкость, в которой имеются:

• крышка;
• штуцеры для подключения трубопроводов;
• гильзы для установки манометра и термометра;
• предохранительный клапан.

Дополнительно бак-накопитель можно оснастить:

• змеевиком для подогрева воды на хозяйственные нужды;
• змеевиком для подключения солнечного коллектора;
• трубчатыми электронагревателями (ТЭНами).

Важное обстоятельство: чтобы теплоноситель не насыщался кислородом, ТА должен быть закрытым. В таком случае он будет испытывать нагрузку от давления, развиваемого циркуляционным насосом.

Бак прямоугольной формы в таких условиях может раздуть, поэтому следует делать его в виде цилиндра со сферическими днищем и крышкой.

Такую емкость придется заказать на металлообрабатывающем предприятии, так как для ее изготовления понадобятся вальцы и гидравлический пресс. При небольшом объеме можно применить готовый резервуар, рассчитанный на высокое давление, например:

• газовый баллон;
• ресивер от компрессора промышленного назначения или от железнодорожного вагона;
• старый бойлер;
• емкость для хранения жидкого азота.

Можно применить и прямоугольный резервуар, но тогда его нужно будет усилить изнутри связями из трубы диаметром 20 мм.

Чем утеплить теплоаккумулятор?

Самым недорогим, а потому и наиболее популярным утеплителем является пенополистирол, который в обиходе мы привыкли называть пенопластом.

Но в данном случае применять его не следует, поскольку материал этот, как и многие другие полимеры, при нагреве (начиная с температуры +80С) выделяет ощутимое количество вредных для здоровья летучих веществ (результат термического распада полимерных молекул).

Конечно, в теплоаккумуляторах заводского изготовления, как и в бойлерах, полимерная теплоизоляция используется (обычно пенополиуретан), но у этих приборов имеется герметичный кожух, сделать который в домашних условиях достаточно сложно.

Более подходящий вариант утеплителя для ТА — минеральная вата, волокна которой делаются из базальта или стекла. Причем желательно использовать такие марки, в которых роль связующего играет не фенолформальдегидная смола, а акрил. В качестве примера можно привести утеплители URSA PURE ONE и Knauf Insulation.

Видео на тему