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.
Принцип работы расширительного бака
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.
Нетрудно заметить, что ТА параллельно играет роль гидрострелки. То есть к нему можно подключать контуры, работающие в различных температурных режимах, к примеру, систему радиаторов и «теплый пол».
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.
В отопительной системе бак расширительный для отопления вещь неотъемлемая. Ведь без него систему бы попросту разорвало. Разберемся подробно в данном механизме.
Схема установки циркуляционного насоса в систему отопления описана тут.
Более подробную информацию о теплоаккумуляторах вы можете почитать в этой теме.
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.
Схема подключения теплоаккумулятора
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.
Располагая же накопителем тепла, пользователь получает возможность даже в межсезонье эксплуатировать твердотопливный котел только на максимальной производительности: ТА вберет в себя избыточное тепло, а затем будет понемногу отдавать его системе отопления.
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.
Отопление частного дома газовым котлом
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:
- Теплопотери в доме при наименьшей наружной температуре составляют 12 кВт.
- Время, в течение которого ТА должен обеспечивать теплом жилище в самый сильный холод — 5 часов.
- Температура теплоносителя, на которую рассчитана система отопления — +60С.
- Максимальная температура теплоносителя в ТА — +90С.
Накопительный бак
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.
Пользователю следует учесть, что котел должен иметь мощность в 1,5 – 2 раза большую, чем требуется для компенсации теплопотерь в самый холодный период, ведь обслуживать систему отопления и заряжать ТА он будет одновременно.
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.
Самодельный бак
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.
Знаете ли вы, что странах Западной Европы запрещено использовать твердотопливный котел без теплоаккумулятора? В нашей стране многие пользуются данным оборудованием. Теплоаккумулятор своими руками хороший способ сэкономить деньги и сделать отопительную систему безопасной.
Инструкция по изготовлению электрокотла для отопления своими руками приведена по ссылке.
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.