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.
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
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.