Зачем нужна буферная ёмкость для системы отопления дома

Как и из чего сделать буферную емкость

Теплоаккумулятор изготавливают по чертежу заводского бака. Внутреннее устройство полностью идентично. Бак состоит из следующих узлов:

• внутренняя емкость;
• слой теплоизоляции;
• наружная защитная оболочка;
• теплообменник для емкости, обычно медный змеевик;
• регулирующая и запорная арматура: сливной кран, предохранительный клапан, воздушный клапан, термометр.

Чтобы изготовить буферную емкость самостоятельно достаточно собрать аккумулятор подобно заводскому модулю. Следует помнить, что для разных систем отопления (открытого и закрытого типа), требуются баки разной конструкции. Также будет необходимо подобрать материал для изготовления и утепления емкости.

Тип конструкции теплонакопителя

Существует несколько видов емкостей, классифицирующийся по форме и устройству. Самодельные баки теплоаккумуляторы бывают:

• Цилиндрические — классическая конструкция, используемая при изготовлении накопителей в заводских условиях. Форма имеет множество преимуществ: выдерживает тепловую нагрузку, гидроудары. Практична для закрытых систем отопления с высоким давлением в трубопроводе. Главный недостаток в том, что бак цилиндрической формы трудно изготовить.
• Прямоугольные — при производстве используют металл толщиной в 2 мм. Для упрочнения конструкции буферной ёмкости, приваривают уголки (рёбра жёсткости), стягивая противоположные стенки между собой. Прямоугольная форма теплоаккумулятора хуже справляется с давлением. Общее требование при установке: монтаж накопителя выше расположения радиаторов.Прямоугольная конструкция бака широко распространена благодаря простоте сборки. Чтобы снизить нагрузку на стенки аккумулятора, в систему отопления врезают воздухоотводчик и сбросовый клапан. При закипании теплоносителя (частое явление твердотопливных котлов), арматура предотвратит возникновение аварийного давления.

Для самотечной системы отопления подойдет только открытый буферный бак. Отличие в конструкции: наличие патрубка в верхней части емкости, сообщающегося с атмосферой.

Материал для изготовления аккумуляторного бака

Вариантов для изготовления множество. Наиболее распространенные:

Бак из нержавейки — металл и сварные работы стоят дорого

По причине дороговизны нержавеющая сталь практически не используется, кроме случаев применения уже готовых емкостей.
Пластиковые бочки — важное условие эксплуатации, чтобы материал мог выдержать нагрев до 100°С. Для укрепления корпуса можно сделать окантовку из металлических полос.
Буферная емкость из «еврокуба» — применять не рекомендуется

Причина проста, максимальная температура нагрева резервуара всего 70°С. При перегреве теплоносителя стенки деформируются дадут течь. Но как видно из видео, делают теплоаккумуляторы и из «еврокубов».

Алюминиевая ёмкость — используют уже готовые резервуары с достаточным объемом. Изготовить бак из алюминия самостоятельно получится только при наличии должной квалификации сварщика. Не все профессиональные мастера берутся за обработку этого металла.
Теплоаккумулятор из бочек (металлических) — недостатки: тонкостенная сталь, плоские крышки. Хорошая альтернатива, взять заготовку стальной трубы и изготовить бак приварив дно и верхнюю часть.
Стальная емкость под теплоаккумулятор (цилиндрическая) — оптимальный вариант, требующий минимального количества материальных затрат. Делается из листового железа от 2 мм и толще.

Кроме изготовления сварной конструкции бака используют уже готовые емкости. Подойдут: старые бойлеры, ресиверы, емкости для хранения жидкого азота, баллоны под сжиженный газ и т.п.

Как утеплить буферную емкость

В заводских накопителях изоляцию прокладывают между внутренним баком и внешним кожухом. В самодельных буферных емкостях для твердотопливного котла используется тот же метод теплоизоляции.

Утеплению подлежат стенки теплоаккумулятора. Рекомендуют использовать минеральную или базальтовую вату толщиной не менее 6-8 см. С ватой легко работать. Минеральная теплоизоляция бака пропускает влагу и конденсат (дышит), не скапливая жидкость внутри волокон.

Еще один плюс. Как показывает практика, буферные емкости, утепленные ватой, не любят мыши. При изоляции пенопластом или пенополистиролом грызуны не редко селятся внутри теплоизолирующего слоя. Появившиеся дырки приводят к быстрой потере тепла и снижению КПД накопителя.

Схема подключения

Схема подключения

В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.

Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.

Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.

Недостатки те же, что и в первом случае, нагрев происходит всего объема теплоносителя в системе и в ТА, что существенно увеличивает время на запуск отопления.

Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.

Схема включения с подмешиванием

Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой. Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.

Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.

Схема подключения с подмешиванием

Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.

При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.

Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.

Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.

Схемы сетей с буферной емкостью

Существуют разные типы буферных накопителей. Это и простые баки с входными и выходными патрубками, по которым циркулирует вода по одному контуру и перемешивается. Их чаще всего применяют для твердотопливных котлов или для контура горячего водоснабжения. Например, схема подключения буферной емкости к твердотопливному котлу выглядит так:

1. Теплогенератор, который является или твердотопливным котлом, или любым другим отопительным агрегатом. Нагретая вода от него напрямую попадает в буферную емкость.
2. Буферный накопитель в таком случае представляет собой обычную пустотелую утепленную емкость, горячая вода из которой дальше циркулирует во вторичном контуре отопления или подается на горячее водоснабжение.
3. Расширительный бак, который позволяет поддерживать давление в системе.
4. Запорная и регулирующая арматура.
5. Циркуляционные насосы в отопительном и вторичном контуре.
6. Потребители тепла – радиаторы, теплый пол, другие приборы.

Такая схема проста и не требует особого расчета. Необходимо лишь правильно подобрать емкость бака.

Существуют и накопительные емкости, в которых встраиваются теплообменники. В таком случае вода от теплогенератора напрямую попадает в бак и нагревает уже содержащуюся в нем воду. Теплогенератором может быть как котел, так и солнечный коллектор, тепловой насос или другое оборудование. В баке может быть не один, а несколько теплообменников для горячего водоснабжения и разных контуров отопления.

В такой системе может быть не одна, а несколько буферных емкостей, которые дублируют и заменяют друг друга. Также возможно применение нескольких разных отопительных теплогенераторов, от разных источников энергии. Это позволяет уменьшить зависимость от энергоресурсов. Например, в одной системе возможно использование твердотопливного котла, солнечного коллектора, теплового насоса.

С помощью системы трубопроводов энергия из этих источников нагревает воду в буферной емкости, которая потом через систему теплообменников передается дальше на теплый пол, отопительные приборы или греет проходящую воду горячего водоснабжения.

Такие сложные системы требуют применения качественных и надежных устройств регуляции и автоматики. Необходимо большое количество датчиков, циркуляционных насосов и других приборов, которые будут отслеживать температуру, давление и другие параметры сети.

Важно понимать, что необходимо использовать только качественные емкости, на которых исправно работают защитные элементы, которые не позволяют температуре воды и давлению подниматься выше опасного предела. Большинство буферных емкостей производятся промышленным способом из стальных баков с антикоррозийным покрытием, теплоизоляции и защитных элементов

Можно ли изготовить буферную емкость своими руками для твердотопливного котла, как чаще всего используемого агрегата? Рассмотрим этот вопрос

Большинство буферных емкостей производятся промышленным способом из стальных баков с антикоррозийным покрытием, теплоизоляции и защитных элементов. Можно ли изготовить буферную емкость своими руками для твердотопливного котла, как чаще всего используемого агрегата? Рассмотрим этот вопрос.

1 Функциональные возможности

В установленном теплоаккумуляторе расположена специальная буферная ёмкость, которая является мощным накопителем излишков тепла. Само устройство представлено в виде бака для воды с небольшим змеевиком, который полностью укрыт теплоизоляционным материалом.

Пока котёл сжигает загружённые в него дрова, ёмкость постепенно накапливает вырабатываемые системой избытки тепла. В тот момент, когда котёл перестает выдавать необходимую пользователю температуру, всё излишнее тепло из бака направляется в батареи. Огромное преимущество состоит в том, что вода в радиаторах совершенно не остывает.

Вне зависимости от площади дома отопительная система должна быть снабжена мощным электрическим насосом, который сможет обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя. Но после отключения электроэнергии такая установка прекращает свою работу. Заложенные дрова горят, тепло выделяется, а вот вода неподвижно стоит в трубах, закипая в котле.

Если пользователь упустит момент, то система взорвется, что может угрожать жизни людей. Установленный теплоаккумулятор предотвращает возникновение таких последствий. Огромное преимущество буферной ёмкости для твердотопливного котла состоит ещё и в том, что она увеличивает время между закладками дров в несколько раз. Устраняется опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Качественный буферный агрегат выполняет несколько полезных функций в автоматическом режиме:

• В нужный момент отдаёт накопленное тепло заправленному теплоносителю.
• Обеспечивает стабильную работу системы без вмешательства человека.
• Беспрерывно накапливает всё излишнее тепло.
• В случае отключения электроэнергии предотвращает закипание воды.

Цель установки

Чаше всего специалисты рекомендуют устанавливать такие устройства в системах, которые обеспечивают отопление при помощи солнечных батарей или электрических топок. Оба источника выработки тепла зависят от времени суток.

Активная работа солнечных аккумуляторов приходится на день, а электрический прибор более эффективен ночью, так как стоимость электроэнергии в ночное время рассчитывается по низкому тарифу, а значит, можно сэкономить.

КПД системы

Идеально сочетается аккумулирующий бак с газообразующим или твердотопливным котлом. В данном случае помимо экономии времени и топлива он выступает в роли системы безопасности. Наивысшую степень эффективности можно достичь при комбинации буферного устройства с газогенератором.

КПД достигает своего максимума при оптимальных условиях сжигания топлива. Дерево преобразуется в газ при температурном режиме в 400 градусов. При некотором изменении параметров (давление, температура, плотность топлива в камере сгорания котла) соотношение древесного газа и кислорода становится нерациональным, и топливо уходит в дымоход, заметно снижая КПД топки и приводя к увеличению расхода дров.

Чтобы улучшить показатели КПД, отходящий из топки газ должен удерживать температуру на уровне 90 – 120 градусов. В то же время при таком температурном режиме в трубе образуется конденсат, а это грозит попаданием воды в котел с последующим его выходом из строя. Следовательно, такой режим сгорания нельзя назвать оптимальным.

Чтобы улучшить эффективность нагревателя, необходимо обеспечить ему цикличный режим работы в виде нескольких закладок топлива в топку с максимальным режимом выработки энергии, которая будет поглощена буферным баком. Затем котел может простаивать в течение нескольких суток.

Преимущества

Срок спящего режима топки зависит от объема буферной емкости (объем необходимо подбирать с учетом мощности отопительного устройства), из которой поступает энергия в дни ее простоя. При таком режиме обогрева можно отметить следующие преимущества:

• высокий уровень КПД отопительного котла;
• минимизация топливных расходов;
• выработка комфортной стабильной температуры;
• уменьшение временных затрат на обслуживание системы.

Преимущества

Существенным преимуществом аккумулирующих баков является возможность их подключения к нескольким отопительным приборам.

Добавление термостата в рабочий контур позволит регулировать приоритетность включения обогревателей, а также их отключения в случае достаточной температуры.

К дополнительным плюсам подобных конструкций можно отнести:

• повышение безопасности конструкции за счет ее автоматизации;
• регулирование температуры здания на каждом его этаже;
• минимальные затраты на подключение газовых или твердотопливных котлов;
• простота дополнительной установки теплового насоса или солнечных коллекторов.

Несколько слов о модернизации

Схема подключения

При необходимости собранный нами тепловой аккумулятор легко модернизируется. Существует несколько способов.

1. Мы можем установить снизу дополнительный теплообменник, благодаря которому будет накапливаться энергия, получаемая солнечным коллектором. Актуально для современных систем, использующих энергию солнца для обогрева помещений.
2. Мы можем разделить внутреннее пространство емкости на несколько сообщающихся секций, что обеспечит более выраженное расслоение воды по температурам. Актуально для многоконтурных систем.
3. Мы можем немного увеличить бюджет и выполнить теплоизоляцию стенок бака пенополиуретаном вместо минеральной ваты. Этот материал позволит дополнительно уменьшить потери тепла.
4. Мы можем увеличить количество патрубков и подключить накопитель тепла к более сложной системе обогрева, построенной на базе нескольких независимых контуров. Актуально для отопительных систем, обслуживающих большие дома с помощью котлов высокой мощности.
5. Мы можем установить дополнительный теплообменник для накопления воды. Ее можно будет использовать для различных бытовых и хозяйственных нужд.

Солнечный коллекторАбсорбер частично выгнут буквой UПрактически замкнут в кольцоОбщий вид готового теплообменника для самодельного теплоаккумулятора

Теперь вы владеете всеми необходимыми знаниями для самостоятельной сборки, установки, подключения и модернизации теплового аккумулятора.

Удачной работы!

Видео – Теплоаккумулятор своими руками

https://youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew

Теплоаккумулятор Jaspi (л)	Время нагрева (час.) при мощности
20 кВт	25 кВт	30 кВт	35 кВт	40 кВт	45 кВт	50 кВт	55 кВт	60 кВт
500
1000	2,3
1200	2,8	2,2
1500	3,5	2,8	2,3
1800	3,4	2,8	2,4	2,1
2000	3,1	2,7	2,3	2,1
2400	3,2	2,8	2,5	2,2	2,0
3000	3,5	3,1	2,8	2,5	2,3
3500	3,3	3,0	2,7
4000	3,4	3,1
4500	3,5

Резервуар с насосом в упаковке

Установка буфера не всегда технически оправдана. Если отопление дома осуществляется с помощью современного конденсационного котла, который точно регулирует свою мощность в соответствии с текущим потреблением тепла, нет смысла делать это. В этом случае обычная котельная с цилиндром горячей воды для бытового потребления может быть модернизирована для снижения затрат на отопление водой, но это особенно выгодно, если котел сжигает дорогостоящий жидкий газ или мазут.

Это возможно даже в том случае, если теоретически в котельной нет места для нового оборудования, так как котел и резервуар для хранения заполняют имеющееся пространство. Именно поэтому, популярность воздушных тепловых насосов, интегрированных с накопительным резервуаром, быстро растет. Популярность воздушных тепловых насосов, интегрированных с резервуаром для хранения бытовой воды, оснащенным змеевиком для подключения газового котла, быстро растет. Они почти всегда могут быть установлены вместо обычных бытовых водонагревателей.

Также доступны модели с двумя змеевиками, позволяющие подключить другой источник тепла, например, камин с водяной рубашкой. В такой системе подогрев горячей воды для бытовых нужд производится по минимально возможной цене – с помощью камина или теплового насоса, и только в крайнем случае – с помощью газового или нефтяного котла.

Подготовка горячей воды с помощью теплового насоса, встроенного в водонагреватель, камин и газовый котел.Могут быть предложены и многие другие комбинации, поскольку системы отопления с многофункциональными накопительными резервуарами позволяют практически неограниченно использовать творческий потенциал монтажника и сознательного инвестора. И в этом вся прелесть. 

Создаем теплоаккумулятор своими руками

На рисунке-схеме показан самый распространенный вариант подключения теплового аккумулятора в систему автономного отопления.

На первый взгляд сложно в конструкции накопительного бака ничего нет. Большая стальная емкость, в которую помещены змеевики. Однако сложность работы в домашних условиях кроется именно в тонкостях и в нюансах.

Этап первый — теоретический

Начинать работу следует с поиска необходимой емкости. Потребуется резервуар достаточно большой вместимости и объема. Чем больше, тем лучше. Конечно, не стоит вдаваться в крайности и гнаться за огромными размерами вашего будущего детища. В противном случае, вы встанете перед проблемой, как втиснуть громоздкое устройство внутрь котельного помещения.

На данном этапе помимо поиска и подбора, соответствующих комплектующих и деталей конструкции, придется заняться теоретическими расчетами для определения оптимального в данном случае объема бака. Расчёт емкости теплоаккумулятора для домашнего твердотопливного котла поможет вам в дальнейшем разобраться с размещением агрегата в котельной, подскажет  каким образом осуществить обвязку оборудования. Для начала определим объем емкости самым простым способом, в котором ключевое место занимают физические законы.

Располагая исходными данными:

• тепловая мощность, необходимая для обогрева жилых помещений дома;
• промежуток времени, в течение которого твердотопливный котел будет остановлен и его место в снабжении системы отопления горячей водой займет теплоаккумулятор.

Дальнейшие действия рассмотрим на примере:

Площадь дома примерно 100 м2, твердотопливный котел простаивает в ночное время 5 часов. Берем среднюю тепловую мощность для обогрева дома в 10 кВт.

Исходя из этого, ясно, что тепловой аккумулятор должен выдавать в систему до 10кВт тепловой энергии. За все время простоя нагревательного агрегата это значение составит 50 кВт. Эти расчеты проводятся с учетом того, что вода в накопительной емкости нагрета до температуры 90 С. а в отопительном контуре не более 60 С. Разница температур составляет 30 градусов. Исходные данные подставляем в формулу:

Q = cmΔt Если нам интересно количество воды, которая должна поступать в бак, то формула примет иной вид m = Q / c Δt, где:

Q —  расход тепловой энергии, требуемый для обогрева дома плоащадью 100 м2 (в нашем случае 50 кВт);

c  — удельная теплоемкость воды 4.187 кДж/кг. (0,0012 кВт/кг)

Δt – разность между температурой котловой воды в емкости и в радиаторах отопления (30С)

Получаем 50 /0,0012 х 30 = 1,388 кг, что означает, ориентировочный объем бака для теплоаккумулятора должен составлять 1,4 м3. Соответственно тепловой накопитель для вашего твердотопливного агрегата должен быть не меньше 1,4 куб. метров.

Этап второй —  технологический

Сделав необходимый расчет, занимайтесь подбором соответствующей емкости. В качестве основного корпуса можно использовать баки для подогрева воды, используемые в столовых и предприятиях общественного питания. Обычно такие приспособления изготавливаются из нержавеющей стали. Если вам не удалось найти подобные предметы, используйте для своих целей любые стальные емкости, желательно с крышкой. При одном условии: стенка резервуара не должна быть тонкой (минимум 4-5 мм).

Более перспективный вариант — металлическая бочка. Для установки в загородном доме оптимальный объем емкости – 1000 литров. Большие резервуары, более 5 м3 необходимо оснастить ребрами жесткости. Грамотная установка и расположение бака позволят в дальнейшем, при возросшей металлоемкости, занять агрегату необходимую устойчивость. Для простоты изготовления бака с нуля, выбирайте прямоугольную форму.

В случае работы с бочкой, нужно врезать в корпус патрубки, по количеству змеевиков. Змеевики делаются из стальных водопроводных труб. В данном случае необходимо создать как можно большую поверхностную площадь, через которую будет происходить отъем тепловой энергии. Готовые теплообменники изнутри привариваются к патрубкам. Сколько теплообменников, соответственно и столько пар патрубков, на вход и на выход.

Достоинства теплоизоляции ППУ для цистерн

ППУ – теплоизоляционный материал нового поколения, который обладает рядом преимуществ перед минеральной ватой:

• Обеспечивает высокие показатели адгезии, что позволяет использовать пену на железобетоне, металле, стеклопластике. Может быть использован не только в качестве теплоизоляционного, но и антикоррозийного, пароизоляционного, гидроизоляционного слоя. Он защищает металл от контакта с атмосферными осадками и влагой.
• Используется для утепления цистерн, используемых в различных температурных режимах – от +170 (химическая промышленность) до -150 (криогенная промышленность).

• Может быть нанесен на обычную теплоизоляцию из минеральной ваты для продления срока службы автоцистерн.
• Обеспечивает высокую степень изоляции хранимого сырья – коэффициент теплопроводности минимальный – 0,022 Вт/мК.
• Быстро наносится – на весь процесс потребуется до двух часов.

Пенополиуретан – идеальный материал для утепления автоцистерн. Он долговечный и гибкий, легко наносится на емкости разных форм и размеров, обладает минимальной гигроскопичностью – не впитывает влагу, обеспечивает высокую паропроницаемость – до 0,5–0,6, не поддерживает процесс горения (быстро затухает).

Особенности внутреннего и внешнего устройства

Теплоаккумулятор представляет собой резервуар в форме вертикального цилиндра, сделанный из черной или нержавеющей листовой стали высокой прочности.

На внутренней поверхности прибора имеется слой бакелитового лака. Он предохраняет буферную емкость от агрессивного влияния технической горячей воды, слабых растворов солей и концентрированных кислот. На внешнюю сторону агрегата наносится порошковая краска, стойкая к высоким термическим нагрузкам.

Объем бака варьируется от 100 до нескольких тысяч литров. Самые вместительные модели имеют крупные линейные размеры, затрудняющие размещение оборудования в ограниченном пространстве домашней котельной

Внешняя теплоизоляция изготовляется из вторично-вспененного пенополиуретана. Толщина предохранительного слоя составляет около 10 см. Материал имеет специфическое сложное плетение и внутреннее поливинилхлоридное покрытие.

Такая конфигурация не дает частичкам грязи и мелкого мусора скапливаться между волокнами, обеспечивает высокий уровень водонепроницаемости и повышает общую износостойкость теплоизолятора.

Теплоизолятор не всегда входит в комплект теплоаккумулятора. Иногда его приходится покупать отдельно, а потом самостоятельно монтировать на агрегат

Поверхность защитного слоя закрывается чехлом из кожзаменителя хорошего качества. Благодаря этим условиям вода в буферной емкости остывает гораздо медленнее, а уровень общей теплопотери всей системы существенно снижается.