Буферная емкость (теплоаккомулятор) — разговоры вокруг бочки

Высокая эффективность буферной ёмкости обусловлена тем, что она способна накапливать и сохранять тепло (определенное количество), а затем постепенно отдавать его. В двух словах буферная ёмкость – это своего рода термос, изготовленная из металла бочка (зачастую в утеплителе) объемом от 200 до 10000 литров.

Сегодня это наиболее эффективная технология сохранения и распределения тепловой энергии, не требующая больших денежных затрат.

Это также удобно как термопосуда для еды или обычный давно знакомый нам термос, обеспечивающие горячим обедом и чаем в любой момент, избавляя от необходимости несколько раз тратить топливо (и время!) на разогревание пищи.

Чаще всего буферную емкость используют в паре с твердотопливным котлом, хотя она эффективна абсолютно с любым отопительным оборудованием (упомянутый тт котел, солнечный коллектор, тепловой насос), кроме газового. А еще есть достаточно интересный вариант ее взаимодействия с электрическим котлом. Поскольку можно установить «ночной тариф» на электроэнергию (который значительно ниже обычного), то имеет смысл «заряжать» теплоаккумулятор в ночное время, а утром выключать электрический котел, используя для отопления при этом накопленное тепло из буферной емкости.

«Лишнее» тепло. Откуда оно берётся?

Например, отапливаемая площадь Вашего жилья составляет 200 м². Дом не теряет тепло тогда, когда за окном лето – температура на улице и в доме одинаковая (+20°С) – показатель теплопотери равен нулю. С понижением уличной температуры и дом начинает терять тепло. Потери примерно таковы:

— при +15°С 2 кВт/час;

— при +10°С — 4 кВт/час;

— при +5°С — 6 кВт/час;

— при 0°С — 8 кВт/час и т. д.

Естественно, точные показатели теплопотери жилья может рассчитать лишь специалист, основываясь на данных о материалах, из которых сделан дом, утеплении помещения и еще многих других факторах. Но приблизительно можно сказать, что, к примеру, если на улице температура составляет — 25°С, то теплопотери равны 18 кВт/час. Для восполнения потерь тепла нужно установить котёл.

Обязательно обратите внимание на тот нюанс, что управлять мощностью котла на твёрдом топливе можно в очень узких пределах: дрова или горят (20 кВт), или не горят (0 кВт). Конечно, можно доступ кислорода уменьшить, прикрыв заслонку (для снижения интенсивности горения), но этот метод не 100% эффективен (как не крути, дрова будут тлеть).

А если же за окном, к примеру, прохладный сентябрь: котел горит на минимуме и выдает мощность в 15 кВт, на улице температура 0°С – жилье теряет 8 кВт. Это не хорошо, ведь топлива сжигается почти в два раза больше необходимого – на 15 кВт. Более того, возникает естественный вопрос: ;а куда деваются остальные 7 кВт?

Здесь возможно два ответа:

— либо перегреты радиаторы (батареи) и в доме жарко;

— либо котел закипевший (а это может повлечь за собой поломку самого котла и, как следствие, всей системы отопления).

Безусловно, такие перспективы не радуют, а значит нужно что-то предпринять и избавиться от 7 киловатт «лишней» мощности. Вот именно такую мощность («лишнюю») и аккумулирует буферная ёмкость.

О специфике работы буферной ёмкости на практике:

Рассмотрим схему:

В буферную ёмкость при помощи циркулярного насоса 1 подаётся вода, нагретая котлом. Столько же воды (но уже остывшей) соответственно возвращается в котёл. Из верхнего отдела буферной ёмкости насос 2 подаёт горячую воду к радиаторам. А в нижнюю часть буферной ёмкости возвращается соответствующее количество остывшей воды. Насос 1 функционирует во время горения котла. А работа насоса 2 регулируется при помощи комнатного термостата: в зависимости от того, какая температура в помещении, он может выключить или включить насос.

Рассмотрим подробнее механизм аккумуляции невостребованной мощности в буферной ёмкости. Котлом нагретая вода, иными словами тепловая мощность, передаётся в буферную ёмкость. Для примера возьмем показатель в 15 кВт из ситуации, описанной выше. Эта мощность с помощью насоса 2 передаётся в радиаторы (возмещаются теплопотери). Представим, что уровень производительности обоих насосов одинаковый. В таком случае объем тепловой мощности, который поступит в буферную ёмкость, будет равен объему, который поступит в радиаторы (то есть, обозначенные 15 кВт). Но напомним, что во дворе ранняя осень, температура 0°С, а теплопотери дома составляют 8 кВт. Мы транспортируем в радиаторы слишком много нагретой воды. Что будет происходить? В доме температура станет увеличиваться, дойдет до комфортной (указанной на термостате – к примеру, 20°С) и выключится насос 2. Спустя время остывают радиаторы, снижается и температура в помещении. Когда температура в доме станет меньше указанной на термостате, включится насос 2 и начнет снова подогревать радиаторы.

То есть, как мы уже отмечали, насос 1 функционирует постоянно, а насос 2 попеременно. Исходя из того, что производительность одинакова, а работают они разное количество времени, в буферную ёмкость поступает больший объем горячей воды, чем убывает. А значит, температура в ней будет увеличиваться, и именно так аккумулируется тепло.

Далее рассмотрим, как буферная ёмкость отдаёт накопленное тепло. Итак, котел отработал, и насос 1 отключен – в буферную ёмкость больше не поступает тепло. Но ведь насос 2 еще функционирует, как и ранее: откачивает горячую воду из буферной ёмкости и возвращает холодную. Вследствие этого температура в буферной ёмкости понижается.

Примерный расчет необходимого объема теплоаккумулятора

В идеале мысли о буферной емкости должны возникать при первичном монтаже системы отопления, поскольку габариты ее достаточно внушительны и впоследствии не всегда есть место для установки. Да и не так это дорого, если сразу в проект котельной включить данный агрегат. Поэтому расчет объема теплоаккумулятора лучше всего проводить опытному монтажнику или человеку сведущему в данной теме. Однако, всегда есть возможность приблизительного просчета вместительности емкости. Итак, в основном специалисты исходят из такого соотношения: 25-50 литров на 1 кВт мощности, необходимой для отопления помещения. Это самый оптимальный диапазон литража. Минимум 25 — для сбора «лишнего» тепла, и максимум 50 — для аккумуляции тепла, чтобы, например, не бегать ночью к котлу. Если приобрести накопитель меньшего объема, то его не будет хватать для достаточного запаса тепла, а, следовательно, он не выполнит своих функций. Если же взять бак намного большего нужного объема, то его «заряд» может занять много времени, и вместо схемы «нужное тепло в дом, излишек в емкость», получится всё тепло в емкость. Так что уделите внимание правильному подбору оборудования. Помните — правильный расчёт системы отопления должен делать человек который в этом разбирается!

В чем же преимущества буферной ёмкости?

Итак, давайте конкретизируем, в чем же преимущества использования буферной ёмкости. Ведь возникает естественный вопрос: если температура в ней падает, значит вновь нужно топить котёл? Но дело в том, что система с буферной ёмкостью остывает намного медленнее, чем без неё (в первую очередь за счет утеплителя). К слову, когда нет буферной ёмкости, снижение температуры мы чувствуем уже через полчаса, ну максимум часа через 3 (зависит от того, утеплен ли дом, какая на улице температура и т. д.).

Насколько медленно остывает система, работающая с буферной ёмкостью? Давайте посчитаем: если мощность котла составляет 20 кВт – такой показатель при t отопительной воды 80̊С вырабатывают 120 сегментов радиаторов из алюминия. В них содержится вода объемом 60 л, но есть также вода в котле, трубопроводах, расширительном баке – в общей сложности в системе отопления около 100 литров. Но есть же ещё вода в буферной ёмкости. Например, если она вмещает 500 л, то в сумме получается 600! В 6 раз больше, то есть, и температура понизится минимум в 6 раз медленнее! Всё еще держим в уме, что рассчеты приблизительные. Так, например, мы не можем точно высчитать теплопотери, ведь для этого нужно знать толщину утеплителя буферной емкости, а также теплопотери самой котельной. Но даже само понимание того, что Ваш «запас» тепла хранится не в батареях, а в утепленном термосе, дает приблизительное понимаение насколько более длительное время можно не подходить к котлу с новой порцией дров. Более того, в доме поддерживается удобные 22-23 градуса, а не жара от перегретых батарей.

Также, многим пользователям твердотопливных котлов может понравится такой вариант работы теплоаккумулятора — на ночь закинули дров, легли спать, а когда потухнут дрова, включится в работу буферная емкость и будет поддерживать нужную температуру до утра.

В общем, теплоаккумулятор позволяет сгладить все углы в отоплении твердым топливо, ведь это не газовый котел, где плавная модуляция и большой набор электроники позволяет настроить каждый градус в каждой комнате. А вот с этой емкостью легко делать отбор и распределять теплоноситель туда куда надо, тогда когда надо и в том количестве, в котором надо.

Дополнительные плюсы отопительной системы с буферной ёмкостью:

• Всегда комфортная температура в доме;
• Экономия твердого топлива минимум на 20%;
• Много точек разбора воды;
• Возможность использовать для различных нужд (отопление, ГВС, теплые полы);
• Обезопасит систему отопления от закипания котла при отключении электричества;
• Эффективное использование с низкотемпературными системами отопления (теплые полы например);
• Появление возможности поэтажного регулирования и контроля температуры (или же на несколько помещений, к примеру, дом и гараж);
• Наличие теплоаккумулятора позволяет использовать дешевые котлы, не гонясь за «пиролизом» или «длительным горением»;
• Возможность подключения электро ТЭНов (в том числе и использовать вместо электрокотла);
• Продлевает срок службы твердотопливного котла;
• Простота подключения теплового насоса или солнечного коллектора.

Для полноты картины напишем и о минусах.

1) Размер буферной ёмкости, самая компактная из которых на 350 л без утеплителя имеет 600 мм диаметр (+100\200 мм утеплителя), и высоту в 1000 мм. То есть, требуется больше пространства для монтажа такого оборудования. Хотя и здесь есть варианты, например, изготовление буферной емкости под заказ, с нужными размерами.

2) Стоимость. С одной стороны – гарантированная экономия твердого топлива, плюс удобство. С другой стороны – котел и без теплоаккумулятора может работать, а значит можно сэкономить.

Больше недостатков не обнаружено.

Денежный вопрос

Очевидны и факторы, свидетельствующие о значительной экономии средств: во первых Вы обезопасите себя от закипания котла, который зачастую вместе с его монтажом и обвязкой стоит раза в 3-4 дороже теплоаккумулятора. Во вторых есть постоянная экономия твердого топлива (помимо сбереженных кВт), так как позволяет сжигать его при максимальном КПД, то есть в нормальном режиме, а не добиваться тления, при котором КПД падает на 15-30% (в зависимости от топлива). Отсюда вытекает и в третьих, так как тление оставляет много продуктов сгорания, что в котле, что в дымоходе, которые вредны для метала. Забитый сажей дымоход вообще пожароопасен, а стенки котла покрытые даже 2-3 мм сажи уменьшают его теплосъем.

Видео: «Буферная емкость» от специалиста

Разновидности

Бак теплоаккумулятор: стандартная бочка Теплоаккумулятор с теплообменником ГВС

Если нужна буферная емкость для горячей воды, стоит выбирать модель со змеевиком. Он может быть один или сразу несколько штук и размещаться может как в верхней части бака, так и в нижней, либо по всей высоте. Холодная вода из водопровода поступает в бак по змеевику, нагревается от воды внутри емкости, а далее следует в необходимые точки разбора горячей воды. Таким образом, буферная емкость играет роль проточного водонагревателя, а змеевик служит барьером для сменяющейся постоянно воды, которая приводит к отложениям на стенках и бактериям.

Если необходимо подключить солнечные коллекторы, то используется змеевик (в нижней части теплоаккумулятора), в котором теплоноситель проходит путь от нагретых лучами солнца панелей к накопителю, отдавая тепло, и назад в охлажденном виде, чтобы снова нагреться. Змеевик необходим для того, чтобы вещество теплоносителя из солнечных коллекторов (а это чаще всего не вода) не смешивалось внутри аккумулирующего бака с основной проточной чистой водой.

То есть мы имеем вроде бы тот же змеевик, но в зависимости от места расположения он кардинально меняет свои функции: змеевик сверху – отбирает тепло у теплоаккумулятора и пускает его на ГВС. Змеевик снизу наоборот – берет тепло от оборудования (солнечный коллектор или тепловой насос) и уже распределяет его в систему отопления.

Есть еще такая разновидность теплоаккумуляторов с конструкцией «бак в баке». Это своего рода полноценный бойлер внутри буферной емкости. Чаще всего он изготавливается из нержавеющей стали с ребристой поверхностью для очищения от накипи и увеличения площади теплообмена.

Помимо змеевика для ГВС можно использовать теплообменник блочного типа (гофрированный). Преимуществом такого устройства является его установка в виде фланца, что подразумевает возможность его обслуживания. Также он имеет высокую теплопроводимость, что немаловажно при подключениях солнечных коллекторов или системы теплых полов. Гофрированная труба может выдержать давление до 10 атмосфер. Еще она имеет свойство самоочистки, за счет тепловых расширений накипь с нее счищается.

В принципе, можно даже сделать теплоаккумулятор с тремя теплообменниками, что еще раз доказывает возможность его универсального использования.

Теплоаккумулятор с ТЭНом

В качестве заменителя электрического котла в буферную емкость можно поставить ТЭН (до 7 штук в некоторых моделях). С одной стороны таким образом можно полноценно отапливать дом, особенно выгодно это в том случае, когда есть двухтарифный счетчик электроэнергии (так называемый ночной тариф). Логика здесь проста: на ночь включаем ТЭНы на нагрев буферной емкости, пока идет дешевый тариф, а днем накопленное в буферной емкости тепло отдается в систему отопления.

С другой стороны, если нет электро или газового котла, а твердотопливный котел является единственным, то ТЭН не допустит полного остывания системы в случае длительного отсутствия хозяев.

Плоский теплоаккумулятор

На сегодняшний день также есть спрос на нестандартные буферные емкости (горизонтальные, прямоугольные). Сразу Вас разочаруем: такие баки не держат давление и не предназначены для систем отопления. Но есть и хорошая новость: в продаже можно найти плоские теплоаккумуляторы (в отличии от горизонтальных емкостей не имеют прямых стыков – металл загнут и имеет минимум сварных швов).

Пример плоского теплоаккумулятора (штыри – это ребра жесткости)

источник — на картинках