Теплові акумулятори

Загальна характеристика теплового акумулятора

Найбільш поширеним є використання акумулюючих ємностей для опалення об’ємом 300-2000 л, які застосовуються у системах з природною і примусовою циркуляцією. У найпростішій конфігурації акумулюючий бак – це вертикальний стальний резервуар висотою в 3–5 разів більшою від діаметра для забезпечення температурного розшарування води. По всій його висоті розміщені патрубки для підведення і відведення води, а також для монтування електричних ТЕНів.

Особливості теплоакумулятора:

Вода з найвищою температурою накопичується у верхній частині бака і може відводитися через верхні патрубки для опалювання радіаторами; менш нагріта вода (середня частина) може відводитися патрубками середнього рівня для опалювання теплими підлогами. Внутрішня поверхня ємності не потребує захисту від корозії, оскільки в системах опалення постійно використовується та ж сама вода, яка з часом стає «нейтральною». Для зменшення тепловтрат через стінки бака його необхідно ізолювати, наприклад, термостійким поролоном товщиною до 100 мм.

У накопичувальному баці можуть бути передбачені горизонтальні перегородки, що розділяють його на секції з різними рівнями температури по висоті. У певній мірі, це покращує ефективність акумулювання теплоти. Також він може комплектуватися ревізійним фланцем.

Для підключення до системи теплопостачання сонячних колекторів у нижній частині обладнання розміщується стальний теплообмінник. Таке його розміщення забезпечує можливість роботи контуру колекторів при найнижчій можливій температурі з максимальною ефективністю.

Традиційно для приготування питної гарячої води у верхній частині буферної ємності розміщується невеликий резервуар (50-100 л), який повністю оточений гарячою водою. Це зумовлює швидку передачу тепла до питної води. При цьому виникає вірогідність розмноження легіонел, що вимагає додаткових затрат на технічні засоби захисту. Альтернативним варіантом є застосування теплообмінника, виготовленого з харчової нержавіючої сталі. В такому випадку бак-акумулятор для опалення працює як проточний водонагрівач. В теплообміннику знаходиться мінімальний об’єм води, що знижує вірогідність утворення легіонел. Малий об’єм не означає низької продуктивності. Велика площа нагріву та запас тепла дозволяють миттєво нагріти потік холодної води до необхідної температури. 

Максимальна температура теплоакумуляторів не перевищує 90°С. Технічні вимоги до опалювальних котлів також визначають, що вищою температурною межею є показник 95°С. Тому при встановленні у своєму будинку буферного накопичувача дуже важливим фактором є:

  • розміри опалювального обладнання;
  • температурний режим опалювальних елементів, передбачених для використання в системі теплопостачання.

Досвід показує, що найбільший ефект акумуляторів буде досягатися в системі низької температури. Найкраще система з тепловим акумулятором функціонуватиме в будинку з обігрівом за допомогою теплих підлог.

Чим вигідна акумулююча ємність

Дрова містять дуже багато різних речовин, в тому числі дьоготь, кислоти та ін., які виділяються при накалюванні дров. Для забезпечення якісного спалювання всіх цих речовин котел повинен постійно працювати на повній потужності, а цього можна досягнути створенням системи теплопостачання з тепловими акумуляторами. Принцип регулювання потужності багатьох твердопаливних котлів орієнтований на неповне згорання або тління палива. В звичайних котлах цю операцію виконує регулятор тяги — повітряний клапан, який відкривається ланцюжком і при певній температурі сам закривається. Таким чином до палива не подається кисень, але воно розкалене і з нього виділяються різні леткі речовини, які би при інших умовах згоріли.

У Західній Європі встановлення буферної ємності разом з дров’яним котлом є обов’язковою вимогою. При цьому така конструкція не тільки економічно вигідна, але і, завдяки повному згорянню палива, запобігає забиванню димоходу дьогтьовими осадами.

Тому встановлення теплового акумулятора рекомендується планувати вже на стадії проектування будинку. В протилежному випадку бажання його змонтувати може не співпасти з технічними можливостями через брак місця.

Що таке акумулюючий бак

Акумулюючий бак для опалення – це вертикальна стальна ємність циліндричної форми, висота якої, як правило, в 3-5 разів більша від її діаметра. Він має ізоляцію з термостійкого поролону для зменшення тепловтрат. Дана конструкція призначена для накопичення тепла від різних генераторів з метою використання в системах опалення і водопостачання за необхідності.

Головною функцією є накопичення енергії від самих різних джерел тепла та подальший розподілі її в системи опалення та водопостачання.

Теплові акумулятори мають багато різноманітних назв – акумулююча ємність для опалення, буферна ємність системи опалення, буферний накопичувач, бак-акумулятор тепла.

Основні переваги

До головних переваг буферного накопичувача можна віднести наступні:

  • запобігає втраті теплової енергії в системах тепло- і водопостачання;
  • акумулює надлишкову теплову енергію;
  • зберігає акумульовану енергію протягом деякого проміжку часу (до шести діб);
  • дозволяє ефективно використовувати акумульовану енергію для потреб споживачів, за необхідності.

Такі можливості дають змогу одночасно віддавати велику кількість раніше накопиченої теплової енергії, що не під силу, скажімо, котлам.

Продукція такого типу дозволяє найбільш ефективно використовувати тепло, джерела якого тимчасово доступні. Наприклад, тепло від твердопаливного котла доступне, допоки горять дрова; тепло від Сонця можна використовувати лише у сонячний день, а енергію від теплового насоса або електричного котла доцільно використовувати вночі, коли діє знижений тариф на електроенергію. Таким чином бак-акумулятор гарячої води дозволяє правильно узгоджувати процеси генерації і використання теплової енергії за часом, потужністю й за температурою.

Принцип роботи

Під час своєї роботи теплогенератор віддає енергію буферній ємності (процес зарядки), з якого тепло використовується в системі теплопостачання для підтримки необхідної температури приміщення, що обігрівається (процес розрядки).

Теплоакумулятор – це серце сучасної комбінованої системи теплопостачання, в якій використовується кілька джерел тепла. Таким чином, залежно від моделі буферного накопичувача тепла, до нього можна одночасно під’єднати як низькотемпературні (тепловий насос, конденсаційні газові котли, сонячні колектори) так і високотемпературні (твердопаливні, електричні, традиційні газові котли) джерела тепла.

Звичайно, що тепловий акумулятор не є опцією, та й назвати так цю необхідну ланку на вряд чи хтось зможе. Оскільки саме завдяки тому, що бак-акумулятор виконує  такі  ж функції, як і бойлер, водонагрівач, тепловий насос чи газовий котел, можна домогтися мінімальних витрат при максимальній вигоді. Ось чому буферні ємності активно використовуються в системах тепло- і водопостачання заміських котеджів, готелів, ресторанів та будинків відпочинку.

Потужність теплоакумулятора

Теплова потужність (Вт), яка може бути накопичена у акумулюючій ємності, визначається за формулою:

Q = mcp(T2-T1)

де m — маса теплоакумулюючої речовини, кг;
cpпитома ізобарна теплоємність речовини, Вт:(кг*К);
T2 і T1середнє значення початкової і кінцевої температури речовини, °C.