Батарея тепловая – Тепловой аккумулятор — Википедия

Предлагаемая тепловая батарея представляет собой цилиндрическое устройство, представленное на фиг.1, состоящее из корпуса 1, набора электрохимических элементов (ЭХЭ) 2 и нагревательных элементов 3, упругого элемента 4, металлических прокладок 5, слоев тепло- и электроизоляции 8, 9, резьбового элемента 6 и двух токовыводов 7, один из которых соединен с анодом, другой — с катодом. Внутри корпуса находится блок ЭХЭ, расположенный вдоль вертикальной оси корпуса и поджатый в осевом направлении с заданным усилием расчетного количества упругих элементов с возможностью регулирования величины этого усилия посредством резьбового элемента. В корпусе блока ЭХЭ выполнены прорези 10.

Такое выполнение ограничивает сборку по наружной поверхности, что значительно увеличивает время работы ТБ. В отличие от традиционной фиксации комплекта ЭХЭ по оси дополнительным осевым элементом, который требовал дополнительного тепла для его разогрева, в предлагаемой ТБ достигнута значительная экономия энергии разогрева.

Основной рабочей единицей блока элементов является электрохимический элемент, представляющий собой трехслойную твердую таблетку (фиг.2), где анод 11 выполнен из литий-борного сплава (LiB), обладающего высокими энергетическими характеристиками. Катод 12, представляющий собой смесь NiCl₂ и электропроводной добавки, обладает достаточной термической устойчивостью в рабочем состоянии в интервале температур 500-700°С при использовании в качестве ионопроводящей среды солей хлоридов, а также низкой растворимостью в электролите. Электролит 13, представляющий собой смесь загустителя и эвтектики, состоящий из солей щелочных металлов, приобретает ионную проводимость при рабочих температурах ТБ, т.е. при расплавлении. С повышением температуры электропроводность ионных расплавов возрастает, что улучшает электрохимические показатели ТБ по сравнению с прототипом.

Необходимое рабочее напряжение ТБ обеспечивается путем последовательного соединения (набора в «столб») ЭХЭ в виде минимизированных по толщине слоев активных масс в расчетном количестве. Утонение твердых слоев активных масс эффективно уменьшает затраты тепловой энергии, необходимой для разогрева ТБ, и экономно по габаритным показателям. Для обеспечения требуемого времени работы дополнительно по торцам блока электрохимических элементов установлены по одному пассивному ЭХЭ (электрически не соединенных с другими ЭХЭ) для выравнивания температуры работающих ЭХЭ по оси блока элементов и для равномерного распределения теплового поля внутри ТБ. Столб ЭХЭ изолирован от корпуса внутреннего стакана слоями тепло- и электроизоляции 8, 9 (фиг.1), а между слоями активных масс введены твердые слои нагревательных элементов.

Эти нагревательные элементы 3 (фиг.1), запрессованные в металлическую оболочку и устанавливаемые между ЭХЭ, служат для нагрева комплекта ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ними. Пакет ЭХЭ и нагревателей поджимается и фиксируется в корпусе при помощи упругого элемента 4 и резьбового элемента 6 (фиг.1), что позволяет упростить сборку ТБ и сделать фиксацию ЭХЭ в корпусе более жесткой и плотной, чем в прототипе, что в свою очередь улучшает электрические характеристики ЭХЭ.

ТБ имеет в своем составе устройство активации с электровоспламенителем (ЭВ), приводящее ее в рабочее состояние.

Принцип работы ТБ следующий. При подаче импульса тока на мостик ЭВ от постороннего источника тока ЭВ срабатывает и дает форс пламени на передающее тепловой импульс средство, при горении которого воспламеняются нагревательные элементы, расположенные между ЭХЭ. При достижении рабочей температуры электролит становится ионопроводящим. При разогреве ионопроводящая среда приобретает чисто ионную проводимость электрического тока и на ЭХЭ возникает разность потенциалов. Примененная электрохимическая система (ЭХС) в ТБ Li(B)/(LiCl-KCl)/NiCl₂, которая синтезируется предварительно, работает по следующим электрохимическим реакциям:

— анод: 2Li⁰-2е → 2Li⁺

— катод: Ni²⁺+2е → Ni⁰

Суммарная реакция:

2Li+NiCl₂ → 2LiCl+Ni

После нарастания разности потенциалов до требуемой величины ТБ готова к работе.

Высокие температуры ионных расплавов, использование энергоемких электрохимических пар (LiB-NiCl₂) с минимальным содержанием примесей обеспечивает ТБ высокие удельные показатели предлагаемой ТБ — рабочие напряжения (2,1-2,6 В на один элемент) и значительные плотности тока разряда (до 0,5 А/см² в импульсном режиме), что значительно превышает достижения прототипа.

Для стабилизации теплового режима ТБ за счет повышения показателей тепло- и электроизоляции в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон 10 (фиг.1), суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности. Экспериментально было показано, что их наличие повышает энергоемкость ТБ и уровень электрохимических и временных показателей предлагаемой ТБ за счет уменьшения потерь тепла.

Таким образом, при использовании предлагаемой тепловой батареи обеспечиваются требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы, показателей энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, механической прочности сборки, сохранности, увеличена плотность сборки и улучшены электрохимические характеристики.

Возможность промышленной реализации предлагаемой тепловой батареи подтверждается следующим примером.

Пример. Предлагаемая тепловая батарея реализована в лабораторных условиях в виде опытного образца конкретного типа и представляет собой цилиндрическое устройство (фиг.1), состоящее из корпуса 1 и тепло- и электроизоляции 8, 9. Корпус изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 с толщиной стенок 0,7 мм. Внутри корпуса находится блок электрохимических элементов. Анод 1 (фиг.2) выполнен из литий-борного сплава (LiB), обладающего высокими энергетическими характеристиками. Катод 2 (фиг.2) представляет собой смесь NiCl₂ и электропроводной добавки, в качестве ионопроводящей среды используют соли хлоридов. Электролит 3 (фиг.2) — смесь загустителя и эвтектики, состоящей из смеси солей щелочных металлов, приобретает ионную проводимость при рабочих температурах ТБ, т.е. при расплавлении.

Необходимое рабочее напряжение ТБ обеспечивается путем последовательного соединения (набора в «столб») ЭХЭ 2 (фиг.1) в количестве 11 штук. Для обеспечения требуемого времени работы дополнительно по торцам блока элементов установлены по одному пассивному ЭХЭ (электрически не соединенных с другими ЭХЭ), что способствует стабилизации теплового режима по оси блока элементов. Столб ЭХЭ изолирован от корпуса электроизоляционной прокладкой 8 (фиг.1) из слюдинита, ГСКВ ТУ 3492-070-05758799-2002, по боковой поверхности и прокладками 9 (фиг.1) из теплоизоляционного материала «Картон-Н», 4682601.013-89ТУ, по торцам.

Для нагрева ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ними служат запрессованные в металлическую оболочку пиротехнические нагреватели 3 (фиг.1), устанавливаемые между ЭХЭ. Пакет ЭХЭ и нагревателей поджимается и фиксируется в корпусе при помощи упругого элемента 4 (фиг.1) и гайки 6 (фиг.1), что позволяет упростить сборку ТБ и сделать фиксацию ЭХЭ в корпусе более жесткой, что в свою очередь увеличивает стойкость ТБ к различным механическим воздействиям и уменьшает электрические потери в рабочем состоянии ТБ. Снятие электрической емкости производится с помощью токовыводов 7 (фиг.1).

Все данные при работе предлагаемой ТБ сведены в таблицу.

Как показали эксперименты, использование предлагаемой ТБ обеспечивает требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы за счет стабилизации теплового режима, энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, повышение механической прочности сборки, сохранности, увеличение плотности сборки и улучшение электрохимических характеристик.

Тепловая батарея, содержащая блок электрохимических элементов, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией, отличающаяся тем, что блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси корпуса, поджат в осевом направлении с заданным усилием расчетного количества упругих элементов с возможностью регулирования величины этого усилия посредством резьбового элемента, дополнительно по торцам блока электрохимических элементов установлены по одному пассивному электрохимическому элементу, корпус тепловой батареи выполнен цилиндрическим из нержавеющей стали с толщиной стенок от 0,5 до 1 мм, анод каждого электрохимического элемента выполнен из одного сплава LiB, катод — из смеси NiCl₂ и электропроводной добавки, электролит из смеси загустителя и эвтектики, состоящей из солей щелочных металлов, с внутренней и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между слоями активных масс введены твердые слои нагревательных элементов, в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон, суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности.

www.findpatent.ru

Аккумулятор тепла для системы отопления вашего дома

Компании, занимающиеся разработкой инжиниринговых систем, последние годы делают упор на развитие альтернативных технологических решений. На первый план выходят концепции и направления, не предусматривающие использование природных ресурсов. По крайней мере специалисты стремятся ориентироваться на минимизацию их потребления. Ощутимую пользу в этом сегменте демонстрирует аккумулятор тепла для системы отопления, который включается в существующий инженерный комплекс в качестве дополнительного оптимизационного компонента.

Общие сведения об аккумуляторах тепла

Существует множество модификаций и разновидностей тепловых аккумуляторов, которые также называются буферными нагревателями. Различны и задачи, которые выполняют такие установки. Как правило, аккумуляторы применяют для повышения эффективности работы основного агрегата, например твердотопливного котла. В этих же случаях целесообразно использовать подобные системы для осуществления контролирующей функции, которая сложно реализуется в процессе обслуживания традиционных котельных в частных домах. Чаще всего для этого используются баки-аккумуляторы тепла, емкость которых достигает 150 л. В промышленной сфере, конечно, могут применяться и установки вместимостью порядка 500 л.

В самом баке предусматриваются элементы, обеспечивающие поддержание необходимой температуры носителя. Сам же материал, из которого выполнен бак, в обязательном порядке сопрягается с пластами изоляторов. Активные компоненты представляют собой ТЭНы и медные трубы. Конфигурация их размещения в баках может отличаться, как и системы управления рабочими параметрами аккумулятора.

Принцип действия

С точки зрения накопителя главной задачей является обеспечение возможности поддержания нужного температурного режима, который задает сам пользователь. По мере работы котла бак получает горячую воду и сохраняет ее до момента остановки функции системы обогрева. Условия для поддержания температурного баланса определяются изоляционными материалами емкости и внутренними нагревательными элементами. Классический аккумулятор тепла для системы отопления, в сущности, напоминает работу бойлера и также интегрируется в циркуляционную систему. То есть, с одной стороны, оборудование подключается к источнику тепла, а с другой – обеспечивает работу непосредственных отопителей, в качестве которых могут выступать радиаторы. Кроме того, систему нередко применяют как полноценный источник горячей воды для бытовых нужд в режиме постоянного потребления.

Функции тепловых аккумуляторов

Как уже отмечалось, агрегаты такого типа могут выполнять разные задачи, требования к которым и определяют критерии выбора той или иной системы. К базовым и главным функциям можно отнести аккумуляцию тепла от генератора и последующую его отдачу. Иными словами, тот же бак собирает, хранит и передает энергию непосредственному обогревающему элементу. В комплексе с твердотопливным котлом к функциям системы можно отнести и защиту от перегрева. Автоматизированные и электронные реле управления малоэффективны в твердотопливных агрегатах. Поэтому практикуется оптимизация работы котла с помощью аккумулятора тепла, который естественным образом собирает излишнюю энергию и возвращает ее в моменты температурных спадов. Электрические, газовые и жидкостные генераторы проще поддаются управлению, но с помощью аккумулятора их можно соединить в единый комплекс и эксплуатировать с минимальными теплопотерями.

Где можно использовать тепловой аккумулятор?

Систему аккумулирования тепла целесообразно использовать в случаях, когда имеющийся отопительный узел не позволяет в достаточном объеме контролировать его работу. Например, твердотопливные котлы неизбежно предусматривают моменты обслуживания, когда их мощности оказываются не загруженными. Для компенсации теплопотерь есть смысл использовать такую систему. Также в работе водяных и электрических отопительных комплексов такое решение себя оправдывает экономически. Современный аккумулятор тепла с автоматическим управлением можно настроить на работу в определенные периоды времени, когда действует наиболее экономный тариф потребления энергоресурса. Так, к примеру, в ночное время система законсервирует определенный объем тепловой энергии, который в течение последующего дня можно будет использовать по любым нуждам.

Где нежелательно использовать теплоаккумуляторы?

Характер работы буферных аккумуляторов рассчитан на обеспечение равномерной теплоотдачи и сглаживание скачков при температурных перепадах. Но такой принцип действия полезен далеко не всегда. Для систем отопления, в которых, наоборот, требуется ускоренный набор или понижение температурного режима, такое дополнение будет излишним. В подобных ситуациях повышение потенциала теплоносителя за счет вспомогательных буферных емкостей будет препятствовать быстрому остыванию и нагреву. К тому же стоит отметить, что аккумуляторы тепла дома в большинстве своем делают невозможной точную регулировку температуры. Казалось бы, такое решение может стать оптимальным для систем отопления, работающих короткими промежутками – достаточно заранее нагреть емкость и затем в назначенный момент использовать готовую энергию. Однако само по себе содержание оптимального состояния теплоносителя требует расхода определенной энергии. Поэтому, например, котельная, используемая для нерегулярного и кратковременного обогрева сушилки, вполне может обойтись без аккумулятора. Другое дело, если речь идет о целой группе котлов, которые можно объединить в одну систему за счет буфера.

Характеристики аккумуляторов

Среди главных характеристик можно отметить размерные параметры агрегата, его емкость, максимальную температуру и показатель давления. Для частных домов производители предлагают небольшие установки, диаметр которых может составлять 500-700 мм, а высота – порядка 1500 мм. Важно учитывать и массу, поскольку в некоторых случаях специалистам приходится использовать бетонные стяжки для придания конструкции стабильности. Средний аккумулятор тепла весит около 70 кг, хотя точное значение напрямую связывается с емкостью и качеством изоляции бака. Рабочие характеристики сводятся к температуре и давлению. Первое значение составляет около 100 °C, а уровень давления может достигать 3 Бар.

Подключение аккумулятора

Имеющий знания в электротехнике домовладелец может не просто самостоятельно подключить готовый буфер к системе отопления, но и полностью собрать конструкцию. Для начала необходимо заказать емкость в виде цилиндра, которая станет рабочим буфером. Далее транзитом через всю емкость необходимо провести обратный трубопровод по нише будущего теплового аккумулятора. Начинать подключение следует с соединения обратки котла и бака. От одного компонента до второго следует предусмотреть место, на котором будет установлен циркуляционный насос. С его помощью горячий теплоноситель будет перемещаться из бочки в кран отсечения и расширительный бак.

Монтировать аккумулятор тепла своими руками нужно таким образом, чтобы предполагалось наиболее рациональное распределение жидкости по всем комнатам. Для оценки качества работы собранной системы можно предусмотреть в ней наличие термометров, взрывных клапанов и датчиков давления. Такая оснастка позволит оценить, насколько рационально будет функционировать аккумулятор через подключенные контуры.

Водяные системы

Классический теплоаккумулятор предполагает использование воды в качестве носителя энергии. Другое дело, что использовать этот ресурс можно по-разному. Например, его применяют для снабжения нагревательных полов – жидкость проходит по циркуляционным трубам в специальное покрытие. Также вода может применяться для обеспечения работы душа и других нужд, в том числе технологического, гигиенического и санитарного свойства. Стоит отметить, что взаимодействие котлов с водой достаточно распространено и по причине ее низкой стоимости. Водяной аккумулятор тепла обходится дешевле по сравнению с электрическими обогревателями. С другой стороны, у них есть и свои недостатки. Как правило, они сводятся к нюансам в организации циркуляционных сетей. Чем больше объемы потребляемого ресурса, тем дороже обходится ее организация. Затраты на монтаж являются единоразовыми, но зато эксплуатация обойдется дешевле.

Солнечные системы

В водяных системах конструкция предусматривает наличие гребенчатого теплообменника, предназначенного для геотермального насоса. Но также может использоваться и солнечный коллектор. В сущности, получается центр энергетической установки, который оптимизирует функцию отопительной станции за счет резервирования энергии от разных источников. Хотя аккумулятор солнечного тепла менее распространен, его вполне можно использовать в типовых отопительных системах. Солнечные коллекторы также сохраняют энергетический потенциал, который в дальнейшем расходуется на бытовые нужды. Но важно учитывать, что горячий теплоноситель в виде воды сам по себе требует меньше энергии, чем солнечная батарея. Оптимальным вариантом использования таких аккумуляторов является прямая интеграция панелей в места, где должен производиться нагрев без дополнительных преобразований.

Исходить стоит из нескольких параметров. Для начала определяется функционал системы и ее рабочие показатели. Бак должен полностью охватывать объемы, которые планируется расходовать в ходе эксплуатации системы отопления. Не стоит экономить и на системах управления. Современные реле с автоматическими регуляторами не только делают удобным программирование инженерных систем, но и обеспечивают защитные свойства. Правильно укомплектованный аккумулятор тепла имеет в себе защиту от холостого хода и предусматривает широкие возможности для индикации температурных режимов.

Отзывы о работе аккумуляторов

Нельзя сказать, что в каждом доме тепловые аккумуляторы непременно дают экономию финансов. О сокращении расходов на отопление с помощью таких буферов говорят пользователи, которые обслуживают большие частные дома и коттеджи. Для поддержания оптимального теплового режима в 2-3 комнатах баки с резервной жидкостью использовать нецелесообразно. Зато практически все пользователи подчеркивают удобство, которое обеспечивают аккумуляторы тепла. Отзывы владельцев традиционных котлов, например, отмечают, что наличие такого бака избавляет от необходимости постоянного контроля за топкой. Агрегат в соответствии с заданной программой автоматически перераспределяет тепловую энергию, облегчая функцию камер сгорания.

Заключение

На рынке немало альтернативных решений, которые позволяют заменить и котлы, и буферные накопители. Однако комплекс, включающий комбинацию водного бойлера и твердотопливного котла, является наиболее выгодным по стоимости и удобству эксплуатации. При условии рационального распределения контуров, отопление аккумулятором тепла обеспечит необходимый температурный уровень. Поэтому наиболее ответственные мероприятия будут связаны с проектированием системы, которая и определит эффективность функции котла. При этом не стоит ограничиваться простыми схемами теплового распределения. Теплорегуляторы и радиаторы в современных модификациях органично дополняют системы аккумуляторов, взаимодействуя с ними в разных эксплуатационных режимах.

fb.ru

Теплоаккумулятор для котлов отопления — назначение, расчет и монтаж

Отсутствие возможности использовать в качестве источника энергии для обогрева жилья относительно недорогой природный газ вынуждает хозяев домов искать другие приемлемые решения. Так, в регионах, где нет особых проблем с заготовкой или приобретением дров, на помощь приходят твёрдотопливные котлы. Случается и так, что единственной альтернативой становится электрическая энергия. Кроме того, все активнее используются новые технологии, позволяющие направлять на нужды отопления энергию солнечного излучения.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Все эти подходы не лишены существенных недостатков. Так, к ним можно отнести неравномерность, выраженную периодичность поступления тепловой энергии. В случае с электрическим котлом основным негативным фактором будет высокая стоимость потребленной энергии. Очевидно, что существенно поднять экономичность системы отопления, улучшить эффективность, равномерность ее работы, максимально упростить эксплуатационные операции помогло бы включение в общую схему специального прибора, который стал бы накапливать невостребованную в текущий момент тепловую энергию и отдавать ее по мере необходимости. Именно такую функцию выполняет теплоаккумулятор для котлов отопления.

Содержание статьи

Основное предназначение теплоаккумулятора системы отопления

• Простейшая система отопления с твердотопливным котлом обладает выраженной цикличностью работы. После загрузки дров и их розжига, котел постепенно выходит на максимальную мощность, активно передавая тепловую энергию в контуры отопления. Но по мере прогорания загрузки теплоотдача начинает постепенно снижаться, и теплоноситель, разносимый по радиаторам, остывает.

Работа обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и «провалов» в выработке тепловой энергии

Получается, что в период пиковой выработки тепла оно может остаться невостребованным, так как настроенная, оснащенная термостатическим регулированием система отопления лишнего не возьмет. Но в период догорания топлива и, тем более, простоя котла тепловой энергии будет явно недоставать. В итоге часть топливного потенциала расходуется просто впустую, но при этом хозяевам приходится достаточно часто заниматься загрузкой дров.

В определенной степени остроту этой проблемы можно снизить установкой котла длительного горения, но полностью снять – не получается. Несовпадение пиков выработки тепла и его потребления может оставаться достаточно существенным.

• В случае с электрокотлом на первый план выступает высокая стоимость потребляемой энергии, что заставляет хозяев задуматься о максимальном использовании оборудования в периоды действия льготных ночных тарифов и минимизации потребления в дневные часы.

Выгоды использования дифференцированной тарификации электроэнергии

При грамотном подходе к потреблению электроэнергии льготные тарифы могут принести весьма ощутимую экономию средств. Об этом подробно рассказано в специальной публикации портала, посвященной двухтарифным электросчетчикам.

Напрашивается очевидное решение – накапливать тепловую энергию ночью, чтобы достичь минимального потребления ее днем.

• Еще ярче выражена периодичность выработки тепловой энергии в случае использования солнечных коллекторов. Здесь прослеживается зависимость не только от времени суток (ночью поступление вообще нулевое).

Работа солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погоды

Не поддаются никакому сравнению пики нагрева в яркий солнечный день или в пасмурную погоду. Понятно, что напрямую ставить свою систему отопления в зависимость от текущих «капризов» природы – никак нельзя, но и пренебрегать столь мощным дополнительным источником энергии также не хочется. Очевидно, что требуется какое-то буферное устройство.

Эти три примера, при всей их разноплановости, объединяет одно общее обстоятельство – явное несовпадения пиков выработки тепловой энергии с рациональным равномерным ее использованием на нужды отопления. Для устранения этого дисбаланса и служит специальный прибор, называемый теплоаккумулятором (тепловым накопителем, буферной емкостью).

Принцип его действия основан на высокой теплоемкости воды. Если значительный ее объем в период пикового поступления тепловой энергии разогреть до необходимого уровня, то в течение определенного периода можно для нужд отопления использовать этот накопленный энергетический потенциал. Для примера, если сравнивать теплофизические показатели, то всего один литр воды при остывании на 1°С способен разогреть кубометр воздуха на целых 4 °С.

Тепловой аккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар с эффективной внешней термоизоляцией, подключенный к контуру (контурам) источника тепла и контурам отопления. Простейшую схему лучше рассмотреть на примере:

Наглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятора

Самый простой по конструкции теплоаккумулятор (ТА) – это вертикально расположенный объемный бак, в который с двух противоположный сторон врезаны четыре патрубка. С одной стороны он подключён к контуру твердотопливного котла (КТТ), а  с другой – к разведенному по дому контуру отопления.

После загрузки и розжига котла циркуляционный насос (Nк) этого контура начинает прокачивать теплоноситель (воду) через теплообменник. Из нижней части ТА в котел поступает остывшая вода, а в верхнюю прибывает разогретая в котле. Из-за существенной разницы плотности остывшей и горячей воды ее активного перемешивания в баке не будет – в процессе горения топливной закладки будет происходить постепенное заполнение ТА горячим теплоносителем. В итоге, при правильном расчете параметров, после полного прогорания заложенного горючего, емкость будет заполнена горячей водой, разогретой до расчетного уровня. Вся потенциальная энергия топлива (за вычетом, конечно, неизбежных потерь, отраженных в КПД котла), преобразована в тепловую, которая накоплена в ТА. Качественная термоизоляций позволяет сохранять температуру в баке в течение многих часов, а иногда даже – и дней.

Вторая стадия – котел не работает, но функционирует система отопления. С помощью собственного циркуляционного насоса контура отопления происходит прокачка теплоносителя по трубам и радиаторам. Забор производится сверху, из «горячей» зоны. Интенсивного самостоятельного перемешивания опять же не наблюдается – по уже упомянутой причине, и в трубу подачи поступает горячая вода, снизу возвращается охлажденная, и бак постепенно отдает свой нагрев в направлении снизу вверх.

На практике, в процессе топки котла отбор теплоносителя в систему отопления, как правило, не прекращается, и ТА будет накапливать лишь избыточную энергию, которая в текущий момент остается невостребованной. Но при правильном расчете параметров буферной емкости, ни один киловатт тепловой энергии не должен пропасть даром, и к концу цикла топки котла ТА должен быть в максимальной мере «заряжен».

Понятно, что цикличность работы подобной системы с установленным электрическим котлом будет завязана на льготные ночные тарифы. Таймер блока управления включит и выключит питание в установленный срок вечером и утром, а в течение дня контуры отопления будут питаться только (или преимущественно) из теплоаккумулятора.

Цены на теплоаккумуляторы Hajdu

Теплоаккумулятор Hajdu

Конструктивные особенности и основные схемы подключения различных теплоаккумуляторов

Итак, теплоаккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар вертикального цилиндрического исполнения, имеющий высокоэффективную термоизоляцию и снабженный патрубками для подключения контуров генерации тепла и его потребления. А вот внутренняя конструкция может различаться. Рассмотрим основные типы существующих моделей.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Теплоаккумулятор с прямым подключением контуров выработки и потребления тепловой энергии

1 – Самый простой тип конструкции ТА. Подразумевается прямое подключение и источников тепла, и контуров потребления. Такие буферные емкости используются в следующих случаях:

• Если в котле и во всех контурах отопления применяется одинаковый теплоноситель.
• Если максимально допустимое давление теплоносителя в контурах отопления не превышает аналогичный показатель котла и самого ГА.

В том случае, когда требование выполнить невозможно, подключение контуров отопления может производиться через дополнительные внешние теплообменники

• Если температуры в трубе подачи на выходе их котла не превышает допустимой температуры в контурах отопления.

Впрочем, это требование также может быть обойдено при установке на контуры, требующие более низкого температурного напора, смесительных узлов с трёхходовыми кранами.

Теплоаккумулятор со встроенным теплообменником

2 – Теплоаккумулятор снабжен внутренним теплообменником, расположенным в нижней части емкости. Теплообменник обычно представляет собой спираль, свитую из стальной нержавеющей трубы, обычной или гофрированной. Таких теплообменников может быть несколько.

Подобный тип ТА применяется в следующих случаях:

• Если показатели давления и достигаемой температуры теплоносителя в контуре источника тепла существенно превосходят допустимые значения для контуров потребления и для самой буферной емкости.
• Если есть необходимость подключения нескольких источников тепла (по бивалентному принципу). Например, на помощь котлу приходят гелиосистема (солнечный коллектор) или геотермальный тепловой насос. При этом чем меньше температурный напор источника тепла, тем ниже должен в ТА размещаться его теплообменник.
• Если в контурах источника тепла и потребления используется различный тип теплоносителя.

В отличие от первый схемы, такому ТА свойственно активное перемешивание теплоносителя в емкости – нагрев происходит в нижней ее части, и менее плотная горячая вода стремится вверх.

На схеме по центру ГА показан магниевый анод. За счет более низкого электропотенциала он «оттягивает» на себя ионы тяжелых солей, не допуская зарастания накипью внутренних стенок бака. Подлежит периодической замене.

Теплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабжения

3 – Теплоаккумулятор дополнен проточным контуром горячего водоснабжения. Вход холодной воды осуществляется снизу, подача до точки горячего водоразбора, соответственно, снизу. Большая часть теплообменника расположена в верхней части ТА.

Такая схема считается оптимальной для условий, когда потребление горячей воды отличается достаточной стабильностью и равномерностью, без выраженных пиковых нагрузок. Естественно, теплообменник должен быть исполнен из металла, отвечающего нормам пищевого водопотребления.

В остальном же схема схода с первой, с прямым подключением контуров генерации тепла и его потребления.

Теплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабжения

4 – Внутри теплоаккумулятора размещен бак для создания запаса горячей воды для бытового потребления. По сути, такая схема напоминает встроенный бойлер косвенного нагрева.

Применение подобной конструкции в полной мере оправдано в случаях, когда пик выработки тепловой энергии котлом не совпадает с пиком потребления горячей воды. Иными словами, когда сложившийся в доме бытовой уклад предполагает массовое, но довольно непродолжительное расходование горячей воды.

Все перечисленные схемы могут варьироваться в различных комбинациях – выбор конкретной модели зависит от сложности создаваемой системы отопления, количества и типа источников тела и контуров потребления. Обратите внимание, в большинстве теплоаккумуляторов предусмотрено множество выходных патрубков, разнесенных по вертикали.

Разнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиент

Дело в том, что при любой схеме внутри буферной емкости так или иначе образуется температурный градиент (разница в температурном напоре по высоте). Появляется возможность подключения контуров системы отопления, требующих различных температурных режимов. Это существенно облегчает окончательное термостатическое регулирование теплообменных приборов (радиаторов или «теплых полов»), с минимальными ненужными потерями энергии и снижением нагрузки на регулирующие устройства.

Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов

Теперь можно рассмотреть основные схемы установки теплоаккумуляторов в систему отопления.

Безусловно, схемы даны в очень упрощенном виде. А на деле подключение теплоаккумулятора в сложные, разветвленные системы, с различными контурами отопления, да еще и получающие нагрев от источников различной мощности и температуры, требуют высокопрофессионального проектирования с инженерными теплотехническими расчетами, с применением множества дополнительных регулировочных устройств.

Один из примеров – показан на рисунке:

Пример системы с несколькими источниками тепла и различными контурами отопления и ГВС

1 – твёрдотопливный котёл.

2 – электрический котел, включающийся лишь по мере необходимости и только в период действия льготного тарифа.

3 – специальный блок подмешивания в контуре высокотемпературного котла.

4 – гелио-станция, солнечный коллектор, который в погожие дни может выполнять роль основного источника тепловой энергии.

5 – теплоаккумулятор, к которому сходятся все контуры генерации тепла и его потребления.

6 – высокотемпературный контур отопления с радиаторами, с регулировкой режимов по количественному принципу – только и использованием запорной арматуры.

7 – низкотемпературный контур отопления – «теплый пол», в котором обязательно предусматривается качественное регулирование температуры нагрева теплоносителя.

8 – проточный контур горячего водоснабжения, снабженный собственным смесительным узлом для качественного регулирования температуры бытовой горячей воды.

Кроме всего перечисленного, в теплоаккумулятор могут быть встроены собственные электрические нагреватели – ТЭНы. Иногда бывает выгодно поддерживать с их помощью заданную температуру, не прибегая, например, лишний раз к неплановой растопке твердотопливного котла.

Дополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системой

Специальные дополнительные ТЭНы можно приобрести отдельно – их монтажная резьба обычно адаптирована к гнездам подключения, имеющимся на многих моделях тепловых аккумуляторов. Естественно, подключение электричество подогрева потребует установки дополнительного термостатического блока, который обеспечит включение ТЭНов только при падении температуры в ТА ниже установленного пользователем уровня. Некоторые нагреватели уже оснащены встроенным  терморегулятором подобного типа.

Цены на теплоаккумуляторы S-Tank

Теплоаккумулятор S-Tank

Видео: Рекомендации специалиста по созданию системы отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором

Что необходимо учитывать при выборе теплоаккумулятора

Безусловно, подбор теплоаккумулятора рекомендуется проводить еще на стадии проектирования системы отопления дома, руководствуясь расчетными данными специалистов. Тем не менее, обстоятельства бывают разными, и знать основные критерии оценки такого прибора – все же нужно.

• На первом месте всегда будет стоять вместительность этой буферной емкости. Эта величина рассчитывается в соответствии с параметрами создаваемой системы, мощностью котла, необходимого количества энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения. Одним словом, ёмкость должна быть таковой, чтобы обеспечить накопление всего избыточного на данный момент тепла, не допуская его потерь. О некоторых правилах расчета емкости будет рассказано ниже.
• От емкости, естественно, напрямую зависят габариты изделия и его масса. Эти параметры также являются определяющими – далеко не всегда и не везде получается разместить в выделенном помещении теплоаккумулятор необходимого объема, так что вопрос должен продумываться заранее. Случается, что баки большого объёма (свыше 500 литров) не проходят в стандартные дверные проемы (800 мм). При оценке массы ТА она должна учитываться вместе во всем объемом воды полностью заполненного прибора.
• Следующий параметр – максимально допустимое давление в создаваемой или уже функционирующей системе отопления. Аналогичный показатель ТА должен быть, во всяком случае, не ниже. Это будет зависеть от толщины стенок, типа материала изготовления, и даже формы емкости. Так, в буферных емкостях, рассчитанных на давление свыше 4 атмосфер (бар) обычно верхняя и нижняя крышки имеют сферическую (тороидальную) конфигурацию.

Теплоаккумулятор из нержавеющей стали, с крышками тороидальной формы, заключенный в термоизоляционный кожух.

• Материал изготовления емкости. Баки из углеродистой стали, с антикоррозийным покрытием стоят дешевле. Емкости из нержавейки, безусловно, дороже, но и гарантийный срок их эксплуатации тоже значительно выше.
• Наличие дополнительных встроенных теплообменников для контуров отопления или горячего водоснабжения. Об их предназначении уже упоминалось выше – выбираются модели в зависимости от общей сложности системы отопления.
• Наличие дополнительных опций – возможности встраивания ТЭНов, установки контрольно-измерительных приборов, устройств обеспечения безопасности – предохранительных клапанов, воздухоотводчиков и т.п.
• Обязательно оценивается толщина и качество внешней термоизоляции корпуса ТА, чтобы не пришлось заниматься этим вопросом самостоятельно. Чем лучше изолирован бак, тем естественно, дольше будет в нем храниться «тепловой заряд».

Особенности монтажа тепловых аккумуляторов

Установка теплового аккумулятора подразумевает соблюдение определенных правил:

• Все подключаемые контуры должны подсоединяться резьбовыми муфтами или фланцами. Сварных соединений не допускается.
• Подключаемые трубы не должны оказывать на патрубки ТА никакой статической нагрузки.
• Рекомендуется на всех подключаемых к ТА трубах установить запорную арматуру.
• На всех используемых входах и выходах устанавливаются приборы визуального контроля температуры (термометры).
• В нижней точке ТА или на трубе в непосредственной близости от него должен стоять дренажный вентиль.
• На всех трубах входа в теплоаккумулятор устанавливаются фильтры механической очистки воды – «грязевики».
• Во многих моделях сверху предусмотрен патрубок для подсоединения автоматического воздухоотводчика. Если такового нет, то воздухоотводчик обязательно устанавливается на самом верхнем выходном патрубке.
• В непосредственной близости от теплоаккумулятора предусматривается установка манометра и предохранительного клапана.
• Вносить какие бы то ни было самостоятельные изменения в конструкцию теплоаккумулятора, не оговоренные производителем – категорически запрещается.
• Установка ТА должна проводиться только в отапливаемом помещении, исключающем вероятность замерзания жидкости.
• Заполненный водой резервуар может иметь весьма значительную массу. Площадка род него должна быть способна выдержать столь высокую нагрузку. Нередко для этих целей приходится подливать специальный фундамент.
• Как бы ни устанавливался теплоаккумулятор, при этом должен обеспечиваться свободный поход к ревизионному люку.

Проведение простейших расчетов параметров теплоаккумулятора

Как уже упоминалось выше, всесторонний расчет системы отопления с несколькими контурами выработки и потребления тепловой энергии – это задача, посильная только специалистам, так как приходится учитывать очень много разносторонних факторов. Но определённые вычисления можно провести и собственными силами.

Например, в доме установлен твердотопливный котел. Известна его мощность, вырабатываемая при полной топливной загрузке. Экспериментальным путем определено время сгорания полной закладки дров. Планируется приобретение теплоаккумулятора, и необходимо определить, какой объем потребуется, чтобы гарантированно полезно использовать все выработанное котлом тепло.

За основу возьмем известную формулу:

W = m × с × Δt

W — количество тепла необходимое, чтобы нагреть массу жидкости (m) с известной теплоемкостью (с) на определенное количество градусов (Δt).

Отсюда несложно вычислить массу:

m = W / (с × Δt)

Не помешает принять в расчет КПД котла (k), так как потери энергии так или иначе неизбежны.

W = k × m × с × Δt, или

m = W / (k × с × Δt)

Теперь разбираемся с каждым из значений:

• m – искомая масса воды, из которой, зная плотность, несложно будет определить и объем. Не будет большой ошибкой посчитать из расчета 1000 кг = 1 м³.
• W – избыточное количество тепла, вырабатываемое в период топки котла.

Его можно определить, как разницу значений энергии, выработанной за время сгорания топливной закладки и затраченной в тот же период на отопление дома.

Максимальная мощность котла обычно известна – это паспортная величина, рассчитанная на оптимальные воды твёрдого топлива. Она показывает количество тепловой энергии вырабатываемой котлом в единицу времени, например, 20 кВт.

Любой хозяин всегда довольно точно знает, в течение какого времени у него прогорает топливная закладка. Допустим, это будет 2,5 часа.

Далее, необходимо знать, какое количество энергии в это время может быть израсходовано на отопление дома. Одним словом, необходимо значение потребности конкретного здания в тепловой энергии для обеспечения комфортных условий проживания.

Такой расчет, если значение необходимой мощности неизвестно, можно произвести самостоятельно – для этого есть удобный алгоритм, приведенный в специальной публикации нашего портала.

Как самостоятельно провести тепловой расчет для собственного дома?

Информация о количестве необходимой тепловой энергии для отопления дома бывает достаточно часто востребована – при выборе оборудования, расстановке радиаторов, при проведении утеплительных работ. С алгоритмом расчета, включающим удобный калькулятор, читатель может познакомится, открыв по ссылке публикацию, посвященную требованиям к установке газовых котлов.

Например, для отопления дома требуется 8,5 кВт энергии в час. Значит, за 2,5 часа сгорания топливной закладки будет получено:

20 × 2,5 = 50 кВт

За этот же период будет потрачено:

8,5 × 2,5 = 21,5 кВт

Избыточное тепло, которое необходимо сохранить в теплоаккумуляторе:

W = 50 – 21,5 = 28,5 кВт

• k – КПД котельной установки. Обычно указывается в паспорте изделия в процентах (например, 80%) или десятичной дробью (0,8).
• с – теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч/кг×°С или 1,16 кВт/м³×°С.
• Δt – разница температур, на которую необходимо подогреть воду. Ее можно определить для своей системы опытным путем, промерив значения на трубе подачи и обратки при работе системы на максимальной мощности.

Допустим, что это значение равно

Δt = 85 – 60 = 35 °С

Итак, все значения известны, и осталось лишь подставить их в формулу:

m = 28500 / (0,8 × 1,164 × 35) = 874,45 кг.

Таким образом, чтобы полностью сохранить все выработанное котлом тепло при его работе на полной мощности потребуется 875 кг воды, то есть емкость примерно в 0,875 м³.

Такой же подход можно применить и в случае, если рассчитывается объем теплоаккумулятора, подключённого к электрическому котлу. Единственная разница – для расчета принимается не время топки, а временной интервал льготного тарифа, например, с 23.00 до 6.00 = 7 часов. Чтобы «унифицировать» эту величину, ее можно назвать, например, «период активности котла».

Чтобы упростить читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит быстро рассчитать рекомендуемый объем теплового аккумулятора для имеющегося (планируемого к установке) котла.

Калькулятор расчета необходимого объема теплоаккумулятора

Перейти к расчётам

Полученное значение округляется в большую сторону и становится ориентиром при подборе оптимальной модели теплоаккумулятора. Они в специальных магазинах представлены в различном объемном исполнении.

Достоинства и недостатки включения в систему отопления теплоаккумулятора

Итак, подводя итоги публикации, вкратце сформулируем «плюсы» и «минусы» применения теплоаккумуляторов.

К достоинствам можно смело отнести следующее:

• Достигается экономия энергоресурсов, особенно в приложении к твёрдому топливу – выработанное тепло используется в максимальной мере. Возрастает КПД котла и всей системы отопления в целом.
• Котлы и другие элементы системы отопления получают надежную защиту от перегрева.
• Сводится до возможного минимума необходимость вмешательства в работу системы, сокращается количество загрузок твёрдого топлива.
• Вся система работает более плавно и легко поддается контролю и точным регулировкам. Обеспечивается стабильный установленный нагрев во всех помещениях дома.
• Появляется возможность подключения альтернативных источников энергии. При грамотном подходе это дает нешуточную экономию денежных средств. Например, в дневное время основная нагрузка ложится на гелио-станцию, ночью, пока действует льготный тариф, «эстафету» перехватывает тепловой насос, а возможную недостачу компенсирует компактный газовый котел.
• Установкой теплового аккумулятора одновременно можно решить и проблему горячего водоснабжения своего жилья.

Недостатков немного, но о них тоже следует упомянуть:

• Установка будет иметь какой-то смысл, если мощность котла или иных источников тепла существенно, как минимум вдвое, превышает расчетные значения потребной тепловой энергии для отопления жилья.
• Система с теплоаккумулятором всегда обладает очень высокой инерционностью, то есть от момента пуска д выхода в расчетный режим работы может пройти немало времени. Нет смысла применять ее в с системах отопления, где требуется быстрый нагрев помещений, например, в загородных домах, которые посещаются хозяевами зимой лишь время от времени.
• Оборудование, как правило, очень громоздкое, что создает немало проблем при его транспортировке, разгрузке, заносе в помещения и монтаже. Так как обязательным условием является установка ТА в непосредственной близости к котлу, для котельной потребуется весьма немалая площадь.
• Тепловые аккумуляторы относятся к категории дорогостоящих покупок – их цена вполне сопоставима, а нередко даже превосходит стоимость котлов. Правда, высока вероятность того, что затраты быстро окупятся экономией на энергоресурсах.

Правда, последний из перечисленных недостатков подвигает народных умельцев к разработке и монтажу собственных моделей теплоаккумуляторов.

Сложно ли изготовить теплоаккумулятор самостоятельно?

Наверное, российскому самодеятельному мастеру – все по плечу! Для примера — технологические рекомендации по самостоятельному изготовлению теплового аккумулятора приведены в специальной публикации нашего портала.

Видео: преимущества системы отопления со встроенным теплоаккумулятором

stroyday.ru

Тепловая батарея — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Тепловая батарея

Cтраница 1

Тепловая батарея — это устройство с низким импедансом, поэтому в течение коротких промежутков времени можно получать токи гораздо большей величины, чем те, которые указаны в таблице.  [2]

Обычно тепловая батарея представляет собой блок, состоящий из чередующихся электрохимических и нагревательных элементов. Блок снабжен теплоизоляцией и герметизирован. Электрохимические элементы соединены между собой последовательно или параллельно.  [3]

В тепловой батарее, конструкция которой показана на рис. 10.3 2, одна сторона никелевой пластины покрыта за-стеклованной пятиокисью ванадия с флюсом из окиси бора. На другую сторону этой пластины нанесен слой кальция. Полученная композиция складывается пополам, охватывая слой тепловой бумаги. В результате образуется ячейка с напряжением на разомкнутых электродах — — 3 2 В. Слой асбестовой ткани служит матрицей, которую пропитывают электролитом. Собранный элемент имеет квадратную форму и толщину 1 мм. Малая толщина и высокое напряжение элемента позволяют получить высокое значение напряжения на единицу толщины сборки из этих элементов.  [4]

В тепловых батареях электролит в обычных условиях не проводит ток и, следовательно, не может вызывать электрохимическую коррозию анодного материала при хранении. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве анода активные металлы, не опасаясь их саморазряда.  [5]

В тепловых батареях широко используются капсюли M42G, аналогичные тем, которые применяют в патронах калибра 9 6, но с увеличенным зарядом.  [6]

В тепловых батареях электролит в обычных условиях не проводит ток и, следовательно, не может вызывать электрохимическую коррозию анодного материала при хранении. Это обстоятельство позволяет использовать в качестве анода активные металлы, не опасаясь их саморазряда.  [7]

Выпускаемые фирмой тепловые батареи этого тгипа имеют очень большие размеры: одна батарея, состоящаяя из 30 по -: следовательно включенных элементов, заключена. Сле / дует также отметить, что емкость батареи очень стабильна. А, который является минимальным в этом интеервале скоростей разряда, хотя имеются указания на некотоэрое уменьшение емкости при самых больших плотностях токга.  [8]

Рабочая температура ( 360 — 700 С) в тепловых батареях создается за счет тепла, выделяющегося при сгорании специальных нагревательных смесей. Для поджога смесей служат запальные устройства.  [9]

Во всех других известных подсистемах непосредственного преобразования ( термоэлектрические и термоионные преобразователи солнечные и тепловые батареи) электрическая энергия вырабатывается при помощи заряженных носителей-частиц, приобретающих свою энергию от тепловых, фотоэлектрических или химических источников или их комбинации, которая позволяет им преодолевать потенциальный барьер, противодействующий их продвижению. Этот барьер находится на разделе или в непосредственной близости от него различных твердых, жидких или полужидких сред, или в ряде случаев между твердым веществом и вакуумом или плазмой. Во всех случаях сам потенциальный барьер мал и поэтому генерирование полезной электроэнергии производится путем последовательного соединения ряда потенциальных барьеров; в то же время входная энергия подается сразу на все барьеры параллельно.  [11]

Катод и анод обычно имеют таблеточную конструкцию. Тепловые батареи собирают в атмосфере сухого воздуха, инертного газа или в вакууме, что обусловлено высокой химической активностью анодных материалов и гигроскопичностью электролита.  [12]

Тепловые электрохимические батареи начали изготавливаться с 1946 г. для применения в устройствах, где требуются большая мгновенная мощность, короткое время работы, высокая удельная энергия и срок годности ( согласно документации различных производителей) от 12 до 20 и более лет. Тепловые батареи содержат электрохимическую систему, которая остается инертной до тех пор, пока не будет активирована при помощи нагрева.  [13]

Свинцово-цинковый элемент относится к категории ампульных химических источников тока одноразового действия. Ампульные батареи наряду с наливными и тепловыми батареями образуют группу резервных химических источников тока, получивших в последнее время широкое развитие.  [14]

В основе медно-магниевого элемента лежит электрохимическая система Mg NaCI CuCI. Он является типичным представителем группы водоактивируемых химических источников тока одноразового действия. Водоактивируемые батареи ( их также называют наливными) вместе с ампульными и тепловыми батареями образуют класс активируемых, или резервных первичных источников тока. Их отличительная особенность заключается в том, что в период хранения электроды не контактируют с жидким электролитом и приводятся в рабочее состояние ( активируются) непосредственно перед разрядом источника тока.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

изготовление и утепление по чертежам

Надо признать, что у большинства граждан бывшего СССР не хватает доходов на приобретение современного отопительного оборудования, поэтому людям приходится искать альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (она же – тепловой аккумулятор), очень полезную вещь для систем отопления частных домов. Изделие среднего объема 500 л обойдется примерно в 600—700 у. е., а цена тысячелитрового бака переваливает за 1000 у. е. Если же напрячься и сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом еще и смонтировать его в котельной самостоятельно, то вы легко уложитесь в половину этой суммы. А наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Изделие предназначено для обогрева дома в периоды, когда основной источник тепла (котел) бездействует. Замещение практикуется в таких случаях:

1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

• основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
• теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
• внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
• присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
• погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились темой установки в собственном доме теплоаккумулятора, сделанного своими руками, то для начала не помешает ознакомиться с заводской технологией сборки этих изделий.

Повторить ее самому в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак – аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в такой последовательности:

1. Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где их него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
2. На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
3. Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
4. Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферы.
5. Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
6. Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
7. Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху изделие облицовывается тонколистовой сталью с полимерной окраской либо закрывается плотным чехлом.

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Большинство заводских аккумуляторов тепла для систем отопления рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

1. Расчет объема теплоаккумулятора.
2. Выбор подходящей конструкции.
3. Подбор и заготовка материалов.
4. Сборка и проверка герметичности.
5. Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной или другом помещении вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

• упрощенный, предлагаемый производителями;
• точный, выполняемый по формуле теплоемкости воды.

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если мощность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места в котельной выделено для резервуара и подгоняйте полученный объем под реальные размеры.

Для справки. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить расчетную формулу площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара, а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Более точные размеры теплового аккумулятора вы получите, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного объема теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

Здесь:

• Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт;
• m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
• Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
• 1.163 Вт/кг °С — это справочная теплоемкость воды.

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт/ч, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, в данном примере теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы успешно изготовить аккумулятор тепла своими руками, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления. С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

1. Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить готовый теплоаккумулятор.
2. Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где взять подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
3. Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Важный совет. Для закрытой системы отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять цилиндрический теплоаккумулятор, изготовленный своими руками.

В открытой системе отопления, в которой избыточный напор отсутствует, можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на его стенки и приплюсуйте к нему высоту столба воды от системы отопления (до расширительного бачка, установленного в высшей точке). Поэтому важно усилить плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как это показано выше на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но учтите: при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую протечку. Как выпирают неукрепленные стенки сосуда при заполнении водой, показано на видео:

Для справки. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие со временем отрывает, начиная с края. Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Спасут только внутренние распорки, как изображено на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на работу под давлением. Какие емкости можно использовать:

• баллоны из-под пропана разной вместительности;
• списанные технологические емкости, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
• ресиверы от железнодорожных вагонов;
• старые железные бойлеры;
• внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб диаметром 15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не любят.

Теперь укажем альтернативные варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

1. Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
2. Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки изделия. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую трубу.

Сборка прямоугольной конструкции

Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете искусством сварочных работ, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.

Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:

1. Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
2. Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
3. Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
4. Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
5. Установите на изделие опоры из отрезков трубы.
6. Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на чертеже.
7. Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию от давления и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.

Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:

• зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
• оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
• нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
• прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.

Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол крайне нежелательно, нужно устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом заполните ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается» и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы эти условия соблюдались, нужно выполнить такие мероприятия:

• контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
• отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
• насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для того, чтобы отрегулировать поток теплоносителя исходя из температуры воды на входе в емкость и выходе из нее. Как правильно производится подключение и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:

Для справки. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:

• разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
• нагревать воду для хозяйственных нужд;
• обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае отключения ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы этого теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла при отключении электроэнергии благодаря прямому присоединению, что очень важно для безопасности.

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

• 2 стандартных баллона из-под пропана;
• не менее 10 м медной трубки диаметром 12 мм либо гофрированной нержавеющей трубы такого же размера;
• штуцеры и гильзы для термометров;
• утеплитель – базальтовая вата;
• крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, не забыв наполнить их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку надо аккуратно изогнуть в змеевик вокруг трубы подходящего диаметра. Дальше действуйте так:

1. Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
2. Закрепите с помощью сварки внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
3. Поставьте баллоны один на другой и сварите их между собой.
4. Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
5. Приделайте дно и крышку.
6. В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, а в дно – для сливного крана.
7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
8. Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы диаметром 50 мм, проложенные под уклоном, а теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи нагретой воды в отопительный контур насос с трехходовым смесительным клапаном устанавливается после буферной емкости.

Заключение

На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовление теплоаккумулятора своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что эти декларации не отвечают действительности и на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к теплогенератору. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за емкость, работающую под давлением, не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.

otivent.com