Схема работы теплового аккумулятора

Научная электронная библиотека

1.1. Принцип работы и схемы подключения тепловых аккумуляторов

Тепловые аккумуляторы состоят из внутреннего бака с размещенным в нем теплоаккумулирующим материалом и теплообменниками контуров зарядки и разрядки, теплоизолирующего материала, внешней декоративной оболочки и соединительных патрубков.

Схема работы простейшего теплового аккумулятора (буферной емкости) представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема работы теплового аккумулятора

В левой стороне контур зарядки, в правой стороне контур потребления (разрядки). Движение теплоносителя осуществляется циркуляционными насосами. Источником энергии служит котел водяного отопления. В качестве потребителя тепловой энергии – радиаторы водяного отопления. Данная схема функционирования ТА называется «с прямым подключением контуров», конструкция такого ТА представлена на рис. 4.

Рис. 4. Тепловой аккумулятор с прямым подключением контуров

Котел, тепловой аккумулятор, трубопроводы обоих контуров, отопительные приборы, все заполнено одним теплоносителем.

Твердотопливный котел производит тепло, которое передается теплоносителю, и по трубопроводу контура зарядки поступает в ТА. Поскольку теплый теплоноситель имеет меньшую плотность, чем холодный, большого смешивания теплого теплоносителя с холодным не происходит, и он поступает в контур разрядки к отопительному прибору.

Движение по контуру разрядки осуществляется с помощью циркуляционного насоса. Остывший в отопительном приборе теплоноситель поступает в нижнюю часть ТА и потом, через контур зарядки, в котел. В данной схеме работы, одновременно происходит нагрев отопительных приборов и, постепенно, нагрев самого теплового аккумулятора.

Все контуры и элементы системы соединены между собой, следовательно, вся система работает на одном уровне давления.

Конструкция теплового аккумулятора состоит из внутреннего бака, патрубков подсоединительных трубопроводов, теплоизоляционного слоя, внешнего декоративного покрытия. Внутренний бак напорный, избыточное давление в нем порядка 3 бар, как и во всей системе отопления, работающей по данной схеме. Баки изготовлены из нержавеющей стали или из черной стали с антикоррозионным покрытием. Теплоизоляционный слой, покрывающий поверхность бака, выполнен из 10-сантиметрового слоя минеральной ваты, пенопласта или другого теплоизоляционного материала. ТА всегда выполняются в напольном варианте из-за больших размеров и веса.

В работе отопительных систем с ТА данного типа, для более эффективного управления процессом обогрева помещения и зарядки ТА, используют также схему с трехходовым клапаном, представленную на рис. 5. Если установить термическую головку управления трехходового клапана на заданную потребителем температуру, то при достижении значения выше заданного, клапан запирает поступление горячего теплоносителя из ТА в контур разрядки и тогда возникает два новых контура. Котел всю энергию передает в нагрев ТА, а контур разрядки формируется циркуляционным насосом, минуя ТА. При остывании теплоносителя ниже заданной на трехходовом клапане значения температуры, он открывается, и система работает в первоначальном варианте, нагревая и ТА и приборы отопления.

Рис. 5. Тепловой Аккумулятор с прямым подключением контуров и трехходовым клапаном

В случае, если в контуре зарядки и контуре отопительных приборов (разрядки) теплоносители разные, то их надо разделить. Для этого, во внутреннем баке ТА размещается встроенный теплообменник – свитая в спираль часть трубопровода котельного контура зарядки (см. рис. 6).

Рис. 6. Схема работы теплового аккумулятора с встроенным теплообменником

При работе ТА данного типа возможно не только различие в теплоносителях контуров, но и его интегрирование в систему коллективного отопления и ГВС с давлением в контуре тепловых приборов до 6 бар, в то время, как в контуре зарядки стандартных котельных агрегатов, максимальное давление составляет до 3 бар. ТА данного типа представлен на рис. 7. В отличие от предыдущего типа ТА, кроме внутреннего спиралеобразного теплообменника, во внутреннем баке установлен еще и магниевый анод. Узел, консервирующий коррозию внутреннего стального бака.

Рис. 7. Тепловой аккумулятор с встроенным теплообменником и магниевым анодом

На рис. 8, представлен ТА с двумя внутренними теплообменниками.

Рис. 8. Тепловой аккумулятор с двумя теплообменниками

В качестве второго контура подключения может быть солнечный коллектор, как источник возобновляемой энергии. Конструкции и принцип работы данных приборов описаны в работе [1]. Может быть вариант, когда контур зарядки имеет один внутренний теплообменник, контур разрядки, второй внутренний теплообменник, в баке размещен специальный термоаккумурирующий материал, причем любого агрегатного состояния. Схема работы теплового аккумулятора с прямым подключением контуров и с встроенным внутренним баком для отдельного контура ГВС представлена на рис. 9.

Конструкция теплового аккумулятора может быть с двумя внутренними объемными баками и встроенными теплообменниками, один из вариантов такого ТА представлен на рис. 10.

В данном разделе показаны некоторые типовые ТА. Существуют и другие конструкции ТА и схемы их подсоединения. Все они обусловлены требованиями к тепловым носителям, используемым в узлах систем отопления и ГВС, рабочими давлениями в контурах циркуляции, расходными характеристиками узлов, алгоритмом функционирования.

Рис. 9. Схема подключения теплового аккумулятора с внутренним баком ГВС

Рис. 10. Тепловой аккумулятор с двумя внутренними баками и встроенным спиральным теплообменником

Источник

Теплоаккумулятор котла отопления: принцип работы и подключение своими руками

Доброго всем дня! Если вы зашли на эту страницу моего блога, то значит вас интересует как минимум 2 вопроса:

• Что такое теплоаккумулятор?
• Как устроен теплоаккумулятор?

Начну отвечать на эти вопросы по порядку.

Теплоаккумулятор для отопления: что это такое?

Для ответа на этот вопрос нужно дать определение.

Звучит оно следующим образом, теплоаккумулятор — это емкость, в которой накапливается большой объем горячего теплоносителя.

Снаружи емкость покрывается теплоизоляцией из минеральной ваты или вспененного полиэтилена.

Теплоаккумулятор для отопления: принцип работы

Вы спросите: «А зачем нужен этот термос-переросток?» Тут все очень просто, он позволяет оптимальнее использовать тепло, отданное котлом.

В паре с теплоаккумулятором всегда работает мощный котел (чаще всего твердотопливный).

Котел быстро и без остановок отдает тепло от сжигаемого топлива в тепловой аккумулятор, а он в свою очередь медленно и в нужном режиме отдает это тепло в систему отопления. Объем системы гораздо меньше, чем объем емкости аккумулятора.

Это позволяет «растянуть» тепло от топлива по времени. Получается по сути котел длительного горения.

При нагреве емкости аккумулятора, котел постоянно работает на полную мощность, а это позволяет избежать появления смолистого конденсата в дымоходе и котле.

Как устроен теплоаккумулятор для отопления?

Как уже было сказано выше, ТА — емкость, в которой накапливается горячая вода (или другой теплоноситель).

Чтобы все было наглядно, посмотрите на следующий рисунок:

Устройство теплоаккумулятора для систем отопления

Емкость имеет несколько патрубков для подключения различного оборудования:

• Генератора тепловой энергии — котла, солнечного коллектора, теплового насоса.
• Пластинчатого теплообменника для нагрева горячей воды.
• Различного котельного оборудования — группа безопасности, расширительный бак и так далее.

Материалы водосодержащей емкости

Водосодержащая емкость может быть изготовлена изготовлена из различных материалов:

• Углеродистая сталь различных марок с нанесением (или без него) защитной эмали или лака на внутреннюю поверхность — наиболее дешевый и поэтому распространенный материал.
• Нержавеющая сталь — самый долговечный материал, который не подвержен коррозии. Его главным недостатком является высокая цена.
• Стекловолокно — из этого «экзотического» материала изготавливают разборные теплоаккумуляторы, которые собирает непосредственно на месте. Такой метод позволяет пронести ТА по самой узкой лестнице и собрать его точно в нужном месте. Если интересно, посмотрите а видео как это выглядит

Схема подключения теплоаккумулятора к котлу

Теперь давайте рассмотрим как аккумулятор включается в систему отопления:

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Из этой схемы видно, что ТА включается в систему отопления как гидравлический разделитель (гидрострелка).

Рекомендую прочитать отдельную статью посвященную этому полезному девайсу.

Скажу вкратце, что такая схема включения исключает взаимное влияние разных циркуляционных насосов и позволяет обеспечить котел нужным объемом теплоносителя, что положительно сказывается сроке жизни теплообменника.

Теплоаккумулятор и горячее водоснабжение

Еще одним важным вопросом является устройство в доме горячего водоснабжения. Здесь ТА тоже может прийти на помощь.

Конечно, использовать воду непосредственно из системы отопления для санитарных нужд нельзя.

Но здесь есть как минимум два решения:

• Подключение к ТА пластинчатого теплообменника, в котором будет нагреваться санитарная вода — применяется на самых простых моделях ТА.
• Покупка теплоаккумулятора со встроенной системой ГВС — она может быть реализована при либо помощи отдельного теплообменника (змеевика), либо по схеме «бак в баке».

Можно, конечно, еще отдельно приобрести бойлер косвенного нагрева, но я считаю, что это можно сделать только при наличии необходимого места у вас в котельной.

Для чего нужен теплоаккумулятор для отопления?

Теплоаккумулятор — еще один способ увеличить время между закладками топлива в котел.

Кроме этого ТА может применяться в системах с солнечными коллекторами и тепловыми насосами.

Чаще всего ТА применяют как замену котлам длительного горения.

Альтернатива, безусловно, интересная и достойная вашего внимания.

На этом я завершаю свой рассказ. Жду ваших вопросов в комментариях.

Источник

Устройство и схемы подключения теплоаккумулятора в систему отопления

Теплоаккумулятор — агрегат для собирания и увеличения тепла с целью его дальнейшего применения. Устройство используется в частных домах, квартирах, на предприятиях, а также для предпускового прогрева двигателей. Аккумулятор тепла для системы отопления позволяет уменьшить энергетические затраты на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Агрегаты устанавливаются в обвязку твердотопливного котла либо подключаются в гелиосистему.

Работа твердотопливного котла в системе отопления представляет собой некоторую цикличность. Сначала в него закладывают топливо, разжигают, а затем котел постепенно выходит на максимальную мощность и передает тепловую энергию через теплоноситель в систему отопления.

Закладка дров постепенно прогорает, теплоотдача уменьшается, и теплоноситель остывает. В период пиковой мощности часть тепловой энергии остается невостребованной, а во время догорания топлива ее, наоборот, будет недостаточно. Для повторения цикла следует опять осуществить закладку твердого топлива.

Частично эту проблему может решить пиролизный котел длительного горения, но во время его работы часто не совпадают пики выработки и потребления тепловой энергии. Для разрешения такой ситуации устанавливается энергоаккумулятор для системы отопления, который известен как буферная емкость или тепловой накопитель.

В основу действия этого агрегата заложена высокая теплоемкость воды. Если в период максимальной мощности котла нагреть некоторое количество воды, тогда впоследствии ее энергетический потенциал можно будет использовать для нужд отопления.

Например, вода при остывании на 1° C может нагреть 1 м³ воздуха на 4° C. Самый простой теплоаккумулятор для котлов отопления представляет собой вертикальную емкость с четырьмя врезанными в разные стороны патрубками. Существуют теплонакопители с разнообразными аккумулирующими материалами:

• твердотельные;
• паровые;
• жидкостные;
• термохимические;
• с нагревательным элементом (ТЭНом).

С одной стороны корпуса два патрубка подсоединяются к трубопроводам котла, а с другой — к системе отопления. После запуска нагревателя циркуляционный насос начинает прокачивать теплоноситель через буферный бак.

В нижнюю часть накопителя поступает холодный теплоноситель, а в верхнюю — горячий. Из-за существенной разницы в плотности вода перемешиваться не будет, а горячий теплоноситель постепенно заполнит всю емкость.

Обычно объем термоаккумулятора для отопления рассчитывается таким образом, чтобы одной закладки топлива хватило для полного заполнения емкости горячей водой. То есть вся энергия котла, исключая потери, преобразуется в тепловую, которая будет накоплена в аккумуляторной емкости.

Теплоизоляция позволяет сохранять высокую температуру воды в течение длительного времени. Когда котел перестает работать, система обогрева продолжает функционировать. Благодаря насосу горячая вода из аккумулятора поступает в трубопроводы и приборы отопления дома.

На место горячего теплоносителя в буферную емкость через нижний патрубок из обратной линии трубопровода снова поступает остывшая вода. При использовании электрического котла схему отопления с теплоаккумулятором можно использовать в ночное время, когда действует льготный тариф.

Все накопители представляют собой вертикальные цилиндрические резервуары. Отличаются они друг от друга только элементами, расположенными внутри конструкции. Существует несколько типов термоаккумуляторов:

1. 1. Простая конструкция. Подключение емкости проводится непосредственно к контурам котла и системы отопления. Такие накопители применяются для использования одного типа теплоносителя, если его давление в контурах не превышает показателей котла и теплоаккумулятора. При различных значениях давления необходимо подключить в схему дополнительный внешний теплообменник.
2. 2. Емкость с внутренним теплообменником. Внизу нее находится трубчатая спираль из нержавеющей стали. В зависимости от конструкции возможна установка нескольких теплообменников. Применяются такие аккумуляторы, когда давление и температура теплоносителя в контуре обогревателя значительно превышают допустимые показания на линиях потребителей при подключении нескольких источников тепла. Например, котловое оборудование применяется совместно с солнечным коллектором. При использовании в контурах разных видов теплоносителей устанавливают накопительные емкости с теплообменниками. В таких термоаккумуляторах происходит активное смешивание горячего теплоносителя с остывшим.
3. 3. Наличие в баке проточного контура ГВС. В такой конструкции теплообменник обычно устанавливается в верхней части накопителя. Такая схема используется при равномерном водоразборе горячей воды. Теплообменник выполнен из нержавеющей пищевой стали.
4. 4. Термоаккумулятор с баком для запаса ГВС. Схема напоминает устройство бойлера косвенного нагрева. Используется накопитель такой конструкции в условиях частого пикового разбора горячей воды для хозяйственных нужд.

Все подобные конструкции могут выпускаться в различных вариациях в зависимости от сложности схемы отопления, количества и видов используемых нагревателей и водяных контуров. Сложные устройства легко определить по многочисленным патрубкам, выходящим из емкости.

В зависимости от котлового оборудования и количества потребителей тепловой энергии выбирают подходящую модель буферной емкости. Аккумулятор можно приобрести с перспективой будущих подключений дополнительных приборов, а подключенные патрубки временно заглушить. В десятку популярных устройств входят следующие модели:

1. 1. Nibe BU 500.8 применяется в системах отопления с разными источниками тепла. Отличается пенополистирольной изоляцией толщиной 14 см. Емкость бака составляет 500 л, предельное давление — 6 бар, а максимально допустимая температура — 95° C.
2. 2. ETS 200 представляет собой ряд блоков из композитного материала, размещенных внутри стального корпуса. Их нагрев осуществляется электрическими ТЭНами мощностью 2 кВт. Внутри установлен вентилятор для ускорения процесса нагрева.
3. 3. HAJDU AQ PT 500 — буферный накопитель, предназначенный для работы в закрытой системе отопления. Подключается в схему отопления с разными типами нагревателей. Бак рассчитан на максимальное давление 3 бар. К недостаткам можно отнести отсутствие внутреннего антикоррозийного покрытия и теплоизоляции. Их устанавливают отдельно.

Стоит также отметить такие виды теплоаккумуляторов, как S-Tank AT 300, Electrotherm ETS, Buderus Logalux P 500−1000/5 и т. д.

Существует несколько схем подключения теплоаккумулятора. Подающий трубопровод от котлового оборудования подсоединяется в верхней области корпуса емкости. С противоположной стороны на таком же уровне подключается подача, идущая на приборы отопления.

Линия обратного трубопровода входит в нижнюю часть бака, на таком же уровне выходит с противоположной стороны и подключается в нагреватель. Это самая простая схема, которая позволяет осуществлять только регулировку количества теплоносителя. Другие способы:

1. 1. С трехходовым клапаном. Подающий и обратный трубопровод системы соединяются байпасом через клапан. Такое подключение позволяет проводить качественную регулировку теплоносителя и изменять его температуру. Накопленной баком энергии хватает на длительный срок.
2. 2. Подключение через внутренний теплообменник. Внутри в нижнем пространстве емкости проходит витой трубопровод, который соединяют с котлом. Выход на радиаторы отопления находится вверху емкости, а обратный трубопровод подключают к нижней части бака. Такая схема дает возможность применять разного рода теплоносители. Давление в котловом контуре выше, чем в трубопроводах батарей.
3. 3. Установка дополнительного теплообменника. Котел соединяют с буферной емкостью последовательно через внешнее теплообменное устройство. Обычно такой способ применяют, если не хватает мощности внутреннего змеевика для нагрева теплоносителя.

Кроме такого оборудования в схемы устанавливают циркуляционные насосы, температурные датчики и элементы группы безопасности. Это позволяет более эффективно использовать теплоаккумулятор для отопления.

Источник