Теплоаккумулятор. Нюансы в проектировании и эксплуатации

Про размеры ТА

Теплоаккумулятор (ТА, буферная емкость — синоним) обладает значительными размерами. На бумаге в сухих цифрах или на чертеже габариты не так ощутимы, но когда ТА привозят на объект, заказчик почти всегда удивляется масштабам приобретенного оборудования. Кульминация — процесс выгрузки и транспортировка в котельную, необходимо 3-4 человека с транспортировочными ремнями. Юным проектировщикам рекомендуется по умолчанию прокручивать этот сценарий в голове, всё должно быть учтено: ширина дверных проемов, высота потолков — в противном случае будет дубль два за чей-то счёт.

Водоподготовка.

В системах отопления частных домов без теплоаккумулятора дополнительную обработку питательной воды, как правило, не производят. Объем теплоносителя слишком мал, постоянная подпитка системы отсутствует, поэтому существенный вред системе нанести невозможно.

Немецкие производители котлового оборудования в своих паспортах указывают:  «Для систем мощностью до 100КВт в качестве теплоносителя использовать воду питьевого качества». Подразумевается, что система малой мощности (до 100 КВт) не может содержать значительный объем теплоносителя, а вода питьевого качества уже находится в рамках соответствующих нормативов.

Система отопления с теплоаккумулятором имеет значительный объем теплоносителя, поэтому на линии подпитки предусматривают систему водоподготовки, либо привозят уже подготовленный теплоноситель на объект.

Требования к качеству теплоносителя предъявляются по следующим показателям:

Прозрачность по шрифту — не менее 30 см

Жесткость карбонатная (при рН не более 8,5 для твердотопливных водогрейных котлов)– не более 800 мкг-экв/л

Содержание растворенного кислорода — 50 мкг/л

Содержание соединений железа (Fe) — 600  мкг/л

Значение рН при 25 °С – 7-11

Содержание нефтепродуктов  — 1 мг/л

Методы водоподготовки: осветление, обезжелезивание, умягчение – применяются при сравнении показателей качества исходной воды на основании сделанного анализа с требуемыми показателями.

В простейшем исполнении в теплоаккумулятор  монтируется ТЭН, который нагревает ТА по ночному тарифу и днем отдает тепло.

Но случается так, что система истощает запас тепла в буферной емкости в середине дня, а дом греть надо. Приходится либо ждать ночи с неработающей системой отопления либо греть по дневному тарифу весь объем теплоаккумулятора.

Бороться с этим недостатком позволяют немного более сложные схемы – когда электрокотел ставится параллельно теплоаккумулятору. Таких схем придумано много, авторские варианты можно изучить в отдельной статье.

Теплоаккумулятор является «центром» сбора тепловой энергии со всех источников энергии в доме, накапливает и отдает системе отопления, сглаживая неравномерность выработки и потребления.

Накопленная в буферной емкости тепловая мощность равна произведению его объёма на разницу температур в состоянии до и после нагрева и на теплоемкость воды(константа).

Т.е. мы накапливаем энергию, нагревая объем теплоносителя V в теплоаккумуляторе с температуры t1 до температуры t2. И наоборот, мы расходуем тепловую энергию, остужая теплоноситель c t2 до t1.

При расчёте емкости ТА нам требуется задать две температуры. Температура в остывшем состоянии t1 – принимаем её минимально необходимой для работы системы отопления. Температура в нагретом состоянии t2 – тот предел, на который способен источник тепловой энергии (котел), но ниже температуры кипения при текущем давлении.

Для работы различных потребителей необходим теплоноситель разной температуры, например, мы никогда не нагреем бойлер ГВС до 55°С теплоносителем ниже 60°С, радиаторы потеряют мощность в 3,5 раза, если теплоноситель подается 45С вместо расчетных 75°С. Теплые полы «живут» дольше всех, продолжая работать  при 30+ °С.

Если, например, при расчёте ТА в качестве источника будет ТТ котел, а потребителем система внутрипольного отопления, температуры можно принять 30С и 95С. Если вместо ТТ котла будет тепловой насос, то 30С и 55С.

Далее определяем, сколько тепла нам нужно запасти. Для ТТ котлов обычно принимается мощность, умноженная на период топки. Для электрокотлов мощность умноженная на период ночного тарифа.

Далее определяем необходимый объем. Проще всего воспользоваться excel-калькулятором. В нем также можно отследить обратный процесс – потребления тепла и увидеть как будет меняться температура на подаче в систему отопления и время работы системы от ТА.

Главный вопрос не в том, как накопить тепло в буферной емкости, а в том, как это тепло правильно расходовать. Если всю накопленную энергию пустить в слабо контролируемую систему отопления, ТА быстро разрядится.

1. Требуется наличие покомнатной автоматизации системы отопления.Каждый отопительный прибор — потребитель тепла – должен брать ровно столько тепловой энергии, сколько ему необходимо, чтобы выполнить задачу. Задача: нагреть воздух до минимально комфортной температуры.

Можно ограничиться термоголовками на радиаторах и термостатами теплого пола. Нет расхода – нет и потребления энергии. Можно дополнительно выключать насос системы отопления по отсутствию запроса тепла. О формировании запросов тепла можно прочитать тут.

2. Помимо расхода теплоноситель ограничивают также по температуре. После теплоаккумулятора принято ставить трехходовой смесительный клапан, поддерживающий заданную температуру в системе отопления. Чем ниже эта температура, тем лучше. Если потребители с разными температурными графиками, предпочтительно каждого отдельно оборудовать отдельным трехходовым клапаном, для простоты дальнейшей автоматизации. Исключение – бойлер ГВС, это всегда прямой контур.

3. Иногда забывают, что твердотопливный котел, если он не топится, тоже является потребителем тепла. Насос ТТ-котла должен включаться только когда температура подачи котла выше температуры буферной емкости в точке подключения к обратной магистрали ТТ котла. Можно использовать так называемые дифференциальные термостаты, они работают на основании показаний двух температурных датчиков, а можно просто установить термостат на дымоход и включать насос при наличии процесса горения в топке.

4. По тому же принципу автоматизируется насос загрузки бойлера ГВС, подключенный к теплоаккумулятору и вообще, к любому источнику тепла, работающему с переменным успехом. Необходим дифференциальный термостат, запускающий насос загрузки бойлера только при условии положительного температурного напора. Если этого не учесть, нагретый бойлер становится источником тепла для остывшего теплоаккумулятора, откуда тепло будет перетекать дальше в систему отопления (гидрострелок это тоже касается).

Ещё стоит отметить, что не всегда логично подключать бойлер ГВС к теплоаккумулятору – в большинстве случаев ТА не нагреет бойлер ГВС до заданной температуры — не хватит накопленной мощности. Дифференциальный термостат выключит насос загрузки бойлера, когда температуры в обеих емкостях сравняются, это произойдет довольно быстро.  Бойлер можно подключить к ТТ котлу параллельно теплоаккумулятору и нагревать его по приоритету. Дополнительно бойлер снабжается отдельным ТЭНом, нагревает или догревает бойлер в случае неудачи со стороны основного источника тепла. Схемы котельных с теплоаккумулятором и бойлером ГВС можно изучить тут.

Все озвученные выше нюансы управления помогает решить один специализированный контроллер котельной, либо самостоятельно собранный щит автоматизации на базе термостатов и реле (релейная логика). При проработке алгоритмов и составлении электрической схемы щита управления всегда имеет смысл оставлять возможность ручного управления определенными приборами – конечному пользователю легче найти кнопку «включить» чем разбираться в условиях, по которым включается то или иное оборудование.

При подборе ТА следует обращать на расположение патрубков для подключения теплоносителя и приборов КИП. Выбор делается в зависимости от состава оборудования, оптимальной компоновки оборудования в помещении котельной. Иногда имеет смысл составить тех. задание и сделать ТА на заказ, иногда — подстраиваться под готовые решения от производителей.

Ниже будут описаны общие правила подключения к ТА, а также информация для правильного составления тех.задания на изготовление индивидуальной буферной емкости под принятую тепловую схему с определенным набором оборудования.