Теплоакумулятори та їх застосування в сучасних системах опалення

Баки акумулятори знаходять широке застосування в сучасних системах опалення, охолодження, підготовки гарячої води.

Тепловий акумулятор – це вертикальна стальна ємність циліндричної форми, висота якої, як правило, в 3-5 разів більша від її діаметра. Теплові акумулятори мають ізоляцію з термостійкого поролону для зменшення тепловтрат. Теплоакумулятор використовують для накопичення тепла від різних генераторів для його використання в системах опалення і водопостачання за необхідностю.

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

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

Бак-акумулятор стає центральним елементом системи з декількома джерелами тепла. Джерела з непостійним виробництвом тепла (твердопаливні котли, сонячні системи), нагріваючи теплоносій у баку-акумуляторі, можуть закривати з низькими експлуатаційними витратами основну частку потреби в тепловій енергії об'єкта. Інші джерела тепла з більш високими експлуатаційними витратами (газові, електричні, рідкопаливні котли) будуть займати меншу частку в загальному балансі.

Роботу електрокотла в багатотарифному режимі також важко уявити без використання теплового акумулятора здатного приймати від котла вночі теплову енергію за найнижчим тарифом.

У більшості рішень з тепловими насосами також беруть участь баки-акумулятори для систем опалення, охолодження, підготовки гарячої води.

У системах з твердопаливними котлами наявність теплового акумулятора забезпечує оптимальний режим роботи всієї системи. Котел працює на акумулятор в оптимальному режимі з максимальним ККД. Заряджений котлом тепловий акумулятор передає в міру необхідності тепло в систему незалежно від стану твердопаливного котла.

Використання теплового акумулятора надає користувачеві істотне підвищення комфортності опалення, порівнянного з комфортом при використанні інших сучасних (електричних, газових) котлів. Завантаження палива, а також обслуговування котла можуть вироблятися в зручний час. З'являється можливість повністю автоматизувати систему опалення після теплового акумулятора. Тепло з акумулятора забирається в міру необхідності. Наявність акумулятора захищає систему від перегріву котла. Розподільні системи опалення після акумулятора можуть бути реалізовані з використанням полімерних матеріалів, які не можуть застосовуватися в котлових контурах.

Головною перевагою теплоакумулятора є те, що він запобігає втраті теплової енергії в системах тепло- і водопостачання, дозволяючи акумулювати надлишкову теплову енергію, зберігати її протягом деякого проміжку часу (до шести діб) та, за необхідності, використовувати для потреб споживачів. Використання теплового акумулятора дає можливість одночасно віддавати велику кількість раніше накопиченої теплової енергії, що не під силу, скажімо, котлам.

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

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

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

Звичайно, що тепловий акумулятор не є опцією, та й назвати так цю необхідну ланку на вряд чи хтось зможе, оскільки саме завдяки йому можна домогтися мінімальних витрат при максимальній вигоді. Саме тому теплові акумулятори активно використовуються в системах тепло- і водопостачання заміських котеджів, готелів, ресторанів та будинків відпочинку.

Теплова потужність (Вт), яка може бути накопичена в акумуляторі теплоти ємнісного типу визначають за формулою:

Q = mc_p(T₂-T₁)

Де m — маса теплоакумулюючої речовини, кг; c_p — питома ізобарна теплоємність речовини, Вт:(кг*К); T₂ и T₁ — середнє значення початкової і кінцевої температури речовини, °C.

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

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

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

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

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

Максимальна температура теплоакумуляторів не перевищує 90 °С. технічні вимоги до опалювальних котлів також визначають, що вищою температурною межею є показник 95 °С. Тому при встановленні у своєму будинку буферного накопичувача тепла дуже важливим фактором є розміри та температурний режим опалювальних елементів, передбачених для використання в системі теплопостачання. Досвід показує, що найбільший ефект акумуляторів буде досягатися в системі низької температури. Найкраще система з тепловим акумулятором функціонуватиме в будинку з обігрівом за допомогою теплих підлог.