Буферная емкость ведущих производителей, изготовленная в заводских условиях, на 500 л. обойдется приблизительно в 30000-38000 руб. Изготовление теплоаккумулятора для котла отопления своими руками будет стоить приблизительно вдвое дешевле. Цена будет еще меньше если самостоятельно установить емкость и выполнить обвязку.

Какого объема должен быть тепловой накопитель

Принцип работы теплоаккумулятора связан с накоплением тепловой энергии во время работы котла и ее отдачи после отключения отопительного оборудования. Фактически, буферная емкость работает по принципу обыкновенной электроаккумулятора.

От объема резервуара зависит то, сколько времени будет поддерживаться обогрев здания в автономном режиме. Прежде чем приступить к изготовлению системы отопления с самодельным тепловым аккумулятором, потребуется рассчитать объем бака.

Существует два метода вычислений:

  1. упрощенный, выполняемый с помощью специальных онлайн калькуляторов;
  2. выполняемый с помощью математических расчетов, по формуле.

Предположительный расчет емкости теплового аккумулятора для дома с площадью 100 м²:

Согласно таблицы, эффективное водяное отопление с самодельной емкостью для дома, способное проработать в автономном режиме около 10 часов, 2,19 м³. Можно уменьшить объем до 1,4 м³ при этом тепловой аккумулятор будет способен отдавать тепло 5 часов. После проведения расчетов можно приступать к изготовлению бака аккумулятора своими руками.

Отопление загородных домов обычно осуществляется за счет твердотопливных котлов. Это обуславливается недоступностью или чрезмерной стоимостью любых других видов топлива. Характерной особенностью эксплуатации твердотопливных отопительных котлов является необходимость регулярной заготовки топлива, причем его объем порой очень велик – для отопления крупных домов требуется немало горючего.

Еще одна особенность отопительного оборудования, работающего на твердом топливе – его нужно протапливать не реже двух раз в сутки. Нарушение этого правила приводит к снижению температуры в доме, а значит, и снижению уровня комфорта. Впрочем, решение данной проблемы есть – на рынке присутствует масса моделей котлов длительного горения, которые могут работать на одной закладке топлива несколько дней подряд.

Если же в доме уже установлен обычный котел, то для увеличения срока его работы на одной партии топлива потребуется тепловой аккумулятор, который встраивается в конструкцию и накапливает в себе лишнее тепло. Впоследствии это тепло будет отдаваться зданию, тем самым обеспечивая поддержание комфортного температурного режима. В данной статье речь пойдет о том, как сделать теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками.

Как и из чего сделать буферную емкость

Теплоаккумулятор изготавливают по чертежу заводского бака. Внутреннее устройство полностью идентично. Бак состоит из следующих узлов:

  • внутренняя емкость;
  • слой теплоизоляции;
  • наружная защитная оболочка;
  • теплообменник для емкости, обычно медный змеевик;
  • регулирующая и запорная арматура: сливной кран, предохранительный клапан, воздушный клапан, термометр.

Чтобы изготовить буферную емкость самостоятельно достаточно собрать аккумулятор подобно заводскому модулю. Следует помнить, что для разных систем отопления (открытого и закрытого типа), требуются баки разной конструкции. Также будет необходимо подобрать материал для изготовления и утепления емкости.

Тип конструкции теплонакопителя

Существует несколько видов емкостей, классифицирующийся по форме и устройству. Самодельные баки теплоаккумуляторы бывают:

  • Цилиндрические — классическая конструкция, используемая при изготовлении накопителей в заводских условиях. Форма имеет множество преимуществ: выдерживает тепловую нагрузку, гидроудары. Практична для закрытых систем отопления с высоким давлением в трубопроводе. Главный недостаток в том, что бак цилиндрической формы трудно изготовить.
  • Прямоугольные — при производстве используют металл толщиной в 2 мм. Для упрочнения конструкции буферной ёмкости, приваривают уголки (рёбра жёсткости), стягивая противоположные стенки между собой. Прямоугольная форма теплоаккумулятора хуже справляется с давлением. Общее требование при установке: монтаж накопителя выше расположения радиаторов.
    Прямоугольная конструкция бака широко распространена благодаря простоте сборки. Чтобы снизить нагрузку на стенки аккумулятора, в систему отопления врезают воздухоотводчик и сбросовый клапан. При закипании теплоносителя (частое явление твердотопливных котлов), арматура предотвратит возникновение аварийного давления.

Для самотечной системы отопления подойдет только открытый буферный бак. Отличие в конструкции: наличие патрубка в верхней части емкости, сообщающегося с атмосферой.

Материал для изготовления аккумуляторного бака

Вариантов для изготовления множество. Наиболее распространенные:

  • Бак из нержавейки — металл и сварные работы стоят дорого. По причине дороговизны нержавеющая сталь практически не используется, кроме случаев применения уже готовых емкостей.
  • Пластиковые бочки — важное условие эксплуатации, чтобы материал мог выдержать нагрев до 100°С. Для укрепления корпуса можно сделать окантовку из металлических полос.
  • Буферная емкость из «еврокуба» — применять не рекомендуется. Причина проста, максимальная температура нагрева резервуара всего 70°С. При перегреве теплоносителя стенки деформируются дадут течь. Но как видно из видео, делают теплоаккумуляторы и из «еврокубов».

  • Алюминиевая ёмкость — используют уже готовые резервуары с достаточным объемом. Изготовить бак из алюминия самостоятельно получится только при наличии должной квалификации сварщика. Не все профессиональные мастера берутся за обработку этого металла.
  • Теплоаккумулятор из бочек (металлических) — недостатки: тонкостенная сталь, плоские крышки. Хорошая альтернатива, взять заготовку стальной трубы и изготовить бак приварив дно и верхнюю часть.
  • Стальная емкость под теплоаккумулятор (цилиндрическая) — оптимальный вариант, требующий минимального количества материальных затрат. Делается из листового железа от 2 мм и толще.

Кроме изготовления сварной конструкции бака используют уже готовые емкости. Подойдут: старые бойлеры, ресиверы, емкости для хранения жидкого азота, баллоны под сжиженный газ и т.п.

Как утеплить буферную емкость

В заводских накопителях изоляцию прокладывают между внутренним баком и внешним кожухом. В самодельных буферных емкостях для твердотопливного котла используется тот же метод теплоизоляции.

Утеплению подлежат стенки теплоаккумулятора. Рекомендуют использовать минеральную или базальтовую вату толщиной не менее 6-8 см. С ватой легко работать. Минеральная теплоизоляция бака пропускает влагу и конденсат (дышит), не скапливая жидкость внутри волокон.

Еще один плюс. Как показывает практика, буферные емкости, утепленные ватой, не любят мыши. При изоляции пенопластом или пенополистиролом грызуны не редко селятся внутри теплоизолирующего слоя. Появившиеся дырки приводят к быстрой потере тепла и снижению КПД накопителя.

Чертежи для изготовления теплоаккумулятора

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками. Достаточно рассчитать объем бака, подобрать подходящий материал и изоляцию.

Обвязка твердотопливного котла и буферной емкости

Наиболее простой будет схема обвязки, содержащая буферную емкость с предустановленным змеевиком ГВС. Преимуществом такого варианта будет значительная экономия места в бойлерной за счет отсутствия отдельного бойлера. Еще один дополнительный плюс — скромная экономия на вложениях из-за отсутствия необходимости покупать и устанавливать еще один узел. В таком варианте упрощается процесс обслуживания системы, так как не будет проблем борьбы с бактериями.

Летом теплоаккумулятор со змеевиком ГВС становится полноценным бойлером косвенного нагрева. Насос в схему подключается стандартной дюймовой трубой, на электрический котел хорошо подходит труба ¾ или дюйм. Если запланирована установка буферной емкость объемом не менее 1000 л, то получается более экономно и целесообразно обратку от электрического котла немного поднять и подключить основной контур не снизу, а выше, в средние выводы теплоаккумулятора. При такой схеме котел не будет постоянно нагревать весь объем, что снизит скорость его амортизации. Этот параметр зависит от техзадания.

Если требуется обвязать не твердотопливный, а газовый котел, то используется такая же схема контура, как и для электрического. Необходимо отметить, что в рассматриваемой нами схеме стандартный электрический котел уже содержит в себе все необходимое:

  • насос;
  • датчик давления;
  • предохранительный клапан.

При выборе модели, в которой эти части отсутствуют, котел придется соответствующим образом обвязать.

ТОП-10: Nibe BU – 500.8

Применение

Применяют данный вид теплоаккумулятора для котла отопления с разными источниками тепла, будь то тепловой насос или котел, солнечный коллектор или иной, а также, в качестве альтернативного поставщика, эффективного при отключении централизованной подачи.

Важно: при функционировании с котлами, использующими твердое топливо, исключается перегрев теплоаккумуляторов, повышается из коэффициент полезного действия и продлевается период эксплуатации котельного оборудования. Дополнительно удается сократить периодичность загрузки его топливом.

Особенности

Для данной модели теплоаккумулятора они следующие:

  • привлекательный дизайн;
  • эффективная пенополистирольная теплоизоляция толщиной до 140 мм. Ее легло снять, чтобы уменьшить размеры устройства при невозможности его прохождения через дверные проемы. Она по виду схож с формованными панелями, наружная сторона которых покрыта белым ПВХ;
  • допускает подключение более одного электронагревателя;
  • использование в качестве альтернативного источника, при отсутствии централизованного отопления;
  • способность потреблять дешевую энергии (ночной тариф) при работе с двухтарифными счетчиками и электрокотлами;
  • наличие дополнительных змеевиков у отдельных модификаций, установленных в нижней части. Благодаря им можно подключать дополнительные источники тепла;
  • имеются фланцы для подключения ТЭНов и термометра;
  • возможность распределять теплоноситель вдоль всей высоты устройства, благодаря вертикальной планке, имеющейся у теплонакопителя на входе (слева);
  • пригодность для организации самых сложных отопительных систем, включая те, для которых значение тепловой нагрузки достаточно большое.

Технические показатели

  • Тип – напольный;
  • Емкость бака — 500 литров;
  • Предельная величина давления во внешнем баке – 6 бар;
  • Температура нагрева максимальная — 95 Сº;
  • Масса устройства – 106 кг;
  • Диаметр – 750 мм;
  • Высота – 1757 мм.

Купить

ТОП-9: ETS 200

Обзор

У этих теплоаккумуляторов для котлов отопления корпус стальной и жаропрочная изоляция сверху. Под ней находятся блоки, накапливающие тепло. Они изготовлены из композитного материала высокой теплопроводности, которые нагреваются с помощью ТЭНов.

Тепло накапливается ночью, когда действуют льготные тарифы на электроэнергию. Затем, днем оно используется для обогрева помещения.

Для быстрейшего нагрева, в конструкцию вмонтирован вентилятор.

Важно: Чтобы моно было регулировать температуру помещения, а иными словами управлять разрядом, необходим встроенный регулятор, который не предусмотрен комплектацией, поэтому обязательно приобретается отдельно.

На лицевой панели предусмотрен переключатель, благодаря которому есть возможность ручной регулировки объема заряда.

Чтобы была возможность устанавливать время начала зарядки и ее окончания (во время действия льгот на оплату энергии) обязательна установка электрического оповещателя (сигнала) или таймера. Его тоже комплекте нет. Приобретают его за дополнительную плату.

Технические показатели

Назначение модели – регулировка отдачи полученного от того или иного источника тепла для эффективного обогрева помещения.

Устройство

Внутри есть трубчатый нагреватель, для изготовления которого использована высококачественная сталь. Он нагревает камни, способные аккумулировать тепло, о них отдают его, охлаждаясь естественным образом, воздуху, проходящему через них под действием вентилятора.

Установив в помещении датчик, можно тепло регулировать с высокой точностью, экономя (за счет встроенного аккумулятора) значительную часть электрической энергии.

Комфортный режим задается регулятором мощности.

Стоимость

Схемы подключения

Полная схема подключения ТА для системы отопления

Простейшая схема подключения предполагает наличие контурного кольца прогрева котла. Это даст возможность сократить время разогрева основного контура. Термостат не позволит прогонят через теплоаккумулятор холодный теплоноситель (воду или гликоль), пока температура не установится на требуемом уровне.

Как только это произойдет, теплоноситель распределяется в двух направлениях:

  1. Прогрев ТА.
  2. Прогрев основного бака.

В последнем случае предполагается перемешивание с теплоносителем и перенаправление в бак. Благодаря тому увеличивается КПД и сокращается время прогрева основного контура. Такое подключение дает возможность работать системе автономно (при выключенном насосе).

Отдельный контур сообщает ТА и радиаторы. Чтобы исключит необходимость контролировать работу отопительной системы, в ее состав вводится два байпаса:

  1. Содержит шаровый клапан, который перекрывается при выключенном насосе. В работу включается обратный клапан.
  2. Если насос остановлен, а шаровый клапан вышел из строя, прокачка теплоносителя производится по второму (резервному) байпасу.

Схему можно упростить, исключив обратный клапан. Это делают, мотивируя тем, что он характеризуется высоким сопротивлением потока. Прибегая к такому шагу нужно помнить, что в случае прекращения подачи электроэнергии придется вручную открывать шаровый клапан.

Более сложная система с использованием альтернативного источника энергии и контура горячего водоснабжения

Если отключения возможны, в систему включают альтернативный источник питания или бесперебойник. Это потребует дополнительных затрат. Целесообразность покупки данного оборудования проявляется после подсчета стоимости труб, фитингов, насоса и клапанов, которые могут прийти в негодность. В результате приобретение ИБП (источник бесперебойного питания) не кажется слишком дорогим удовольствием.

Подробный видео обзор системы

Расчет объема теплонакопителя

Слишком малый объем неэффективен, большой нецелесообразен с точки зрения затрат и потери полезной площади помещения. Точный расчет выполнить невозможно ввиду отсутствия информации о теплопотери здания, особенно, если оно находится в стадии проектирования.

Однако есть возможность рассчитать максимально приближенно. В качестве исходных данных служит мощность котла и суммарная площадь всех отапливаемых помещений. Расчеты производятся следующим образом:

  1. Мощность нагревателя в киловаттах находится в прямой зависимости с площадью. 1КВт способен обогреть 10 м2. Если дом 120 м2, то котел должен выдавать 12 КВт. Необходимо заложить запас, чтобы оборудование не работало на предельной нагрузке (средний коэффициент – 1,5). Получается, нужно устанавливать котел 18 КВт.
  2. Пренебрегая объемом жидкости в трубах и радиаторах, принимается, что каждый киловатт мощности расходуется на разогрев 25 л. теплоносителя в теплоакуумуляторе. Перемножив две величины, получаем 450 л. Эта величина не предельная, ведь на прошлом шаге был заложен запас мощности 50%.

Заложенного запаса хватит на самую холодную зиму. Оборудование будет работать не на пределе возможности, а значит, прослужит долго.

Расчет по формуле

Существует множество сложных математических формул, позволяющих произвести вычисления

Самая простая формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,

Где:

  • Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
  • m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
  • Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
  • 1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.

Онлайн калькулятор

*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.

Пояснения:

Паспортная мощность котла, она указана производителем. Если документы на оборудование не сохранились, найти характеристики можно с сети интернет.

Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Рассчитывается специалистами по сложной форме, которая включает: объем помещения, систему отопление, энергоэффективность всего дома.

Температура подачи и обратки. Если в системе не установлены термометры, ее можно снять любым теплосъемником.

Утепление арматуры

Рассмотрим вопрос необходимости утепления арматуры. Большая протяженность труб, много фитингов и высокие рабочие температуры в системе приводят к потерям тепла. На готовых объектах не утепленное должным образом отопительное оборудование перегревает окружающее пространство. В помещении, где установлен котел и теплоаккумулятор, температура может достигать плюс 27 градусов в сильный мороз. Топливо расходуется нерационально, а эффективность системы снижается. После утепления труб удается отвоевать несколько градусов и снизить расход топлива.

Утепляя арматуру надо помнить о том, что при работе со стороны котлов трубы сильно нагреваются, так как могут транспортировать воду горячее 100 градусов. Пенополиэтиленовая изоляция в этом случае не подходит. Ее можно ставить только в другой части контура со стороны радиаторов системы отопления. В котельной на горячие трубы лучше надеть более устойчивую к нагреву каучуковую изоляцию. Стоит дополнительно изолировать также фитинги и другую арматуру.

По технике безопасности не рекомендуется изолировать насосы. Это оборудование имеет ограничение, не допускающее превышения норматива по температуре окружающей среды. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо.

ТОП-1: S-TANK АТ PRESTIGE -500

Краткий обзор

Лучшая модель ТОП-10 рекомендована для использования в различного типа отопительных системах.

Для изготовления накопителя цилиндрической формы используется нержавеющая сталь. Поэтому устройство служить будет долго, снижая затраты на отопление.

Преимущества

Их у модели достаточно:

  • простое обслуживание и установка;
  • быстрый нагрев воды, не зависящий от условий;
  • защита от перегрева, благодаря чему эксплуатация разрешена даже в коммерческих зданиях;
  • уникальные параметры и многофункциональность, выбор которых определяется размером обогреваемого помещения;
  • непрерывное накопление тепла благодаря встроенным теплообменникам;
  • совместимость с источниками теплоснабжения любого вида.

Повысить эффективность позволяет дополнительная теплоизоляция. Утеплителем может служить пенополиуретан или минеральная вата, замедляющие остывание теплоносителя.

Используя устройство для комбинированного отопления можно значительно снизить затраты. Каждый пользователь может поддерживать комфортную для себя температуру, выбрав накопитель тепла по таким параметрам, как мощность, конструктивные особенности, объем и пр.

Характеристики

  • Производитель –Беларусь;
  • Масса – 105 кг;
  • Размер в диаметре – 78 см;
  • Высота – 157 см;
  • Объем бака – 500 л.

Стоимость

Теплоаккумуляторы для котлов отопления купить дешево можно в Интернете:

ТОП-6: S-TANK СЕРИИ HFWT -300

Описание

Данная модель отличается возможностью соединять любое число источников тепла, что важно для создания многовалентной отопительной системы.

Внутреннее строение

В бак модели встроен теплообменник в виде спирали, изготовленный из нержавейки высокого качества. Площадь его может лежать в пределах 3,5-8,4 м.кв.
Принцип работы

В баке поддерживается постоянная температура – 39-95 градусов. Проходящая внутри спирали вода, подогревается практически до тех же градусов – 37-93, давая пользователю ГВС соответствующий размеру бака объем.
Преимущество

Оно заключается в выполнении устройством двух функций – накапливания тепла и использования для решения задач ГВС.

Технические показатели

  • Производитель – Беларусь, S-Tank;
  • Гарантия – 5 лет;
  • Масса – 76 кг;
  • Высота – 157см;
  • Диаметр – 63 см;
  • Объем бака – 300 литров;
  • Давление максимальное в баке и теплообменнике – по 6 бар;
  • Число теплообменников – 1;
  • Температура допустимая в баке и теплообменнике – 95 и 110 град.

Купить

ТОП-5: S-Tank AT 300

Обзор

Назначение конструкции заключается в аккумулировании тепла, отдаваемого различными источниками, организации многовалентных отопительных систем. Означает это, что при необходимости совместить работу от двух и более тепловых источников (котла твердосплавного, к примеру, с электрическим или газовым) модель будет достаточно эффективной.

Бак

Устройство для накопления нагретой воды изготовлено из углеродистой стали. Для отопительной системы оно выступает гидравлическим разделителем и улучшает гибкость последней.

Отлично сочетается с такими котлами:

  • твердотопливным;
  • использующим в качестве топлива биомассу;
  • пеллетным;
  • электрическим;
  • газовым.

А также с источниками тепла:

  • каминами с водяной рубашкой;
  • топливными насосами.

Изоляция

Для ее изготовления используется технология NOFIRE и экологически чистый полиэфирный материал, 100% пригодный для переработки. Толщина изоляции 70 мм. Главным преимуществом его считается высокая теплоотдача и огнестойкость (класс B-s2d0 по европейским стандартам).

Защищен бак и снаружи, для чего разработчик применяет пластиковую обшивку (до 1000 л) и матерчатую (больше 1000 л), гамма цветовая которой весьма разнообразна.

Сверху бак окрашивается краской, устойчивой к высокой температуре. Внутренние стенки не допускают нанесения краски по существующим требованиям. Опционно можно нанести на внутренние стенки цинксодержащий состав. Делается это для того, чтобы хранить горячую воду.

Размер отверстий

Для подключения КИП приборов предусмотрены отверстия с внутренней резьбой 1 ½ “, друг к другу развернутые под прямым углом.

Стоимость

ТОП-4: S-TANK АТ AT-1000

Занимающий в ТОП-10 4 место накопитель служит тем же задачам, что описанные выше – аккумулирование подогретой воды.

Описание

  • Материал, применяемый для корпуса, — углеродистая сталь;
  • Страна-производитель – Беларусь;
  • Масса – 131 кг;
  • Высота – 2035 мм;
  • Диаметр – 92 см;
  • Объем – 1000 л;
  • Давление в баке и наибольшая температура- 6 бар и 95 градусов.

Буферный теплонакопитель не имеет теплообменник. Объем его 1000 литров, что позволяет использовать устройство с котлами 6-10 кВт, предназначенных для помещений небольшой площади. Наиболее подходит для указанного объема теплоносителя маломощный твердотопливный котел.

Сверху конструкция защищена 70-миллиметровой теплоизоляцией, которая закрыта пластиковым кожухом с алюминиевой защелкой для простоты транспортировки, установки и демонтажа. Для подачи и отвода котловой воды имеется 8 отверстий с внутренней резьбой полтора дюйма.

Патрубки развернуты под углом 90 градусов и расположены на разной высоте для удобства подсоединения разных отопительных контуров и установки накопителя в угол.

Помимо них есть еще 4 полудюймовых отверстия, предназначены которые для термоманометров и датчиков терморегулирующих. Давление внутри рабочей зоны – 6 бар. Его достаточно для нормального функционирования накопителя.

Стоимость

ТОП-3: HAJDU AQ PT 1000

Работа

Работать модели, ТОП-10 занимающие 3 место, могут от нескольких источников (зависит от исполнения):

  • от энергии Солнца;
  • газовых котлов;
  • угля и пр.

Подключение

Первый пуск рекомендуется доверить специалисту. Пользователю же нужно изучить инструкцию и ей всегда следовать.

Устройство

Оно состоит из:

  • стальной емкости (бака);
  • теплоизоляции из полиуретана;
  • защитного кожуха;
  • крышки из искусственной кожи.

Внутри нет коррозионной защиты, поэтому использовать бак можно только по назначению. Для хранения воды питьевой он не годится.

Изоляция

Как и у аналогов, сделана она из полиуретановой пены, которая длительное время держит температуру воды, не требуя ее подогрева. Толщина защиты 10 см. Для кожуха, как упоминалось, используют искусственную кожу.

Кожух с изоляцией, легко снимаются. Это удобно при транспортировке, устанавке и демонтаже устройства.

Достоинства

Главным из них является возможность временного выравнивания расхождений в производстве тепла и потреблении.

Важно:

  1. Нельзя подвергать теплообменники с накопителем большим давлениям. Это опасно!
  2. Обязательна установка предохранительного клапана, приобретаемого за дополнительную плату.
  3. Запрещен монтаж между клапаном и накопителем всякой водозапорной арматуры.

Особенности

  • Эргономичность.
  • Хорошая теплоизоляция.
  • Грамотно расположенные патрубки.
  • Съемные изоляция и кожух.
  • Окрашенная наружная поверхность.
  • Возможность подключения нагревательного электропатрона.
  • Совместимость с различными типами котлов.
  • Продолжительный срок службы.
  • Удобные установочные размеры.

Технические параметры

  • Объем – 750 л;
  • Масса- 93 кг;
  • Водонагреватель накопительного типа;
  • Способ подогрева – электрический;
  • Крепление – напольное;
  • Диаметр с изоляцией и без – 99 и 79 см;
  • Высота – 191 см;
  • Бак внутренний – из стали;
  • Защита антикоррозионная – не предусмотрена;
  • Давление рабочее – 3 бар;
  • Производитель — Hajdu, Венгрия;
  • Напряжение – 220 В.

Стоимость



Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии. Рассмотрены виды аккумулирования энергии и способы их применения во всех современных сферах деятельности человека.

Ключевые слова: аккумулирование, тепловой накопитель, энергоэффективность, энергосбережение, отопление.

Энергетика является одной из ведущих отраслей современного хозяйства. В настоящее время одним из ключевых направлений развития современной экономики является энергоэффективность.

Тепловое аккумулирование — это химические или физические процессы, которые позволяют накапливать тепло в тепловом аккумуляторе. Тепловой аккумулятор состоит из резервуара для хранения, аккумулирующей среды (рабочего тела), устройств для зарядки и вспомогательного оборудования. Одним из способов сбережения энергии является использование так называемых аккумуляторов энергии (тепловых накопителей). Подобные установки способны сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы системы отопления.

Основной целью аккумулирования энергии является преодоление, сглаживание несоответствий между подачей энергии потребителю и его реальными потребностями. Еще одной важной задачей аккумулирования энергии является выравнивание выработки энергии, то есть уменьшение подачи в период пиковых нагрузок и заполнение провалов тогда, когда энергия почти не используется.

Тепловые накопители (аккумуляторы), как правило, работают на принципе накопления — выделения внутренней энергии. Это достигается за счет химических или физических процессов внутри аккумулятора. Например, за счет нагревания, охлаждения жидких или твердых тел, плавления и других обратимых реакций.

Нельзя обойти стороной так же вопрос экономической целесообразности, так как аккумулирование энергии позволяет значительно уменьшить затраты потребителя. Простой пример ячейки теплового накопителя приведен на рисунке 1.

Вокруг канала с протекающим по нему теплоносителем расположено теплоаккумулирующее вещество. При заряде температура теплоносителя на входе в накопитель больше температуры на выходе из него. Протекая по каналу и остывая, горячий теплоноситель отдает энергию теплоаккумулирующему материалу.

Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом

Накопление энергии происходит за счет теплоемкости, температура материала возрастает. При разряде температура теплоносителя на входе в накопитель меньше температуры на выходе из него. Протекая по каналу, холодный теплоноситель нагревается за счет остывания теплоаккумулирующего материала. Температура материала понижается.

По аккумулирующей среде можно установить следующую классификацию аккумуляторов тепла:

– прямое аккумулирование (теплообмен и аккумулирование происходят в одной среде)

– косвенное аккумулирование (только теплообмен, процесс может протекать с фазовым переходом и без)

– полупрямое аккумулирование

– сорбционное (основано на способности некоторых веществ абсорбировать газы с выделением тепла)

На сегодняшний день существует большое количество разных видов аккумуляторов энергии: паровые, жидкостные, с электронагревательным элементом, пневматические, со скользящим давлением, с постоянным давлением.

Применение тепловых накопителей вразличных отраслях

Самым распространенным и привычным для нас примером теплового накопителя в жилищно-коммунальном хозяйстве является накопительный водонагреватель. Подобная установка нашла широкое применение в домах, квартирах, дачах, а так же в промышленных зданиях, общественных центрах и т. д. и т. п. Устройство таких водонагревателей одновременно очень простое и экономически эффективное.

Но в жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. В случае отопления помещений применяется аккумулирование с использованием тепла фазового перехода (замораживание воды при 0°С). В странах, где затраты на охлаждение летом очень высоки и соизмеримы с затратами на отопление в летнее время, целесообразно применять аккумулирование посредством льда. Это позволяет получить двойной эффект от системы отопления. Возможности применения тепловых накопителей в жилищно-коммунальном хозяйстве активно обсуждаются в Европе и США.

Еще одним современным примером теплового накопителя является топливный двигатель на солнечной энергии. Он применяется преимущественно в авиационной и космической технике. Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя. Рабочее тело двигателя протекает внутри приемника и нагревается. Поступая затем в обычное реактивное сопло, оно расширяется и создает тягу .

Термодинамический цикл солнечного термического двигателя приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Идеальный термодинамический цикл солнечного термического двигателя

Области применения солнечных термических двигателей:

– перевод спутников с низких околоземных орбит на геостационарные

– очистка космического мусора

– полеты до орбит других планет Солнечной системы, включительно до орбиты Марса (двигатели мощностью 1–5 МВт);

– поддержание орбит долговременных орбитальных станций (двигатели мощностью 10–20 кВт).

Аккумуляторы энергии так же широко применяются в судостроении. Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы. В данном случае, главное целью их работы является обеспечение бортовых потребителей тепловой энергией необходимого качества и в достаточном количестве. Так как пуск судового дизеля должен происходить в некоторых случаях при температуре не ниже +15–20 градусов Цельсия, то соответственно необходим подогрев дизеля при низких температурах. Для этой цели могут применяться различные установки, например, дополнительные котлы и водоводяные холодильники. Для подогрева аккумулятора целесообразно использовать накопленное ранее отводимое тепло самого дизеля. Это позволяет отказаться от дополнительного расхода горюче-смазочных материалов. Экономия зависит от условий эксплуатации и может составлять от сотен килограммов до нескольких тонн.

Применение теплового накопителя энергии позволяет снизить не только расход горюче-смазочных материалов, но также общее количество вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду при работе дизеля.

Дорожные и транспортные средства с аккумуляторами теплоты. Тепловое аккумулирование в транспортных средствах представляет собой частный случай аккумулирования энергии для получения дополнительной мощности там, где в дополнение к временному несоответствию также возникает и локальное несоответствие между подачей и потреблением энергии. Определяющим фактором применения аккумулятора в транспортных средствах являются его объем и масса. Тепловые и пневматические накопители в транспортных средствах применяются наряду с электромеханическими, маховичными накопителями кинетической энергии и аккумуляторами топлива.

В промышленных установках для кратковременного аккумулирования энергии широко применяются твердотельные регенераторы и аккумуляторы пар (горячая вода). Так же могу использоваться накопители, работающие на энергии воды нормального или повышенного давления. Основой задачей аккумуляторов энергии в промышленности является не столько непосредственная экономия энергии, сколько снижение потребления энергии извне, особенно в случае установок с комбинированной выработкой электричества и тепла.

Системы теплового аккумулирования энергии нашли широкое применение в энергетических установках, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и транспортных средствах. Интерес к ним растет как в западных странах, так и в России. Так как вопросы энергоэффективности и энергосбережения всегда остаются актуальными, основные принципы аккумулирования энергии найдут свое применение и в будущих технологиях.

Литература:

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *