Область применения теплоаккумуляторов и буферных емкостей — системы отопления и ГВС зданий и сооружений различного назначения. Первые применяют для аккумуляции тепла. Вторые — используют в качестве промежуточного звена для стабилизации перепадов температуры и давления в системах, где нельзя регулировать подачу топлива.

Теплоаккумулятор: назначение и принцип работы

Теплоаккумуляторы — баки из углеродистой или нержавеющей стали с двумя или несколькими парами патрубков. Для снижения потерь тепла оборудование покрывается теплоизоляцией.

Устройства подключают параллельно между котлом и потребителями. В отопительных системах на базе электрокотлов оборудование применяют для уменьшения расходов на отопление. Установка оправдана при действующей многотарифной системе оплаты за электроэнергию. Работа котлов и накопление тепла аккумулятором осуществятся во время невысокой цены на электричество. В период действия дорогого тарифа утром, днем и вечером котел останавливают, нагретая вода из теплоаккумулятора подается к потребителям и постепенно отдает тепло.

Аналогичным образом оборудование работает в системах с твердотопливными котлами. При разжигании свежей закладки дров или угля, оборудование аккумулирует тепловую энергию, как только уровень выделения тепла падает по мере прогорания топлива, вода из теплоаккумулятора поступает на радиаторы. Таким образом уменьшается количество закладок, осуществляется экономия дров или угля, достигается стабильная температура.

Переключение подачи теплоносителя осуществляется автоматикой котла по температуре теплоносителя или воздуха в помещении. Как только она снижается до заданного значения, предварительно нагретая вода из резервуара начинает подаваться в радиаторы.

Теплоакумуляторы также применяют в сложных комбинированных системах отопления и ГВС с несколькими источниками энергии. Внутри оборудования можно размещать теплообменники для горячего водоснабжения или циркуляции теплоносителя солнечного коллектора. Некоторые модели устройств предусматривают комплектацию ТЭНами. Такие теплоакумуляторы могут работать как электрический водонагреватель (при установке нагревательного элемента) или как промышленные бойлеры косвенного нагрева (при установке теплообменника в котел).

Буферная емкость в системе отопления: роль и функции

Буферные емкости также представляют собой резервуары, покрытые теплоизоляцией. Для присоединения к системе оборудование комплектуется патрубками. Емкости подключают в отопление с котлами на твердом топливе. Функции устройств — защита от закипания воды при отключении циркуляционного насоса и сглаживание колебаний температуры теплоносителя.

При исчезновении напряжения в сети или поломке циркуляционного насоса топливо продолжает гореть. Теплоноситель в водяной рубашке котла перегревается и закипает, что может привести к серьезным авариям. Буферная емкость подключается последовательно, с уклоном труб в сторону теплогенератора. При остановке циркуляции вода поступает из резервуара в водяную рубашку самотеком и препятствует перегреву. Кроме того, оборудование повышает инерционность системы отопления с твердотопливными котлами, температура теплоносителя меняется гораздо более плавно на пике и при прогорании дров или угля.

Таким образом при сходной конструкции буферные емкости и теплоаккумуляторы выполняют несколько разные функции.

Формулы и методы расчета теплоаккумулятора

Объем — первое, на что требуется обратить внимание при выборе промышленных тепловых аккумуляторов. Ошибки в расчете сводят все выгоды от установки оборудования к нулю. При недостаточной емкости запасенного тепла будет хватать на 2-3 часа, при слишком большом объеме, теплоноситель не будет успевать нагреться до оптимальной температуры во время действия дешевого тарифа или горения закладки твердого топлива.

В ряде случаев для определения объема теплового накопительного резервуара используют упрощенную методику, на каждый кВт энергии необходим объем 25-30 литров в южных районах и 35-40 в умеренных и холодных зонах.

Для уточненного расчета объема теплоаккумулятора используют формулу: V = (P ⋅ t ⋅ ŋ)/с ⋅ ∆ϑ , где V — искомая величина объема теплового аккумулятора, Р и ŋ — тепловая мощность и коэффициент полезного действия котла соответственно, t — время нагрева теплоносителя до заданной температуры, с — удельная теплоемкость воды или другого применяемого теплоносителя, ∆ϑ — разность температур теплопередающей жидкости в прямой и обратной магистрали отопления.

Для проверки вычисленного объема теплоаккумулятора выполняют расчет времени, на которое хватит накопленной тепловой энергии. Оно считается по выражению t = Q / Qот, где t — время разрядки теплового аккумулятора, Q — количество накопленного тепла, Qот — тепло, отданное за один цикл циркуляции теплоносителя.

Количество тепловой энергии определяют по формуле Q = c ⋅ m ⋅ ∆ϑ, где c — удельная теплоемкость воды или другой жидкости, применяемой в качестве теплоносителя, m — ее масса, ∆ϑ — разность температур теплоносителя от теплоаккумулятора к потребителям и обратно.

Расчет тепла, отданного за один цикл, выполняют в процессе проектирования системы отопления исходя из объема помещений, теплопотерь здания и поправочного климатического коэффициента. Масса теплоносителя считается по выражению  где ρ – плотность теплоносителя, V – предварительно рассчитанный объем.

Время отдачи тепла аккумулятора должно быть достаточным для отопления в течение действия дорогого тарифа, если это так — расчет объема выполнен верно, на основании результата можно делать выбор промышленного накопителя тепла. Если нет — требуется увеличить мощность котла или уменьшить теплопотери. На сайтах ряда производителей теплоаккумуляторов и промышленных водонагревателей смонтирован калькулятор для определения емкости оборудования, однако такие сервисы дают очень приблизительный результат.