Современные буферные емкости - это элемент системы теплоснабжения и ГВС, в которому сочетаются различные источники тепловой энергии с разной производительностью, согласуются различные уровни температуры теплоносителя, аккумулируется и сохраняется тепловая энергия. Это центральный элемент системы отопления, выбор которого во многом будет определять техническое решение в целом, а следовательно - эффективность и экономичность распределения тепла для отопления и ГВС.

Выбирая оборудование, пользователь обычно больше внимания уделяет тем аппаратам, которые генерируют тепло - газовые или твердотопливные котлы, тепловые насосы, солнечные коллекторы, электрокотлы ... Меньше внимания обращается на теплоаккумуляторы, которые относят к категории вспомогательного оборудования. Однако именно правильный выбор накопителей горячей воды помогает совместить различные подсистемы в целостную систему.

Например, гелиосистема производит тепловую энергию, которая используется для приготовления воды для горячего водоснабжения и частично для отопления. Однако в основном поступление солнечной энергии и ее потребления не совпадают во времени ни по количеству, ни по температурным показателям. Поэтому нужна буферная емкость. Должен быть  аккумулятор тепла из которого при необходимости тепловая энергия или подготовлена горячая вода поступает к потребителю.

Классическая буферная емкость

Если упрощенно, то буферная емкость - это металлический резервуар с теплоносителем под давлением, который циркулирует в системе. Основное ее назначение заключается в накоплении и хранении тепловой энергии от различных источников и передачи ее в систему отопления или ГВС по запросу. В зависимости от модели теплового аккумулятора, к нему можно одновременно подсоединить как низкотемпературные (тепловые насосы, конденсационные газовые котлы), так и высокотемпературные (твердотопливные, электрические, традиционные газовые котлы) генераторы тепла.



Для изготовления теплоаккумуляторов используют различные материалы - углеродную сталь с различными антикоррозийными покрытиями (эмали и антикоррозионные металлические и полимерные покрытия, биокерамика), иногда с катодной защитой, нержавеющую сталь.

Чтобы аккумулировать тепло, буферная емкость для отопления и ГВС должна иметь отличные теплоизоляционные характеристики. Толщина теплоизоляции обычно составляет от 5-10 см для боковых частей, или даже больше, и может достигать до 50 см в верхней части или иметь вакуумированную полость. Бак часто устанавливают на ножках, чтобы не иметь прямого контакта дна с полом. Нижняя теплоизоляция может достигать в некоторых моделях до 20 см. Толщина теплоизоляционного слоя очень зависит от применяемого изолирующего материала. Емкости класса А А + утепляются специально разработанными многослойными высокотехнологичными композитными утеплителями.

Аккумулирование тепла для ГВС


Как отмечалось выше, главной функцией теплоаккумулятора является накопление энергии от различных источников тепла (до нескольких суток) и дальнейшее распределение ее в системы отопления и водоснабжения. Это важно, когда в качестве генераторов используются источники тепла, работающих в сменном режиме по времени, мощности и температуре.



Возможно устройство схем подключения для приготовления воды санитарного назначения. Для этого в большинстве случаев в качестве накопителя ГВС используют обычный бойлер косвенного нагрева.

Нагрев косвенного бойлера ГВС осуществляется за счет циркуляционного насоса, который прокачивает горячий теплоноситель (воду) из буферной емкости через змеевиковый теплообменник, расположенный в середине бойлера. Включение насоса происходит автоматически, в зависимости от фактической температуры горячей воды. По данной схеме, горячая вода нагревается даже тогда, когда она не используется, и остается в бойлере ГВС до момента, пока не откроется кран в системе горячего водоснабжения.

Приготовление горячей воды с накопителем имеет два основных недостатка. Первое - это теплопотери бойлера, которые могут составлять до 400 кВт • ч в год в случае с бойлером на 200 л и заданной температурой горячей воды 60 ° С. Второе - возникает проблема с появлением легионелл (микроорганизмов, которые размножаются в теплой воде), что приводит к появлению неприятного запаха воды, а в некоторых случаях может спровоцировать легионеллез - аллергическую реакцию или расстройство здоровья пользователя горячей воды в качестве питьевой. Однако, любая современная система управления нагрева воды санитарного назначения имеет программу «антилегионела», предусматривающий алгоритм борьбы с микроорганизмами за счет нагрева бойлера до температуры 65-70 ° С, которая включается, например, один раз в неделю.

Есть альтернативный вариант приготовления горячей воды,  без бойлера. Горячая вода греется в проточном режиме, проходя через теплообменник, который может быть расположен внутри буферной емкости в виде змеевика, изготовленного из нержавеющей стали (рассматривается в разделе "Комбинированные буферные емкости"). Или это может быть отдельный теплообменник пластинчатого типа, который располагается рядом с теплоаккумулирующей емкостью. При использовании проточный водонагреватель, то приготовление горячей воды происходит тогда, когда в этом есть необходимость. Благодаря тому, что вода для ГВС нагревается протоком, то нет проблемы с легионеллами (всегда греется «свежая» вода), отсутствуют дополнительные теплопотери бойлера, надо меньше места для размещения всех необходимых компонентов тепловой системы.

Буферная емкость с послойным накоплением тепла


Емкости данного типа построены на использовании различной плотности воды при различной температуры: горячий теплоноситель будет собираться в верхней части емкости, а холодный - внизу. Это сделано для согласования тепловых потоков от различных источников тепловой энергии. Источники тепла имеют разный потенциал:

  • высокотемпературных (газовые или твердотопливные котлы)
  • среднетемпературных (тепловые насосы, гелиосистемы)
  • низкотемпературных (обратные линии) генераторов тепла, и для распределения выходов для потребителей

Потребители тепла также бывают разными - высокотемпературные (радиаторное отопление) и среднетемпературные ( «теплый пол», фэнкойлы).



В теплоаккумуляторе с послойным распределением обеспечено ламинарное струйное поступления теплоносителя без объемного его смешивания. Можно использовать высокотемпературный теплоноситель в верхней части для приготовления горячей воды для ГВС или для радиаторного отопления. Когда охлажденный теплоноситель попадает обратно в бак, он не смешивается напрямую с горячей средой, то есть непосредственно не охлаждает верхнюю часть емкости. Применение емкости с послойным накоплением тепла также уменьшает количество включения котла для догревания жидкости, что, в свою очередь, экономит энергию и средства, увеличивает практический ресурс котлов.

Различают два типа емкостей с послойным накоплением тепловой энергии - с пассивным и активным послойным накоплением.

Пассивное послойное распределение

Пассивное послойное накопление тепловой энергии осуществляется за счет внутренней конструкции емкости. Например, горячий теплоноситель от теплообменника, через промежуточный буферный бак был соединен с гелиотермической установкой. Он поднимается вверх по собственному патрубку и выходит из боковых отверстий только тогда, когда «извне» находится теплоноситель с такой же температурой. Пример именно теплоносителя, нагретого от тепла гелиотермической установки, здесь достаточно показателен - гелиоустановка работает в различных режимах в зависимости от поступления солнечной энергии и может иметь различную температуру в течение суток. Послойное накопление позволяет аккумулировать тепловую энергию, полученную в различных режимах.

Активное послойное распределение


В случае активного послойного накопления температурное разделение осуществляется за счет системы трубопроводов, которая расположена снаружи бака с входными патрубками на разной высоте. В зависимости от температуры теплоносителя, поступающего от теплогенератора (например, гелиотермической установки), он направляется в верхнюю, среднюю или нижнюю часть емкости с помощью переключения двух- или трехходового клапана. Такие емкости меньше в диаметре и несколько выше обычных. И чем больше будет нужно температурных слоев, тем сложнее система управления для реализации данной схемы аккумулирования.

Комбинированная буферная емкость


Комбинированный теплоаккумулятор - это буферном баке сочетающий функции буферной емкости и бойлера (водонагревателя). В данном случае реализуется принцип нагрева воды для горячего водоснабжения и для отопления. Обычно есть возможность присоединить к системе твердотопливный и / или газовый котел и / или другие теплогенераторы (тепловой насос, ТЭН или электрокотел). Подсчитано, что комбинированные схемы отопления и ГВС с подключением различных источников тепла экономят до 25-30% органического топлива или электричества, уменьшают количество включений котлов.

Приготовление ГВС в комбинированной буферной емкости происходит двумя методами:

  • проточным теплообменником
  • встроенным бойлером ( «бак в баке»)
  • внешние станции ГВС


Бак в баке

Выполнение «бак в баке» - это комбинация двух емкостей в одном агрегате, в верхней части находится встроенный резервуар для воды санитарного назначения. Емкость с теплоносителем для отопления, подключена к разным источникам теплогенерации. Некоторые производители предлагают комбинированные емкости данного типа с дополнительным змеевиком для гелиотермической установки, или с возможностью подключения твердотопливных котлов, со встроенным ТЭНом и тому подобное.



Есть интересное решение от компании «Теплобак» (Украина). Они производят внутренние баки с волнообразной стенкой. Такие баки прочнее, чем обычные, кроме того, они имеют свойство самоочищения стенки внутреннего бака от накипи. Внутренний бак с несколько волнистой формой стенки имеет увеличенную площадь теплообмена, а следовательно и производительность ГВС, меньшую массу и толщину стенок при гарантированной прочности баке. Емкости типа «бак в баке» характеризуются меньшей стоимостью, чем емкости со встроенной станцией приготовления горячей воды. Однако, кроме теплового согласования работы системы, здесь надо учитывать показатели давления внутри и снаружи внутреннего бака.

С встроенным проточным теплообменником

Более традиционное исполнение схемы ГВС для аккумулятораа - с теплообменником, установленным внутри бака. Это проточная схема подготовки горячей воды. Лучшие образцы таких изделий изготавливаются из пищевой нержавеющей стали. Для увеличения поверхности теплообмена такие внутренние теплообменники иногда изготавливаются гофрированными.

Некоторые производители в своих емкостях устанавливает теплообменник ГВС не из гофрированной, а с гладкой нержавеющей трубы. Это дает возможность увеличить толщину стенки гладкой трубки до 1,5 мм против 0,5 мм в гофрированной трубки. К тому же на жесткой воде гофрированная труба быстрее забивается известковым осадком и грязью (поскольку имеет впадины), вследствие чего резко ухудшается производительность ГВС. Теплообменник с гофротрубы очень сложно промыть, поскольку с впадинок накипь практически невозможно удалить даже с применением химических реагентов.

Внешние станции ГВС

Для подготовки воды для ГВС используют также отдельные модули, которые монтируются на аккумулирующей емкости и имеют так называемый внешний пластинчатый паяный теплообменник. Емкости с внешним теплообменником имеют несколько большую стоимость, однако характеризуются большей производительностью. В большинстве случаев они также оснащаются автоматическим регулятором, который осуществляет управление насосом первичного контура в зависимости к расходам горячей воды.

По сравнению с традиционными системами приготовления ГВС (котёл, бойлер косвенного нагрева) буферная емкость с внешним теплообменником ГВС позволяет сэкономить место (бойлер больше не нужен), уменьшить стоимость монтажных работ (поскольку не требуется насосная группа бойлера + средства на ее монтаж), получить больше выгоды от эксплуатации основного, скажем, твердотопливного или газового котла, здесь нет необходимости бороться с легионеллой. Такие решения ГВС еще называют системой «с скоростным нагревом», имея в виду, что вода для ГВС готовится быстро и только по необходимости.

Интеллектуальные буферные емкости


Обычно сначала обустраиваются газовые котлы или тепловые насосы, а уже к ним подключаются другие ветви автоматики отопительного и ГВС-контура здания. Гелиосистема типично имеет собственную, несколько автономизированную и замкнутую схему. Это объясняется тем, что в контурах отопления, ГВС и в гелиосистеме могут использоваться различные теплоносители - по температуре, давлении и по химическому составу.

Итак, как правило, за главную систему управления выбирают ту автоматику, которой оборудовано наиболее используемый источник (по времени или по мощности). Например, практически все время работающий тепловой насос или малоинерционный газовый котел постоянно подключен к системе отопления и ГВС в режиме ожидания. Это правило справедливо для комбинированных схем, которые одновременно реализуются в новом здании. Но, когда тепловая система наращивается поэтапно, то к старому существующего оборудования постепенно присоединяются возобновляемые источники - тепловые насосы и гелиоконтура, то возникает проблема в согласовании работы компонентов и эффективном управлении всем интегрированным оборудованием.



Особенно это становится актуальным для модернизации тепловой системы, когда существующие подсистемы (например, газовое отопительное оборудование), хотя и не передовые, но еще вполне работоспособные, не отработали определенный им ресурс.

Наиболее удачным и экономически оправданным решением для таких случаев является такое, когда интеллектуальным центром, собственно «мозгом» всей системы с различными источниками тепловой энергии и с разной производительностью (в том числе - из возобновляемых источников), становится именно аккумулирующая емкость.

Емкости имеют гидравлически скоординированные компоненты для послойного сохранения тепла и теплоснабжения с подключением возобновляемых систем (солнечная энергия, твердое топливо и т.д.) и стабильные температуры послойного аккумулирования. В этом случае накоплением энергии управляет специальный контроллер, который является «центром накопления энергии», руководит всеми компонентами установки, например, котлом на твердом топливе, перезагрузкой аккумулирующей емкости, учетом энергии, программой термической дезинфекции и т.д.,

С использованием интеллектуального оборудования облегчается интеграция нескольких источников тепла (например, жидкотопливные, газовые теплогенераторы или котлы на твердом топливе) от различных производителей. Контроллер имеет различные дополнительные функции, такие как послойный учет теплоносителя в емкости, расчет и учет теплообмена, тепловой нагрузки и степени производительности котла.

Видео по "интеллектуальному" теплоаккумулятору



Выбор типа теплоаккумулирующей емкости, ее объем и функционал в каждом конкретном случае зависят от технических особенностей системы. Сейчас на рынке представлено очень много баков и аккумулирующих емкостей от отечественных и зарубежных производителей. Они имеют специальные функции и конструктивные особенности, правильное использование которых позволит значительно повысить энергоэффективность системы отопления и подготовки горячей воды.