Буферная емкость: принцип действия и виды конструкции, популярные модели резервуаров, преимущества

Что такое буферная емкость?

Буферная емкость (теплоаккумулятор, аккумулирующая емкость) – это устройство, с помощью которого накапливается и сохраняется тепло. Он внешне похож на огромный термос, в виде цилиндрического бака с утепленными стенками. Его высота, в несколько раз превышает его объем. Изолирован бак термостойким поролоном, который помогает сохранять и удерживать тепло внутри емкости. Тепловой аккумулятор, является главным элементом в обогреве и распределении тепла во всем помещении. Его основной задачей, является получение и накопление тепловой энергии, от разных источников тепла (твердотопливный или электрический котел), а затем рациональное распределение по отопительной системе и водоснабжение.

Главным элементом буферной емкости, является термоаккумулирующий материал, который сохраняет и распределяет подачу тепла. В зависимости от материала, который используется, тепловой аккумулятор может делиться на несколько видов:

• жидкостные;
• твердотельные;
• термохимические;
• паровые;
• с дополнительными элементами нагревания.

Для системы отопления используют антифриз, а для нагрева воды применяют воду. Каждый бак, в верхней и нижней части, укомплектован патрубками, один для подключения к котлу, а другой для соединения с самой отопительной системой.

Верхняя часть емкости оснащена предохранительным клапаном, для автоматического стравливания ненужного воздуха, в случае повышения давления внутри емкости. В нижней части находится дренажный кран, с помощью которого спускается жидкость. Теплоаккумуляторы, могут быть дополнительно оборудованы фланцами, к которым можно подключить датчик температуры и давления.

Принцип работы буферного бака основывается на повышенной удельной вместимости рабочей жидкости (антифриз или вода) в системе отопления. Во время подсоединения бака, количество жидкости стает больше в несколько раз и повышается инерционность всей системы. При этом тепловой аккумулятор, максимально нагретый котлом, сберегает личную температуру на долгое время и распределяет тепло по мере необходимости. За счет, такой слаженной работы обеспечивается непрерывная подача тепла, даже в то время когда котел отключен.

Обратим внимание на работу теплоаккумулятора с использованием твердотопливного котла. В трубопроводе между котлом и аккумулятором тепла, находится циркуляционный насос, который запускается, так начинает работать система. С нижней половины бака, охлажденная вода перемещается в котел, где она и подогревается. Разогреваясь до нужной температуры, жидкость перемещается в верхнюю часть емкости. Горячая вода находится в верхней части бака, а с помощью насоса жидкость, которая находится внизу, перекачивается в котел. Во время включения циркуляционного насоса, который установлен в обратной магистрали системы, холодная вода потихоньку поступает в нижнюю половину буферной емкости. Впоследствии, вытесняется горячая вода из бака и направляется в отопительную систему. После остановки работы топливного котла, тепло из буферной емкости продолжает подаваться в систему, до тех пор, пока холодная жидкость из магистрали не заполнит внутренний объем бака. Время работы теплоаккумулятора, после остановки котла, зависит от температуры воздуха на улице, объема бака и количества приборов обогревания.

Буферная емкость, является уникальным изобретение, которое обеспечивает теплом дом и помогает экономить.

Существует достаточно много причин, по которым стоит использовать эту конструкцию:

1. График работы котла. Твердотопливные котлы необходимо регулярно оснащать топливом. Ночью такой процесс, совсем неудобен и в таком случае спасает теплоаккумулятор. Теплая вода сохраняется в буферной емкости. А затем распространяется по системе. Установка теплового аккумулятора позволяет увеличить интервалы между топкой котла и поможет значительно уменьшить расход топлива.
   Если применяется электрический котел, то экономия происходит ночью. Так как стоимость на электричество днем и ночью отличается в несколько раз. Монтаж буферного бака позволит запрограммировать работу котла только в ночной период работы.
2. Неравномерная подача тепла. Практически у всех котлов существует три фазы работы: разгорание, интенсивное горение и затухание. Из-за такого процесса происходят сильные перепады температуры. Буферная емкость поможет избежать такого явления. В период интенсивного горения бак забирает в себя лишнее тепло, а во время затухания постепенно отдает его в систему отопления.
3. Механическая регулировка работы котла, не позволяет сжигать все вредные вещества. В период работы твердотопливных котлов выделяются вредные вещества (кислоты, деготь). Стандартные котлы обустроены воздушным клапаном, который блокирует подачу кислорода к топливу и провоцирует выделение вредных веществ. Устанавливая буферную емкость можно не только обеспечить дом теплом, но и сохранить здоровье и уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Так, например, в странах Европы запрещено устанавливать твердотопливные котлы без буферной емкости.
4. Защита от перегрева. Интенсивно работая, котел может перегреться, что повлечет за собой плачевные последствия (выход системы из строя, взрыв). Тепловой аккумулятор надежно защищает котельную установку и систему отопления от перегрева.
5. Экономия. Устанавливая тепловой аккумулятор можно сэкономить до 30% топлива и электроэнергию.

Конструкция буферной емкости

В настоящее время многие теплоаккумуляторы представляют собой довольно сложные конструкции. Каждая из деталей выполняет в ней определенную роль. В самую простую конструкцию входят следующие элементы:

• внутренний бак:
• внешняя обшивка;
• утеплитель.

К баку подходят 4 патрубка: 2 – от котла, 2 – от контура отопительной системы. Обязательно вверху емкости встроен предохранительный клапан для сброса лишнего давления. Для слива жидкости внизу бака находится кран. В трубопроводы встроены 2 насоса для циркуляции воды в прямом и обратном контуре системы отопления.

В конструкцию котловой системы входят как минимум 3 элемента

Когда начинают разжигать дрова в котле, охлажденная жидкость из теплового аккумулятора с помощью насоса поступает в контур печи, где происходит ее нагрев. Горячая вода, поступая назад в бак, перемещается в его верхнюю часть, так как она легче холодного теплоносителя.

В начальный период работа системы отопления проходит по малому кругу, между котлом и резервуаром. Когда в буферной емкости для системы отопления вся вода будет горячей, она начинает поступать по трубопроводам к радиаторам.

С обратного контура остывшая вода поступает в нижнюю часть теплоаккумулятора. Вся эта процедура с начала отопления может занимать 2-4 часа, что является существенным недостатком этой конструкции.

Теплоаккумулятор или Буферная емкость:

Принцип работы буферной ёмкости

Принцип работы буферной ёмкости заключается в следующем:

1. Котёл греет воду, и при помощи первого циркуляционного насоса(в котле их два) эта вода подаётся в буферную ёмкость.
2. Такой же объём воды, но остывшей, возвращается в котёл.
3. Второй насос подаёт горячую воду из верхней части буферной ёмкости к радиаторам.
4. Такой же объём воды(остывшей) возвращается в нижнюю часть буферной ёмкости. Стоит отметить, что первый насос работает тогда, когда горит котёл. Ко второму насосу подключён комнатный термостат, который может включать-выключать насос в зависимости от температуры в доме.
5. Теперь посмотрим, как«лишняя» мощность аккумулируется в буферной ёмкости. С помощью первого насоса тепловая мощность(нагретая котлом вода) передаётся буферной ёмкости. Второй насос отдаёт мощность радиаторам(возмещает теплопотери). Важно понимать: сколько тепловой мощности придёт в буферную ёмкость, столько же уйдёт на радиаторы.
6. Если производительность двух насосов одинакова, в буферную ёмкость будет приходить больше горячей воды, чем уходить. Соответственно, температура воды в буферной ёмкости будет повышаться. Так и происходит аккумулирование тепла.
7. Теперь посмотрим, как мы отдаём набранное тепло. Котёл прогорел, и первый насос выключился. В буферную ёмкость тепло больше не поступает. Но второй насос продолжает работать в прежнем режиме, забирая из буферной ёмкости горячую воду и возвращая холодную. Таким образом, температура в буферной ёмкости падает.

Буферная емкость и факторы на нее влияющие. Зона буферного действия

Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Количественной мерой буферного действия раствора является буферная емкость (БЕ). Теоретически БЕ равна производной количества вещества сильной кислоты или щёлочи, добавленных к 1л буферного р-ра по изменению рН:

Практически БЕ– это к-во эквивалентов ионов Н+ или ОН-, которые надо добавить к1 л буферного р-ра, чтобы изменить его рН на единицу. При практическом определении буферной емкости по кислоте используют формулы:

где Сн (к-ты) и V(к-ты)- соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора кислоты, при добавлении которого к объему буферного раствора Vбуф.р-ра происходит уменьшение рН на величину ΔрН.

Буферная емкость по щелочи находится по формуле

где Сн (осн) и V(осн)- соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора щелочи, при добавлении которого к объему буферного раствора Vбуф.р-ра происходит увеличение рН на величину ΔрН

Б. Е. зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.

· Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше Б.Е. этого раствора.

· Б. Е. зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.

· При рН = рКа отношение С (соль)/ С (кислота) = 1, т. е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций рН раствора изменяется в меньшей степени, чем при других, и, следовательно, Б. Е. максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Б. Е. раствора возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения соотношения [HAn]/ [KtAn] или [KtOH]/ [KtAn] к единице.

Рабочий участок буферной системы, т. е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рКа. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0. Интервал рН = рКа ± 1

называется зоной буферного действия

. Выраженное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз. Соотвественно, границы зоны буферного действия составляют:

Буферные системы крови: состав, распределение в плазме и эритроцитах, механизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буферных систем, рН крови в норме, рН артериальной и венозной крови.

Кровь содержит 4 основные буферные системы. 1. Гидрокарбонатная. 2. Белковая.3. Гемоглобиновая4. Фосфатная буферная система.

Гидрокарбонатный буфер

представлен смесью веществ Н2СО3 и NaHCO3 в соотношении 1 : 20. Этот буфер представляет собой основную буферную систему плазмы крови; он является системой быстрого реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами (СО2) – быстро выводится через легкие.

Механизм действия

. В случае накопления кислот в крови уменьшается количество НСО3- и происходит реакция: НСО3- + Н+ ↔ Н2СО3 ↔ Н2О + СО2↑. Избыток удаляется лёгкими. Однако значение рН крови остаётся постоянным, так как увеличивается объём лёгочной вентиляции, что приводит к уменьшению объёма СО2. При увеличении щелочности крови концентрация НСО3- увеличивается: Н2СО3 + ОН- ↔ НСО3- + Н2О.Это приводит к замедлению вентиляции лёгких, поэтому СО2 накапливается в организме и буферное соотношение остаётся неизменным.

Гемоглобиновый буфер-

Главная буферная система
эритроцитов
, на долю которой приходится около 75% всей буферной ёмкости крови. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и СО2. Гемоглобиновая буферная система крови играет значительную роль сразу в нескольких физиологических процессах: дыхании, транспорте кислорода в ткани и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови. Она представлена двумя слабыми кислотами – гемоглобином и оксигемоглобином и сопряженными им основаниями – соответственно гемоглобинат- и оксигемоглобинат-ионами:

HHb ↔ H+ + Hb-

HHbO2 ↔ H+ +HbO2-

Оксигемоглобин – более сильная кислота (рКа = 6,95), чем гемоглобин (рКа = 8,2). При рН = 7,25 (внутри эритроцитов) оксигемоглобин ионизирован на 65%, а гемоглобин – на 10%, поэтому присоединение кислорода к гемоглобину уменьшает значение рН крови, так как при этом образуется более сильная кислота. С другой стороны, по мере отдачи кислорода оксигемоглобином в тканях значение рН крови вновь увеличивается.

Читайте также:  Как эффективно использовать отопительный котел?

Буферные свойства ННb прежде всего обусловлены возможностью взаимодействия кислореагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:

КНb + Н2СО3 ↔ КНСО3 + ННb.

Образующийся гидрокарбонат (КНСО3) уравновешивает количество поступающей Н2СО3, рН сохраняется, так как происходит диссоциация потенциальных молекул Н2СО3 и образовавшихся гемоглобиновых кислот. Именно таким образом поддерживается рН крови в пределах нормы, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества СО2 и других кислореагирующих продуктов обмена. В капиллярах лёгких гемоглобин (ННb) поглощает кислород и превращается в HHbO2, что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению некоторого количества Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови, а в тканях отдает его и поглощает СО2.

В лёгких: ННb + O2 ↔ HHbO2;

HHbO2 + HCO3- ↔ HbO2 + H2O + CO2 ↑

В тканях: HbO2 ↔ Hb- + O2; Hb- + Н2СО3 ↔ ННb + HCO3-

Кроме того, гемоглобиновый буфер является сложным белком и действует как белковый

буфер.

Фосфатный буфер

составляет 5 % буферной ёмкости. Содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках он представлен солями К2НРО4 и КН2РО4, а в плазме крови и в межклеточной жидкости Na2HPO4 и NaH2PO4. Функционирует в основном в плазме и включает: дигидрофосфат ион Н2РО4- и гидрофосфат ион НРО42-.Отношение [HPO42- ]/[H2PO4-] в плазме крови (при рН = 7,4) равно 4 : 1. Следовательно, эта система имеет буферную ёмкость по кислоте больше, чем по основанию. Например, при увеличении концентрации катионов Н+ во внутриклеточной жидкости, например, в результате переработки мясной пищи, происходит их нейтрализация ионами НРО42- :

Н + + НРО42- ↔ Н2РО41-

Образующийся избыточный дигидрофосфат выводится почками, что приводит к снижению величины рН мочи.

При увеличении концентрации оснований в организме, например при употреблении растительной пищи, они нейтрализуются ионами Н2РО41-:

ОН ‾ + Н2РО41- ↔ НРО42- + Н2О

Образующийся избыточный гидрофосфат выводится почками, при этом рН мочи повышается.

Выведение тех или иных компонентов фосфатной буферной системы с мочой, в зависимости от перерабатываемой пищи, объясняет широкий интервал значений рН мочи – от 4,8 до 7,5. Фосфатная буферная система крови характеризуется меньшей буферной ёмкостью, чем гидрокарбонатная, из-за малой концентрации компонентов крови.

Белковый буфер

составляет 5 % буферной ёмкости. Он состоит из белка-кислоты и его соли, образованной сильным основанием.

Pt – COOH — белок-кислота

Pt – COONa – белок-соль

При образовании в организме сильных кислот они взаимодействуют с солью белка. При этом получается эквивалентное количество белок-кислоты: НС1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl. По закону разбавления В.Оствальда увеличение концентрации слабого электролита уменьшает его диссоциацию, рН практически не меняется.

При увеличении щелочных продуктов они взаимодействуют с

Pt-СООН: NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + H2O

Количество кислоты уменьшается. Однако концентрация ионов Н+ увеличивается за счет потенциальной кислотности белок-кислоты, поэтому практически рН не меняется. Белок – это амфотерный электролит и поэтому проявляет собственное буферное действие.

В нор­ме рН крови соответствует 7,36, т. е. реакция слабоосновная. Колебания величины рН крови крайне незначительны. Так, в условиях покоя рН артериальной крови соответствует 7,4, а ве­нозной — 7,34. В клетках и тканях рН достигает 7,2 и даже 7,0, что зависит от образования в них в процессе обмена веществ «кислых» продуктов метаболизма. При различных физиологических состояниях рН крови может изменяться как в кислую (до 7,3), так и в щелочную (до 7,5) сторону.

22. Понятие о кислотно-основном состоянии организма: определение, значение для процессов жизнедеятельности, щелочной резерв крови (%, ммоль/л).

Под кислотно-основным состоянием (КОС) подразумевается соотношение концентраций водородных (Н+) и гидроксильных (ОН) ионов в биологических средах. Необходимым условием существования живого организма является поддержание постоянства этого параметра внутренней среды. КОС имеет первостепенное значение, так как:

· Ионы Н+ являются катализаторами многих биохимических превращений;

· Ферменты и гормоны проявляют биологическую активность при строго определённых значениях рН;

· Наибольшие изменения концентрации ионов Н+ крови и межтканевой жидкости влияют на величину их осмотического давления.

· Отклонение рН крови (7,4) на 0,3 ед. может привести к коматозному состоянию, отклонение на 0,4 ед. может повлечь смертельный исход. рН слюны равное 5 ед. приводит к развитию кариеса.

К основным показателям КОС

относят рН крови, парциальное давление СО2, щелочной баланс крови. В норме рН крови равно 7,4. Смещение рН в сторону увеличения называется алкалозом, а в сторону уменьшения – ацидозом. Парциальное давление СО2 в норме составляет 40 мм рт.ст. Снижение этого показателя наблюдается при дыхательном алкалозе и метаболическом ацидозе. Повышение давления СО2 отмечается при дыхательном ацидозе и метаболическом алкалозе.

Щелочной резерв крови

— показатель функциональных возможностей буферной системы крови, численно совпадает с концентрацией бикарбонатного аниона (НСО3- ) при фактическом состоянии плазмы ар­териальной крови в кровеносном русле. В физиологических условиях равен 22-25 ммоль/л. Другое определение щелочного резерва крови — способность циркулирующей крови связывать CO2. Она вычисляется в условиях уравновешивания плазмы крови при P(CO2)=40 mm Hg: определяется общее количество CO2, из которого вычитают количество физически растворённого CO2 в исследуемой сыворотке крови. Величина выражается в объёмных процентах CO2 (в мл CO2 на 100 мл плазмы), в норме у человека составляет 50—65 об.% CO2. Понятие
щелочного резерва крови
тесно связано с работой гемоглобиновой буферной системы организма, способствующей поддержанию уровня pH циркулирующей крови в физиологических пределах. Уменьшение щелочности свидетельствует об уменьшении содержания бикарбонатов в организме, а увеличение её – об увеличении их.

Основное предназначение

Функционирует емкость в отопительной системе по определенной схеме. Котел нагревает тепловой носитель, которая собрана в буферной емкости. Насосная установка подает горячий носитель из верхней точки емкости к радиаторам. В таком же объеме вода возвращается через обратку в буферное устройство для системы оопления. На насосе можно смонтировать термостат, отвечающий за включение и отключение установки.

Как только температурный режим понизится, котел придется топить снова. Но как быстро произойдет подобное? Если в системе нет буферной емкости, это происходит сразу, и ощущается часа через три. А установленная в системе  отопления буферная емкость увеличит объем теплового носителя в несколько раз, значит, и остывание его будет происходить медленней.  Как говорится, реальность пользы и экономии денег вполне очевидна.

Главная польза от накопительного бака состоит в обеспечении дополнительной безопасности. Проще говоря, емкость защитит котел и отопительную систему от перегревания во время отключения электрической энергии. В связи с тем, что дрова прогорят не сразу, и циркулирование воды не прекратится, котел перейдет в режим аварийного ожидания. Если отключается электроэнергия, и насосы останавливаются, то в случае подключения буферной зоны с возможностью естественного движения теплоносителя, бак заберет излишки тепловой энергии и не допустит создания аварийной ситуации в системе обогрева.

Естественно, вариант установки буферной емкости для котла отопления – дело затратное по стоимости и расходным материалам. При этом площадь вашей котельной должна быть не менее восьми квадратных метров с потолками не ниже двух с половиной метров.

Как выглядит буферная емкость для отопления

Существуют разные методы расчетов рекомендуемых объемов, но практикой доказано, что на каждый киловатт мощности необходимо создавать запас объема в два – три десятка литров. Получается, что вместительность буферного бака полностью зависит от мощности вашего оборудования.

Но все расходы вам придется понести один раз – потом начнется сплошная экономия.

Основные разновидности резервуаров

Очень часто тепловой аккумулятор называют гидрораспределителем, так как кроме накопления тепловой энергии он осуществляет распределение жидкости по системе отопления. Кроме простой конструкции буферной емкости для котлов существует ряд разновидностей:

1. Резервуар с дополнительной внутренней системой теплообмена. Обычно ее выполняют в виде змеевика из гладких или гофрированных труб. Количество таких теплообменников может быть разным. Такая конструкция позволяет значительно ускорить процесс смены холодной жидкости на горячую.
2. Буферная емкость с дополнительным накопительным баком, который является своеобразным бойлером косвенного нагрева. Такая конструкция актуальна при больших расходах горячей жидкости за короткий промежуток времени. Единственный недостаток такой системы — длительный период между циклами нагрева дополнительного бака.
3. Тепловой аккумулятор, обладающий множеством патрубков, расположенных на разной высоте корпуса. Такая конструкция дает возможность подключения множества контуров, требующих различных напоров теплоносителей.

Некоторые буферные баки могут совмещать в себе несколько дополнительных конструктивных изменений одновременно.

Буферная ёмкость. Где нужна, а где нет:

Виды буферных ёмкостей

В зависимости от положения, в котором устройства будут закреплены, буферные ёмкости подразделяют на три вида:

• горизонтальные:
• вертикальные;
• цилиндрические.

Единственный минус буферной ёмкости, пожалуй, заключается в её габаритах. Самая маленькая ёмкость на 500 литров имеет диаметр 600 миллиметров, поэтому под буферную ёмкость нужна специально отведённая площадь.

В зависимости от материала, из которых буферные ёмкости изготовлены, различают:

• буферные ёмкости из чёрной стали;
• буферные ёмкости из нержавеющей стали.

Также буферные ёмкости бывают:

• безнапорные;
• ёмкости, работающие под давлением.

Варианты конструкций и схем их подключения

Буферные емкости для систем отопления могут быть прямоугольными либо плоскими. Но мера эта вынужденная, определяется условиями монтажа в конкретной котельной. В качестве теплового носителя могут использоваться обычная вода или антифриз.

Чтобы улучшить эффективность работы емкости, ее рекомендуется утеплять слоем на четыре – десять сантиметров. Кроме этого, буферная емкость для котла отопления может комплектоваться:

• встроенными электрическими нагревательными элементами (ТЭНами),
• медными или стальными змеевиками, изготовленными из нержавеющего материала или черного металла. Их основное предназначение – готовить ГВС, подключать дополнительные тепловые источники, гелиосистемы, «теплые полы»,
• резервуарами для подготовки ГВС вместимостью на сто – двести литров.

Теперь рассмотрим наиболее распространенные варианты подключения буферной емкости к системе отопления.

Основное предназначение смесительного узла – не пускать холодную воду из обратки в теплогенератор. Трехходовой клапан, отрегулированный на температурный режим не ниже сорока пяти градусов, направляет тепловой носитель по малому кругу, пока он не нагреется до заданного параметра. После этого через клапан начинает дозировано поступать холодная жидкость. Чтобы очищать систему от накипи, до клапана рекомендуется установить фильтр-грязевик. При этом необходимо помнить, что вертикальная схема монтажа – ошибочное действие.

Большинство изготовителей настоятельно советуют пользоваться теплоаккумуляторами (буферными емкостями). Обусловлено это определенными причинами:

• после закрытия заслонки в камере тлеет древесина с минимальным количество кислорода, от чего повышается количество угарного газа, растет уровень загрязнения окружающей среды. По этой причине котел должен функционировать на средних или максимальных показателях, излишки тепла сосредотачивая в емкости,
• как только дрова прогорят, тепловой энергии, накопившейся в буферной зоне, будет достаточно, чтобы какое-то время обогревать все помещения. Продолжительность такого варианта обогрева зависит от величины бака.

Вариант подключения, альтернативный предыдущему способу – обвязка котла, работающего на твердом топливе, с буферным баком. Способ подключения буферной емкости к системе отопления отличается тем, что бак не накапливает тепло, а разделяет котел от трубного контура отопительной системы, которых может быть несколько, с разными температурными режимами теплоносителей.

Зачастую твердотопливные котлы устанавливаются в качестве дополнительного элемента в домах, в которых уже имеются электрические установки. Чтобы совместная работа проходила корректно, потребуется выполнить правильную обвязку, в которой предусмотрена для агрегатов подстраховка друг друга. К примеру, в котле прогорает уголь. В этот момент автоматически активируется электрический либо газовый котел.

Где применяются буферные ёмкости

Буферные ёмкости применяются в следующих системах:

• в тепловых насосах;
• в солнечных коллекторах;
• в твердотопливных котельных;
• в системах холодоснабжения;
• для запаса горячей(ГВС) или холодной(ХВС) воды.

Стоит отметить, что наша компания может изготовить для Вас буферную ёмкость по индивидуальному спецзаказу, учитывая все Ваши нужды и пожелания. После изготовления буферной ёмкости, вся продукция проходит проверку качества и контроль герметичности резервуара.

Плюсы и минусы использования

Каждый тепловой источник, предназначенный для обогрева помещений, отличается своими особенностями, которые необходимо принимать во внимание во время проектирования и монтажа теплового источника.

Установка буферной емкости в систему отопления отличается неоспоримыми преимуществами:

• практически на пятьдесят процентов экономятся энергетические ресурсы,
• емкость дает возможность котлу работать на полную мощность. Это продлевает ресурс теплового источника, потому что конденсат образовывается в минимальных количествах. Кроме того, топливо сгорает в полном объеме, количество вредных выбросов в атмосферу снижается, котел реже нуждается в чистке,
• объем теплового носителя, содержащийся в буферной емкости, защищает отопительную систему от перегрева,
• работа теплоаккумуляторного бака лучше всего проявляется в межсезонье, когда отопительный котел задействуют периодически.

Буферная емкость для отопления экономит ресурсы

Теперь рассмотрим негативные моменты, которые присущи буферной емкости:

• придется нести дополнительные расходы на приобретение буферного резервуара и прочих комплектующих, необходимых для обвязки. Но практикой уже доказано, что все расходы окупятся в течение двух – трех лет,
• система отопления усложняется, для установки оборудования потребуется дополнительное пространство,
• отопительная система с буферным баком будет «разгоняться» в течение двух – четырех часов.

Критерии выбора

Решив выполнить установку емкости, придется учесть определенные нюансы:

• объем тепла емкости зависит от вместительности. Количество теплоносителя должно быть таким, чтобы энергия не расходовалась зря, и весь избыток тепла сосредотачивался в баке,
• уточняется предел допустимого давления. Оно должно быть не менее аналогичных показателей для любого отопительного контура,
• по значениям показателей, приведенных выше, определяют размеры и вес емкости. Не стоит забывать, что в баке будет вода, массу которой тоже придется учесть,
• выбор модели осуществляется с учетом схемы подсоединения и решаемых задач. По этой причине могут устанавливаться баки, имеющие необходимое количество теплообменников,
• немаловажное значение уделяется материалу, из которого изготовлен бак. Нержавеющая сталь прослужит долго, но и обойдется вам по деньгам значительно дороже.

При выборе буферной емкости для отопления обращайте внимание на материал изготовления

Нюансы подключения к системе отопления

Когда буферная емкость приобретается к существующей схеме, до подключения в общую систему отопления рекомендуется продумать вопрос, как вы внесете ее в котельную. Вероятно, придется снимать дверное полотно или даже расширять проем. Если площадки под бак, наполненный водой, по прочности окажется маловато, придется устраивать дополнительное фундаментное основание.

Обязательно ознакомьтесь с вариантами подключения выбранного вами буферного бака, монтажом нагревательных элементов, измерительных устройств, приборов для обеспечения безопасной эксплуатации. Здесь необходимо помнить, что соединения сварным способом запрещаются – только резьба или фланцы.

Эффективность работы вашего буферного устройства будет зависеть от толщины теплоизоляционного слоя и материала, из которого он будет устроен.

Рядом с баком необходимо установить предохранительный клапан и манометр.

На каждый используемый патрубок системы устанавливается запорный кран и прибор для визуального наблюдения за температурным режимом. Если в комплекте поставки такие элементы отсутствуют, их необходимо приобрести отдельно.

На некоторых моделях имеются воздухоотводчики, работающие в автоматическом режиме. В противном случае их докупают и устанавливают в специальное гнездо на верхней части бака или находящегося там же патрубка.

Не рекомендуется заниматься самостоятельным усовершенствованием буферных систем, чтобы не создать проблем для безопасного проживания.

Методы расчета параметров

Опытные специалисты, выбирающие буферную емкость для устройства системы отопления, при расчете емкости пользуются одним из известных способов.

Статистический

При таком варианте подразумевается определение нужного объема емкости с учетом количества загружаемого топлива. В основу закладывается принцип равновесия между показателями вырабатываемой и используемой энергии.

Чтобы тепловая энергия не отбиралась системой отопления, емкость должна поглощать все количество энергии, произведенной котлом при максимальной загрузке топки. Для такого расчета придется номинальную мощность котла умножить на время, за которое топливо прогорит полностью.

Динамический

Для проведения расчетов этим способом необходимо знать количество энергии, затрачиваемой на обогрев здания, и действующий в этот момент температурный режим. Максимальное время для работы котла в этом случае определяется пользователем, измерение его ведется в сутках.

Буферная емкость защитит ваш отопительный котел от гидравлических ударов, прогрев теплового носителя в системе будет происходить более равномерно. Аккумуляторный бак займет важное место в вашей системе обогрева помещений.

Как выбрать буферную емкость

Расчет минимально необходимого объема

Наиболее важным параметром, с которым стоит определиться сразу – объем емкости. Он должен быть как можно большим для максимизации эффективности, но до определенного порога, чтобы мощности котла хватало для его «заряда».

Расчет объема буферной емкости для твердотопливного котла производится по формуле:

m = Q / (k*c*Δt)

• где, m – масса теплоносителя, после расчета ее не сложно перевести в литры (1 кг воды ~ 1 дм3);
• Q – необходимое к-во тепла, рассчитывается как: мощность котла * период его активности — теплопотери дома * период активности котла;
• k – КПД котла;
• c – удельная теплоемкость теплоносителя (для воды это известная величина – 4,19 кДж/кг*°C = 1,16 кВт/м3*°С);
• Δt – разница температур в трубах подачи и обратки котла, снимаются показатели при установившейся работе системы.

Например, для среднестатистического дома с кладкой в 2 кирпича площадью 100 м2 теплопотери, грубо, составляют 10 кВт/час. Соответственно, необходимое количество тепла (Q) для поддержания баланса = 10 кВт. Дом отапливается котлом мощностью 14 кВт и КПД 88%, дрова в котором прогорают за 3 часа (период активности котла). Температура в трубе подачи – 85°C, а в обратке – 50°C.

Сначала нужно рассчитать необходимое к-во тепла.

Q = 14*3-10*3 = 12 кВт.

В итоге m = 12 / 0,88*1,16*(85-50) = 0,336 т = 0,336 кубометра или 336 литров. Это минимально необходимый объем буферной емкости. При такой вместимости, после прогорания закладки (3ч), теплоаккумулятор накопит и распределит далее 12 кВт тепла. Для дома из примера это более 1 дополнительного часа теплых батарей на одной закладке.

Количество теплообменников

Медные внутренние теплообменники накопительного бака.

После подбора объема, второе, на что стоит обратить внимание – наличие теплообменников и их количество. Выбор зависит от желаний, требований к СО и схемы подключения бака

Для самой простой системы отопления достаточно пустой модели без теплообменников.

Однако если в контуре отопления планируется естественная циркуляция, нужен дополнительный теплообменник, поскольку малый контур котла может функционировать лишь при принудительной циркуляции. Давление в таком случае выше, чем в отопительном контуре с естественной циркуляцией. Для обеспечения ГВС или подключения теплых полов также потребуются дополнительные теплообменники.

Максимально допустимое давление

При выборе буферной емкости с дополнительным теплообменником, следует обратить на максимально допустимое рабочее давление, которое должно быть не ниже, чем в любом из контуров отопления. Бак моделей без теплообменников в большинстве случаев рассчитаны на внутреннее давление до 6 бар, чего более чем достаточно для среднестатистической СО.

Материал внутренней емкости

На данный момент существует 2 варианта изготовления внутреннего бака:

• мягкая углеродистая сталь – покрыта непромокаемым антикоррозийным покрытием, имеет более низкую себестоимость, используется в недорогих моделях;
• нержавеющая сталь – более дорогая, но более надежная и долговечная.

Другие критерии выбора

После определения с основными техническими критериями, можно обратить внимание на дополнительные параметры, повышающие эффективность и комфорт от использования:

• возможность подключения ТЭН для дополнительного подогрева от электросети, а также дополнительных контрольно-измерительных приборов, которые монтируются резьбовым или муфтовым (но ни в коем случае не сварным) соединением;
• наличие слоя теплоизоляции – в более дорогих моделях теплоаккумуляторов между внутренним баком и наружной оболочкой имеется слой теплоизолирующего материала, способствующий еще более долгому сохранению тепла (вплоть до 4-5 дней);
• вес и габариты – все вышеперечисленные параметры влияют на вес и размеры буферной емкости, поэтому стоит за ранее определиться как она будет заноситься в котельную.

Подключение буферной емкости

Существует одно важное правило в установке теплового аккумулятора: бак подключается параллельно к котлу отопления, такой способ самый простой и, пожалуй, самый правильный. Ниже будет описано подключение буферной емкости к твердотопливному котлу.

Важные составляющие в подключении теплоаккумулятора:

• котел обогревания;
• буферный бак;
• механизм отопления (радиатор);
• циркуляционный насос в обратной магистрали, который расположен между котлом и тепловым аккумулятором;
• насос циркуляционный в обратной магистрали, который расположен между отопительными приборами и теплоаккумулятором;
• теплообменник для подачи горячей воды;
• теплообменник, подключенный к дополнительным источникам тепла.

Для подключения, необходимо верхний патрубок присоединить к выходу котла, а второй подсоединить к основной магистрали.

Затем необходимо один патрубков, который находится внизу, присоединить к входу в котел. В это время, нужно не забыть установить насос, между трубопроводом и котлом. Он будет обеспечивать циркуляцию жидкости от котла в теплоаккумулятор. Второй патрубок необходимо присоединить к обратной магистрали отопительной системы, в которой также установлен циркуляционный насос. Основной задачей насоса, является обеспечить подачу нагретого теплоносителя к приборам отопления.

Теплообменник для подачи горячей воды находится в верхней части бака. Теплообменник для подключения к дополнительным источникам тепла, может располагаться как сверху, так и снизу, все зависит от источника поступающего тепла. Однако, наличие таких теплообменников необязательно.

Самостоятельное изготовление

Чаще всего, для самостоятельного изготовления теплового аккумулятора используются еврокубы, представленные многоразовыми средне-тоннажными грузовыми кубическими контейнерами.

А знаете ли вы, что можно купить мембранный насос для воды на 12 вольт? Приверженцам альтернативного водоснабжения и отопления будет полезна информация, размещенная на странице под ссылкой.

Как подключить своими руками компрессор для пруда, прочитайте здесь.

На странице: https://ru-canalizator.com/septiki/stochnye-vody/v-prud.html узнаете, какой лучше купить фонтанный насос для пруда с насадками.

Качественный резервуар должен иметь:

• трехслойную структуру, которая обеспечивает антистатические свойства, достаточную морозостойкость и эффективную защиту от вредного УФ-излучения;
• внутренний слой с высокими показателями прочности (как вариант, можно купить емкость для септика — описание в этой статье);
• максимально продолжительный срок эксплуатации.

 
Лучше всего, использовать еврокубы, высокие характеристики которых подтверждаются международным сертификатом качества.

Перед тем, как приступить к изготовлению термоаккумулятора из еврокуба нужно помнить, что температура жидкости, которая будет содержаться в таком контейнере, не должна быть выше 70-72оС, поэтому использовать стандартные еврокубы в высокотемпературных отопительных системах крайне не рекомендуется.

Материалы, необходимые для самостоятельной сборки теплового аккумулятора:

• 
  еврокуб из пищевых материалов;
• ТЭН 3000 Вт в количестве трёх штук;
• гофрированная нержавеющая труба отожжённая D32 – 20 метров;
• муфта D32 — G1 1/4″ в количестве двух штук;
• футорка с прокладками G2″ на G1″1/4 в количестве пяти штук;
• контргайка G1″1/4 в количестве пяти штук;
• адаптер-переходник G1″1/4 в количестве двух штук;
• сгон G1″1/4 30 см в количестве двух штук;
• сантехнический лён и паста «Юнипак»;
• для фиксации футорок в донной части еврокуба – карданный ключ;
• герметик.

 
Технология сборки:

• при помощи дрели с коронкой подходящего диаметра сделать в корпусе резервуара врезку под ТЭНы;
• в просверленные отверстия вставить футорки с применением прокладок и силиконового клея-герметика;
• с внутренней стороны зафиксировать футорки контргайками;
• установить ТЭНы;



• обеспечить подачу воды в теплообменник при помощи штатной сливной горловины через переходники;
• подключить «обратку» посредством врезки в верхнюю часть еврокуба;
• разметить место под врезку и установку теплообменника ТА;
• врезать футорки и вкрутить в них сгоны;
• с внутренней стороны сгонов прикрутить муфты для подсоединения гофры;
• закрепить гофру и равномерно распределить её по объему теплового аккумулятора для отопления.

 
При подключении теплового аккумулятора на место монтажа устройства следует установить лист ЭППС толщиной 10 см, а также по задней стенке проложить ПСБ толщиной 15 см.

На выходе из аккумулятора устанавливается насос.

Следует отметить, что даже при расположении в отапливаемом помещении, между теплоносителем для системы отопления и воздушной средой отмечается разность температур, которая может варьироваться в пределах 50-70ºС.

Чтобы сократить потери тепловой энергии, необходимо выполнить утепление теплового аккумулятора при помощи листового пенопласта толщиной 10 см, который легко приклеивается к корпусу еврокуба и позволяет вырезать качественные отверстия под установку патрубков.

Правильно смонтированное устройство помогает эффективно экономить топливо, применяемое для обслуживания дровяных отопительных котлов, а также позволяет использовать выгодный ночной тариф при эксплуатации электрического теплового генератора, тем самым снижая затраты на отопление.

Посмотрите в предлагаемом видео схему обвязки котла отопления, в которую включен теплоаккумулятор.