Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
1.1. Принцип работы и схемы подключения тепловых аккумуляторов
Тепловые аккумуляторы состоят из внутреннего бака с размещенным в нем теплоаккумулирующим материалом и теплообменниками контуров зарядки и разрядки, теплоизолирующего материала, внешней декоративной оболочки и соединительных патрубков.
Схема работы простейшего теплового аккумулятора (буферной емкости) представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема работы теплового аккумулятора
В левой стороне контур зарядки, в правой стороне контур потребления (разрядки). Движение теплоносителя осуществляется циркуляционными насосами. Источником энергии служит котел водяного отопления. В качестве потребителя тепловой энергии – радиаторы водяного отопления. Данная схема функционирования ТА называется «с прямым подключением контуров», конструкция такого ТА представлена на рис. 4.
Рис. 4. Тепловой аккумулятор с прямым подключением контуров
Котел, тепловой аккумулятор, трубопроводы обоих контуров, отопительные приборы, все заполнено одним теплоносителем.
Твердотопливный котел производит тепло, которое передается теплоносителю, и по трубопроводу контура зарядки поступает в ТА. Поскольку теплый теплоноситель имеет меньшую плотность, чем холодный, большого смешивания теплого теплоносителя с холодным не происходит, и он поступает в контур разрядки к отопительному прибору.
Движение по контуру разрядки осуществляется с помощью циркуляционного насоса. Остывший в отопительном приборе теплоноситель поступает в нижнюю часть ТА и потом, через контур зарядки, в котел. В данной схеме работы, одновременно происходит нагрев отопительных приборов и, постепенно, нагрев самого теплового аккумулятора.
Все контуры и элементы системы соединены между собой, следовательно, вся система работает на одном уровне давления.
Конструкция теплового аккумулятора состоит из внутреннего бака, патрубков подсоединительных трубопроводов, теплоизоляционного слоя, внешнего декоративного покрытия. Внутренний бак напорный, избыточное давление в нем порядка 3 бар, как и во всей системе отопления, работающей по данной схеме. Баки изготовлены из нержавеющей стали или из черной стали с антикоррозионным покрытием. Теплоизоляционный слой, покрывающий поверхность бака, выполнен из 10-сантиметрового слоя минеральной ваты, пенопласта или другого теплоизоляционного материала. ТА всегда выполняются в напольном варианте из-за больших размеров и веса.
В работе отопительных систем с ТА данного типа, для более эффективного управления процессом обогрева помещения и зарядки ТА, используют также схему с трехходовым клапаном, представленную на рис. 5. Если установить термическую головку управления трехходового клапана на заданную потребителем температуру, то при достижении значения выше заданного, клапан запирает поступление горячего теплоносителя из ТА в контур разрядки и тогда возникает два новых контура. Котел всю энергию передает в нагрев ТА, а контур разрядки формируется циркуляционным насосом, минуя ТА. При остывании теплоносителя ниже заданной на трехходовом клапане значения температуры, он открывается, и система работает в первоначальном варианте, нагревая и ТА и приборы отопления.
Рис. 5. Тепловой Аккумулятор с прямым подключением контуров и трехходовым клапаном
В случае, если в контуре зарядки и контуре отопительных приборов (разрядки) теплоносители разные, то их надо разделить. Для этого, во внутреннем баке ТА размещается встроенный теплообменник – свитая в спираль часть трубопровода котельного контура зарядки (см. рис. 6).
Рис. 6. Схема работы теплового аккумулятора с встроенным теплообменником
При работе ТА данного типа возможно не только различие в теплоносителях контуров, но и его интегрирование в систему коллективного отопления и ГВС с давлением в контуре тепловых приборов до 6 бар, в то время, как в контуре зарядки стандартных котельных агрегатов, максимальное давление составляет до 3 бар. ТА данного типа представлен на рис. 7. В отличие от предыдущего типа ТА, кроме внутреннего спиралеобразного теплообменника, во внутреннем баке установлен еще и магниевый анод. Узел, консервирующий коррозию внутреннего стального бака.
Рис. 7. Тепловой аккумулятор с встроенным теплообменником и магниевым анодом
На рис. 8, представлен ТА с двумя внутренними теплообменниками.
Рис. 8. Тепловой аккумулятор с двумя теплообменниками
В качестве второго контура подключения может быть солнечный коллектор, как источник возобновляемой энергии. Конструкции и принцип работы данных приборов описаны в работе [1]. Может быть вариант, когда контур зарядки имеет один внутренний теплообменник, контур разрядки, второй внутренний теплообменник, в баке размещен специальный термоаккумурирующий материал, причем любого агрегатного состояния. Схема работы теплового аккумулятора с прямым подключением контуров и с встроенным внутренним баком для отдельного контура ГВС представлена на рис. 9.
Конструкция теплового аккумулятора может быть с двумя внутренними объемными баками и встроенными теплообменниками, один из вариантов такого ТА представлен на рис. 10.
В данном разделе показаны некоторые типовые ТА. Существуют и другие конструкции ТА и схемы их подсоединения. Все они обусловлены требованиями к тепловым носителям, используемым в узлах систем отопления и ГВС, рабочими давлениями в контурах циркуляции, расходными характеристиками узлов, алгоритмом функционирования.
Рис. 9. Схема подключения теплового аккумулятора с внутренним баком ГВС
Рис. 10. Тепловой аккумулятор с двумя внутренними баками и встроенным спиральным теплообменником