Буферная емкость для котлов. В чём польза?

На сегодняшний момент эта технология даёт максимальный эффект при наименьших затратах.

Для чего нужна буферная ёмкость

По большему счёту, буферная емкость – это термос. Металлическая бочка в утеплителе от 500 до 1000 литров (можно больше, но обычно указанного объема достаточно). Чтобы понять, зачем она нужна, представьте себе такую ситуацию: Вы на даче решили попить чаю. Разожгли костёр, поставили на огонь чайник, вскипятили, сделали себе стаканчик и выпили. Замечательно. Через 2 часа Вам снова захотелось чая… Но вода уже остыла. И Вам опять необходимо разжигать костёр, ставить чайник и т.д. А теперь представьте, что у Вас есть термос… Закипятили один раз целый чайник воды, залили в термос и пьете чай целый день. Разжигать костёр и кипятить воду в этом случае Вам придётся только один раз. И отвлекаться будете меньше, и дрова сэкономите.

В случае с системой отопления ситуация аналогичная. Буферная емкость способна накопить определённое количество тепла, а потом отдавать его постепенно.

Где мы берём «лишнее» тепло

Предположим, что Ваш дом имеет отапливаемую площадь 200 м2. Когда летом на улице температура такая же, как и в доме (+20°С), теплопотери равны 0, дом тепло не теряет. С уменьшением температуры на улице дом начинает терять тепло:

• при +15°С дом теряет 2 кВт в час;
• при +10°С — 4 кВт в час;при +5°С — 6 кВт в час;
• при 0°С — 8 кВт в час;
• и так далее…
• при температуре на улице -25°С теплопотери составят примерно 18кВт/час (цифры взяты для примера, точные теплопотери дома может рассчитать только специалист на основании предоставленных Вами данных о материалах, из которых построен дом, его утеплении и т.п.).

Для восполнения этих потерь тепла мы должны поставить котёл такой же мощности как и максимальные теплопотери дома, а лучше – даже чуть больше (а вдруг -35°С мороз стукнет :)). То есть мы ставим котёл 20 кВт.

Нужно отметить, что мощностью твердотопливного котла можно управлять в очень узких пределах. Или дрова горят (20 кВт), или – не горят (0 кВт). Можно, конечно, уменьшить доступ кислорода прикрыв заслонку и снизить интенсивность горения, но эффект – незначительный. Будет киловатт 15, не меньше.

А теперь представим, что дело происходит ранней осенью. Котёл горит на минимуме и выдаёт 15 кВт мощности. Температура на улице — 0°С и дом теряет только 8 кВт. Не очень хорошо. Дров-то вы сжигаете на 15 кВт, т.е. почти в два раза больше чем нужно. Мало того, встаёт вопрос: куда деваются остальные 7 кВт? Есть два варианта:

• перегретые радиаторы, в доме жарко;
• закипевший котёл, что чревато повреждениями самого котла и всей системы отопления.

Согласитесь, не очень хорошие последствия. Как избавиться от этих 7 кВт лишней мощности? Вот именно эту «лишнюю» мощность мы и аккумулируем в буферной ёмкости.

как подобрать накопительный бак для твердотопливного котла, расчет буферной емкости, установка в водяную систему

Объем буферного бака аккумулятора

Давайте разберемся в том, какой объём теплоаккумулятора должен быть. Есть расхожие мнения, которые основываются на расчете исходя из:

• площади помещения;
• мощности котла.

Давайте разберемся с каждым из них. Если отталкиваться от площади помещения, то точных рекомендаций быть не может. Так как есть много факторов, влияющих на время автономной работы системы без котла, основной из которых – это теплопотери помещения. Чем лучше утеплен дом, тем дольше буферная емкость сможет обеспечивать жилье теплом.

Конечно, чем больше резервуар, тем лучше, но чтобы нагреть большее количество теплоносителя понадобиться больше мощности нагревателя. Расчет мощности котла делается исходя из отапливаемой площади. Один киловатт прогревает десять метров. Можно поставить и пятитонный резервуар, только если котел не потянет такие объёмы, смысла никакого в установке такого большого теплоаккумулятора не будет. Значит, нужно вносить коррективы в расчет мощности самого котла.

Получается, что, возможно, правильнее делать расчет исходя из мощности котла. Возьмём для примера все тот же дом 200 м кв. Приблизительный расчет объёма буферной емкости следующий – один киловатт энергии прогревает 25 литров теплоносителя. То есть если стоит нагреватель мощностью 20 Вт, то объём ТА должен быть около 500 литров, чего явно недостаточно для такого жилья.

По итогам расчетов можно сделать вывод, что если вы собрались ставить теплоаккумулятор, то нужно учитывать это при подборе мощности котла и брать не один, а два киловатта на десять метров отапливаемой площади. Только тогда система будет сбалансированная. Объём ТА также влияет и на расчет вместительности экспанзомата. Экспанзомат – это расширительный бак, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Чтобы посчитать его объём нужно взять общий объём теплоносителя в контуре, включая вместительность буферной емкости, и поделить на десять.

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

1. Снижение затрат на энергоносители.
2. Увеличение КПД отопительной системы.
3. Отсутствие перегрева.
4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей

Это может быть важно если они имеют различные химические составы

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС. 

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

• по отапливаемой площади;
• по мощности котла;
• по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м²  / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров.  Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

Как сделать своими руками

Самый простой способ изготовления теплового аккумулятора для отопления своими руками подразумевает наличие готовой стальной бочки.

Бочка для теплоаккумулятора

Если же необходимая емкость отсутствует, то ее нужно сварить из стальных листов, толщина которых должны быть 2 мм. Если подключение теплоаккумулятора происходит в качестве гидравлического разделителя, то снизу нужно врезать два штуцера и сверху два, длина этих приспособлений должна быть идентичной толщине утеплителя. К нижним патрубкам необходимо присоединить тройники с термометрами. Далее бочку нужно обвернуть фольгой, а после утеплителем

В качестве утеплителя важно использовать материал, который контактируя с горячими поверхностями, не выделяет ядовитых испарений. Последний этап: емкость, предварительно обитую теплоизолятором закрыть снаружи кожухом из тонколистовой стали или жести

Если же теплоаккумулятор параллельно будет использован в качестве нагрева горячей воды, то необходимо изготовить еще змеевик. Материалом выступает медная труба, диаметр которой составляет 20 мм.

Еще один способ, которому обыватели отдают большее предпочтение — это изготовление теплоаккумулятора из еврокуба ёмкостью 1000 литров. Рекомендуется использовать еврокубы, высокое качество которых подтверждено международным сертификатом качества.

Прежде чем начать изготавливать термоаккумулятор из еврокуба, следует помнить, что температура жидкости, которая будет находиться в такой резервуаре не должна превышать 72°С, поэтому стандартные еврокубы для отопительных систем с высокой температурой не подходят.

Для того, чтобы самостоятельно соорудить тепловой аккумулятор из еврокуба нужны следующие материалы:

• еврокуб из пищевых материалов;
• тэн 3000 Вт, 3 штуки;
• футорка с прокладками G2″ на G1″1/4, 5 штук;
• муфта D32 — G1 1/4″, 2 штуки;
• адаптер-переходник G1″1/4, 2 штуки;
• контргайка G1″1/4, 5 штук;
• сгон G1″1/4 30 см, 2 штуки;
• сантехнический лён или специальная паста;
• герметик;
• карданный ключ.

Теплоаккумулятор из еврокуба на 1000 л

Сборка осуществляется следующим способом:

1. Дрелью в корпусе контейнера нужно сделать врезку под тэны, далее в отверстия вставить футорки с применением прокладок и силиконового клея-герметика, с внутренней стороны закрепить футорки контргайками и установить тэны.
2. Затем необходимо обеспечить подачу воды в теплообменник, это осуществляется при помощи штатной сливной горловины через переходники.
3. Следующий этап: в верхнюю часть еврокуба врезается “обратка” и подключается, после чего нужно разметить место под врезку и установку теплообменника, а также врезать футорки и вкрутить в них сгоны.
4. С внутренней стороны сгонов надо прикрутить муфты для подсоединения гофру, затем ее закрепить и равномерно распределить по объему теплового аккумулятора для отопления.
5. Подключая тепловой аккумулятор, на место монтажа устройства нужно установить лист ЭППС, толщина которого должна составлять 10 см, а также по задней стенке проложить ПСБ толщиной 15 см.

Утепляется тепловой аккумулятор при помощи 10 сантиметрового листового пенопласта. Его нужно приклеить к корпусу еврокуба.

Помимо твердотопливных котлов, использовать теплоаккумулятор выгодно для газовых и электрических отопительных устройств:

• Используя газовые котлы, экономия достигается из-за переменного использования теплоаккумулятора и самого котла. При этом газ расходуется в меньших количествах, так как газовая горелка включается намного реже.
• Для электрокотлов теплоаккумулятор достаточно включать на полную мощь только в ночью, так как тарифы на электроэнергию в это время намного ниже.  В дневное время, когда котел отключен, обогрев осуществляется за счет тепла, которое накопилось за ночь.

В теплоаккумуляторе отсутствуют подвижные механические элементы и работа его статична. А это означает, что данное устройство надёжно и долговременно в использовании.

Изготовление твердотопливного котла своими руками

Твердотопливный котел для частного дома чисто теоретически можно изготовить самостоятельно. Для этого необходимо взять большую 300-мм трубу, от которой отрезается метровый кусок. Из стального листа нужно вырезать дно по диаметру трубы и приварить элементы. Ножками котла могут выступить 10-сантиметровые швеллеры.

Изготавливая твердотопливный котел для частного дома, вы должны будете выполнить распределитель воздуха в виде окружности из листа стали. Ее диаметр должен быть меньше, чем труба на 20 мм. В нижнюю часть круга необходимо приварить крыльчатку из уголка. Размер его полки должен составить 50 мм. Для этого подойдет и швеллер с такими же размерами. В центральную верхнюю часть распределителя следует приварить 60-миллиметровую трубу, которая должна располагаться выше котла. В середине диска распределителя проделывается отверстие по трубе, чтобы образовался сквозной тоннель. Он необходим для подачи воздуха.

К верхней части трубы приделывается заслонка, которая будет обеспечивать регулировку подачи воздуха. Если перед вами встал вопрос о том, как сделать твердотопливный котел, то вы должны ознакомиться с технологией. Следующий этап указывает на необходимость выполнения нижней части оборудования, где будет располагаться дверь в зольник. Сверху прорезаются отверстия. В этом месте приваривается труба на 100 мм. Вначале она будет идти под некоторым углом в сторону. Затем вверх на 40 см, а после строго вертикально. Через перекрытие проход дымохода должен быть защищен по правилам противопожарной безопасности.

Завершение изготовления котла сопровождается работой над верхней крышкой. В ее центральной части должно располагаться отверстие для трубы распределителя. Прилегание к стенке оборудования должно быть плотным. Попадание воздуха здесь исключено.

Изготовив твердотопливный котел длительного горения на дровах, вы должны будете разжечь его в первый раз. Для этого снимают крышку, поднимают регулятор, а оборудование заполняют доверху. Топливо обливают горючей жидкостью. Внутрь бросают горящую лучину через трубу регулятора. Как только топливо разгорится, поток воздуха необходимо будет снизить до минимума, чтобы дрова начали тлеть. Как только произойдет возгорание газа, котел запустится.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также схемой обвязки котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

1. Обогревательный котел.
2. Тепловой аккумулятор.
3. Отопительные приборы (радиаторы).
4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

• для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
• для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Преимущества теплоаккумуряторов

Механизм работы теплового аккумулятора

Теплоаккумулятор может полноценно заменить бойлер горячего водоснабжения. При этом оба устройства сопоставимы по стоимости.

Однако аккумулятор тепла не только обеспечит горячее водоснабжение, но и решит целый комплекс дополнительных задач. Применяя твердотопливный котел с теплоаккумулятором, можно получить множество преимуществ:

• срок службы отопительного оборудования увеличивается в несколько раз;
• котел никогда не будет работать в режимах предельных нагрузок или же вхолостую;
• выравнивается температура теплоснабжения дома. В случае, когда в котле вода не успевает нагреваться, автоматически горячий теплоноситель подается из резервного бака. И наоборот, излишки температуры носителя будут отбираться и аккумулироваться;
• правильно подобранная емкость продолжает забирать тепло у котла даже при полном сгорании топлива;
• экономия ресурсов достигает 30%.

Достоинства аккумуляторов оценили многие производители твердотопливных котлов. И теперь они предоставляют свои гарантии на оборудование только в случае установки дополнительных резервуаров.

принцип работы и критерии выбора

Что представляет собой буферная емкость для отопления, и зачем она необходима в котле? Если говорить коротко, то такая емкость представляет собой большую железную бочку для воды, имеющую теплоизоляционный слой и выполняющую функции термоса. Из-за своей способности накапливать тепло, а потом постепенно распределять его по всей отопительной системе, емкость помогает экономить финансовые средства, предназначенные для оплаты расходов, связанных с обогревом помещения.

Основное предназначение и принцип работы

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.

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 это момент автоматически активируется электрический либо газовый котел.

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.

Теплоаккумулятор своими руками – как сделать буферную емкость

Зачастую домовладельцы не в состоянии купить современное отопительное оборудование, поэтому ищут альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (иначе – тепловой аккумулятор), незаменимую вещь для систем отопления с твердотопливным котлом. Накопительный бак объемом 500 л стоит примерно 600—700 у. е., цена тысячелитровой бочки достигает 1000 у. е. Если же сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом установить резервуар в котельной самостоятельно, удастся сэкономить половину указанной суммы. Наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:

1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Слева на фото – буферный резервуар 400 литров фирмы Drazice, справа – электрокотел Kospel в комплекте с накопителем горячей воды

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

• основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
• теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
• внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
• присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
• погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились установкой теплоаккумулятора и решили его сделать своими силами, то для начала стоит ознакомиться с заводской технологией сборки.

Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна

Повторить технологический процесс в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак–аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в таком порядке:

1. Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где из него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
2. На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
3. Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
4. Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферические крышки.
5. Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
6. Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
7. Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху емкость обшивается тонколистовой сталью с полимерным цветным покрытием либо закрывается плотным чехлом.

Корпус накопителя выгибается из листа железа на вальцах

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Вместо облицовки производители зачастую применяют специальный чехол (можно выбрать цвет)

Большинство заводских аккумуляторов тепла рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя в системе отопления 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

1. Расчет объема теплоаккумулятора.
2. Выбор подходящей конструкции.
3. Подбор и заготовка материалов.
4. Сборка и проверка герметичности.
5. Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

• упрощенный, предлагаемый производителями;
• точный, выполняемый по формуле теплоемкости воды.

Продолжительность обогрева дома тепловым аккумулятором зависит его размера

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если производительность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места выделено в котельной и подгоняйте полученный объем под реальные размеры помещения.

Справка. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить формулу расчета площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара (D), а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Вы получите более точные размеры теплового аккумулятора, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного количества теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

Здесь:

• Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт•ч;
• m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
• Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
• 1.163 Вт•ч/кг•°С — это справочная теплоемкость воды.

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт•ч энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы самостоятельно изготовить аккумулятор тепла, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления.

С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

1. Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить теплоаккумулятор заводской сборки.
2. Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где брать подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
3. Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Чертеж теплоаккумулятора прямоугольной формы объемом 500 л в разрезе

Совет. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять теплоаккумулятор цилиндрической формы.

В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки, к нему прибавьте высоту столба воды от емкости до расширительного бачка, установленного в высшей точке. Вот почему следует усиливать плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как показано на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую трещину. Как выпирает не укрепленный металл сосуда при заполнении водой, смотрите на видео:

Справка. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие отрывает по краям.

Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Компромиссный вариант – внутренние распорки, изображенные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Чертеж аккумулятора тепла на 500 л – вид сверху (поперечный разрез)

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на давление 3–6 Бар. Какие емкости можно использовать:

• баллоны из-под пропана разной вместительности;
• списанные технологические резервуары, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
• ресиверы от железнодорожных вагонов;
• старые железные бойлеры;
• внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Из готовых стальных сосудов сделать надежный теплоаккумулятор значительно проще

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб Ø15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не грызут.

Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят

Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

1. Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
2. Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки резервуара. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую стальную трубу.

Сборка прямоугольного теплоаккумулятора

Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете сваркой, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.

Сначала бак собирается на прихватках, а потом проваривается сплошным швом

Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:

1. Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
2. Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
3. Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
4. Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
5. Установите снизу резервуара опоры из отрезков трубы.
6. Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на ниже на фото.
7. Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

На фото показана растяжка из широкой полосы, но лучше применить трубу

Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.

Стальные скобки (клипсы) привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки

Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:

• зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
• оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
• нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
• прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.

Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол нежелательно, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом засыпьте ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак

Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается», и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы организовать такую работу батареи, нужно выполнить следующие мероприятия:

• контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
• отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
• насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.

Схема обвязки бака – аккумулятора тепла

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для регулирования потока теплоносителя по температуре воды на входе и выходе емкости. Как правильно производится обвязка и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:

Справка. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:

• разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
• нагревать воду для хозяйственных нужд;
• обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае затухания ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла после отключения электричества, поскольку присоединен напрямую, без насоса.

Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

• 2 стандартных баллона из-под пропана;
• не менее 10 м медной трубки Ø12 мм либо нержавеющей гофры такого же диаметра;
• штуцеры и гильзы для термометров;
• утеплитель – базальтовая вата;
• крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, наполнив их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку аккуратно изгибаем в змеевик вокруг другой трубы подходящего диаметра. Дальше действуем так:

1. Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
2. Закрепите сваркой внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
3. Поставьте баллоны один на другой и сварите между собой.
4. Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
5. Приделайте дно и крышку.
6. В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, в дно – патрубок сливного крана.
7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
8. Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Стыковка бака с ТТ-котлом без циркуляционного насоса

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы Ø50 мм, проложенные с уклоном, теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи воды к радиаторам отопления после буферной емкости устанавливается насос + трехходовой смесительный клапан.

Заключение

На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовить теплоаккумулятор своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что подобные высказывания далеки от реальности, на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к твердотопливному котлу. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за буферную емкость не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.

схема подключения и принцип работы

Многие владельцы загородной недвижимости сталкиваются с проблемой экономии ресурсов при отоплении жилья в зимний период. Выходом из сложившейся ситуации станет буферная емкость для твердотопливного котла. Подобное устройство поможет эффективно распределить тепло по всему дому, а также минимизировать затраты на обслуживание отопительной системы.

Обратите внимание! Котлы, работающие на твёрдом топливе в автоматичном режиме, позволяют нагревать воду до 90 градусов, дизельные или газовые установки – до 70 градусов.

Зачем нужна

Буферная ёмкость, её ещё называют теплоаккумулятором, используется в отопительной системе для накапливания и сохранения тепла. По внешнему виду это устройство напоминает цилиндрический резервуар, имеет утеплённые стенки, что позволяет долгое время сохранять температуру теплоносителя. В качестве теплоизоляции используется термостойкий поролон.

По мнению экспертов, теплоаккумулятор считается одним из основных приборов в отопительной системе. С его помощью происходит распределение тепла по всем помещениям загородного дома или любого другого здания. Основной задачей буферной ёмкости считается аккумулирование тепла, которое может поступать от разных устройств, будь то электрический или твёрдотопливный котёл.

Устройство теплоаккумулятора

Основным элементом ёмкости считается теплоаккумулирующее вещество, отвечающее за сохранение и дальнейшее распределение тепла. Рассматриваемые изделия могут работать:

• На пару;
• С использованием жидкости;
• С дополнительными нагревательными приборами.

Также они могут быть:

• Термохимическими;
• Твёрдотельными.

В большинстве систем отопления, в том числе тёплых полах, применяют антифриз, хотя для нагрева лучше всего использовать воду. Каждый из баков буферной ёмкости имеет выходы для входа в котёл и трубы отопления. Вверху ёмкости установлен специальный клапан, защищающий устройство от избыточного давления. Его основным предназначением считается вывод накопившегося воздуха.

Внизу резервуара устанавливается сливной кран для спускания жидкости в случае необходимости. В резервуаре есть гнёзда для крепления датчиков, указывающих на давление и температуру жидкости.

Принцип работы

Работа рассматриваемого устройства основана на повышении вместимости теплоносителя (воды или незамерзающей жидкости — антифриза). После закрепления бачка появляется дополнительный объём для жидкости, в результате чего повышаются показатели инертности конструкции.

Обратите внимание! При нагревании буферного бачка любым из отопительных приборов в ёмкости накапливается теплоноситель определённой температуры. Распределение тепла по зданию происходит по мере остывания жидкости, причём тепловая энергия может передаваться даже во время прекращения процессов горения в отопительных приборах.

Теплоаккумулятор, подключенный к твердотопливному котлу

Рассмотрим принцип действия теплоаккумулятора на примере твёрдотопливного котла. В данном случае между этими двумя приборами устанавливается насос, который служит для равномерного распределения тепла во всех комнатах здания. Холодная вода перемещается из нижней части бака в котёл, где происходит её прогрев.

После нагрева теплоноситель попадает в верхнюю накопительную часть резервуара. При работе насоса, который закрепляют в обратном трубопроводе, холодная вода из системы небольшими порциями поступает в нижнюю часть ёмкости, вытесняя горячую жидкость, которая направляется в систему отопления.

После отключения котла происходит беспрерывная подача тепла. Заметим, что этот процесс идет до тех пор, пока холодный теплоноситель не вытеснит полностью горячую воду из бака. Продолжительность работы буферной ёмкости после остановки отопительного прибора (котла) будет зависеть от таких факторов как объём бачка, температуры воздуха за окном дома, а также количества источников нагревания.

Принцип функционирования буферной емкости

Основными преимуществами буферной ёмкости является:

• Равномерная подача тепла по системе. Большинство котлов неравномерно обогревают помещение, и это связано с интенсивностью горения или возможным затуханием паллетов, газа, дров. Использование буферной ёмкости позволит избежать подобного явления. Во время интенсивного горения в резервуаре накапливается лишнее тепло, которое будет подано в систему после затухания котла;
• Независимость от графика работы отопительных приборов. Дело в том, что в твёрдотопливные котлы нужно постоянно подбрасывать дрова или другие виды топлива, делать это ночью неудобно. Использование буферной ёмкости позволит подавать теплоноситель в ночное время суток за счёт накопленных ресурсов. В данном случае увеличивается интервал между растопками котла. При использовании электрических отопительных приборов и наличии двух тарифного счётчика можно запрограммировать работу котла на ночное время суток;
• Защита от возможного перегрева;
• Экономия топлива (до 30% по сравнению со стандартной отопительной системой).

Схема подключения

Обратите внимание! Основным правилом установки аккумулирующей ёмкости считается подсоединение бака параллельно к котлу. Рассмотренный способ считается одним из самых эффективных.

При подключении буферной ёмкости в системе отопления должны предусматриваться следующие приборы:

• Твердотопливный котёл или любой другой прибор для обогрева;
• Буферный бак;
• Насос, установленный между отопительным прибором и аккумулирующей ёмкостью;
• Первый теплообменник, из которого подаётся горячая вода;
• Второй теплообменник служит для подключения к дополнительным источникам тепловой энергии

Схема подключения буферной емкости для твердотопливного котла

Во время подключения верхний патрубок резервуара соединяют с выходом котла, второй выход должен соединяться с центральной магистралью системы отопления. Теперь один из нижних патрубков соединяют до входа к котлу, устанавливают циркуляционный насос между трубопроводом и отопительным прибором.

При помощи такого механизма жидкость будет попадать от котла в резервуар. Следующий патрубок выводят к обратной трубе. Здесь также нужно установить циркуляционный насос, который будет подавать горячий теплоноситель в систему.

Нужна ли буферная емкость для твердотопливного котла

С каждым днем все больше людей переходит на автономную систему отопления. Ее установка связана с большими затратами и силами, однако результат не заставит себя ждать и окупится за несколько лет. Наибольшим спросом пользуются твердотопливные котлы. Они экономичны, более эффективны и не требуют разрешения на установку. Однако сам процесс монтажа связан с множеством дополнительных нюансов, одним из которых является необходимость установки буферной емкости. Многие пользователи задаются вопросом – нужна она или нет, и какая функция возложена на теплоаккумулирующий бак?

Что такое буферная емкость

Буферная емкость – это тот же теплобак или теплоаккумулятор. Зачем данный прибор нужен в системе отопления, и какое место занимает в работе твердотопливного котла? Перед тем купить и установить буферную емкость, ознакомьтесь с ее назначением.

Назначение

Теплоаккумулирующей емкостью называют бак большого размера, который выполняет ряд важных функций в отопительной системе. Главная его цель – это накапливать избыток перерабатываемой энергии котлом и использовать при необходимости, например, когда снизится температура или твердотопливный котел и вовсе приостановит свою работу. Роль теплоаккумулятора намного шире энергосберегающей функции. Поэтому ознакомьтесь со всеми его возможностями:

• Буферная емкость позволяет использовать несколько источников тепла и подключать их к единой системе.
• Используя энергозапасы котла, вы сможете экономить на топливе до 50%.
• Теплоаккумулятор выступает стабилизатором температурного режима и помогает избежать перегрева системы.
• Благодаря контролю температуры с помощью теплобака можно избежать остывания помещения и наладить автоматизированный процесс обогрева.
• Наличие буферной емкости позволяет правильно наладить работу отопительной системы и продлить срок службы котла.
• Вам не нужно постоянно подкидывать дрова или уголь в котел, с помощью теплоаккумулятора вы сможете освободить себя от подобной задачи на более длительное время.
• Эксплуатация котла станет удобной и безопасной.

Это далеко не все преимущества, которые вы получите, если подключите к котлу буферный бак. Так как при работе с тепловым стабилизатором топливо будет сгорать в котле до конца, то в нем будет меньше грязи, а значит, его придется намного реже чистить. То же самое касается и отложения сажи в дымоходе. Правильное использование отопительной системы является залогом ее безопасности и долговечности, не говоря уже о существенной экономии.

Использование твердотопливного котла

Твердотопливные котлы – это агрегаты, направленные на выработку энергии при использовании твердого топлива. Зачастую используется древесина любой породы или уголь. Такой вид котлов работает с высокой инерционностью. Они очень экономичны и позволяют длительное время сохранять тепловую энергию. Однако чтобы постоянно поддерживать нужную температуру в помещении, требуется регулярно подкидывать в топку твердое топливо. Вот здесь как раз-таки и имеет смысл установка буферной емкости. Например, в процессе сгорания топлива температура достигает критически высоких значений, которые слишком велики для отопления частного дома или помещения, теплоаккумулятор забирает на себя разницу и сохраняет ее, чтобы использовать в подходящий момент, соответственно вся вырабатываемая энергия не будет просто сгорать или тратиться впустую.

Накопленная энергия за счет теплоаккумулятора будет тратиться в моменты, когда температура отопления будет падать, например, когда вы забудете подкинуть очередную порцию топлива или в то время, когда котел работает с меньшей эффективностью. То есть буферный бак не только забирает на себя часть тепловой энергии и позволяет сжигать топливо в котле до конца, но и сохраняет нужный уровень температуры в помещении при снижении интенсивности. Обычно это происходит в ночное время, когда топливо никто не подкидывает в топку. За счет вышеописанного функционала теплоаккумулятора исключается риск перегрева котла, что может привести к взрыву, а также есть возможность поддерживать нужный режим отопления даже в момент нехватки топлива в котле.

Работа в комплексе твердотопливного котла с аккумулирующей емкостью – это правильное решение, которое позволит бесперебойно отапливать помещение с надежным уровнем безопасности.

Плюсы и минусы

В целом предназначение буферной емкости понятно, однако стоит отдельно рассмотреть все преимущества и недостатки, чтобы оценить целесообразность данной установки. Итак, какие плюсы добавит теплоаккумулятор в системе отопления?

• Твердотопливный котел будет работать в более экономичном режиме, а загрузка топлива сократится до 50%
• Уменьшает регулярность загрузки топлива.
• Теплоаккумулятор можно использовать с другими видами источников и совмещать.
• Позволяет летом применять буферную емкость для системы ГВС.
• Добавляет удобство и обеспечивает безопасность системе отопления.
• Сохраняет и продлевает срок службы котла.
• Не требует специального обслуживания.
• Технически можно установить котел высокой мощности для небольших помещений.
• Может работать в статичном режиме, позволяя полностью автоматизировать процесс отопления.

Но, помимо всех приведенных преимуществ, главная цель теплосберегающей емкости – это обезопасить котел от перегрева. Твердотопливные котлы постоянно нуждаются в контроле, так как вырабатываемый высокий уровень энергии может стать причиной сильного перегрева. Из наименьших последствий – просто выход из строя котла, а из серьезных – это взрыв. Теплоаккумулятор забирает на себя избыток вырабатываемой энергии и исключает подобные последствия.

Ну а что касается недостатков, то они тоже присутствуют. Они не настолько существенны, как достоинства буферной емкости, однако их также необходимо рассмотреть перед покупкой агрегата.

• Нельзя не сказать о дороговизне теплоаккумулятора, который добавит существенных финансовых вложений при монтаже отопительной системы.
• Установка отопительной системы, в том числе и с емкостью для сбережения тепловой энергии, требует большой площади в части нежилого помещения.
• При полном остывании котла и длительном неиспользовании системы отопления, чтобы запустить ее в работу и прогреть дом, потребуется до 4 часов, что не совсем комфортно.

По сравнению с огромным количеством преимуществ, недостатки кажутся не такими явными, да и для некоторых пунктов имеется альтернативные пути решения. Например, если вы хотите, чтобы в момент остывания ваш дом быстрее прогрелся, то можно установить в систему дополнительный электрический ТЭН, на который возложена функция быстрого, однако кратковременного подогрева. А что самое важное, при помощи твердотопливного котла и теплоаккумулятора вы сможете сделать пребывание в помещении комфортным и при этом безопасным, а вложенные средства в отопительную систему быстро себя оправдывают.

Как рассчитать нужный объем

Перед покупкой сберегающей емкости сначала необходимо определить ее объем в зависимости от площади помещения и потребляемого тепла. Расчет производится по стандартному алгоритму на основе нижеприведенной формулы.

Q = c × m × (T1-T2), где
Q — общее количество затратной энергии;

c — удельная теплоемкость жидкости;

m — масса теплоносителя;

T1-T2 — разница температур, в градусах.

На рынке представлено огромное многообразие теплоаккумуляторов. Вы сможете выбрать для себя нужный объем – от 20 до 3000 литров. Также они отличается формой и высотой.

Рассчитанное значение в конце должно быть скорректировано с учетом дополнительных факторов, которые влияют на систему отопления, а именно: наличие других источников тепла, степень утепления, климатический пояс и прочее. Если обратиться к практике, то опыты показали, что оптимальным значением при выборе объема теплоаккумулятора стало соотношение: для площади в 200 кв. метров емкость 1 тонна. Исходя из подобного соотношения и площади помещения вы сможете правильно подобрать объем емкости. В случае возникновения трудностей лучше обратиться к специалисту.

Способы подключения

Если вы рассчитали необходимый объем емкости и приобрели подходящий теплоаккумулятор, тогда остается только его установить. Лучше всего доверить это дело профессионалам, так как любая неточность может привести к неправильной работе системы отопления, не говоря уже о повреждении отдельных агрегатов или перегреве котла. Но на предварительном этапе вы можете ознакомиться с несколькими способами подключения твердотопливного котла к аккумулирующей емкости, а также дополнительными элементами, которые также будут обязательными в отопительной системе и в сохранении ее безопасности.

Итак, начнем с самой простой схемы. Она больше подходит для небольших помещений или домов с маленькой площадью, где не требуется установка мощного котла. Данный способ является не только самым простым, но и самым дешевым. Итак, система состоит из следующих элементов:

• Твердотопливный котел
• Буферная емкость
• Трубопровод
• Циркуляционные насосы (для перемещения тепла от источника к потребителю).

При этом подобный вариант является уместным, если давление по всей системе одинаковое, иначе могут происходить сбои в работе. Если вы хотите более надежную отопительную систему и при этом быть уверенным, что необходимого количества тепла хватит даже в самое холодное время или при расширении площади, тогда лучше изначально прибегнуть к более сложной схеме подключения. Она включает в себя такой набор элементов:

• Твердотопливный котел.
• Буферная емкость среднего или большого объема.
• Теплообменник из металлических нержавеющих трубочек.
• Манометр – для стабилизации давления.
• Термометр – датчик температуры воды.
• Магниевый анод – для предотвращения накипи в теплобаке.

В последней схеме к теплоаккумулятору котел будет подключаться через верхнюю точку – для подачи тепла, а через нижнюю – для входа холодной воды. Для более корректного использования накопленной тепловой энергии в вышеприведенную схему добавляется смесительный блок, он позволит контролировать уровень температуры и сохранить на долгое время тепло, выработанное твердотопливным котлом. Смесительный блок подключается к возвратному и подающему трубопроводу. А если у вас стоит цель автоматизировать отопление в жилом доме, тогда здесь используются более сложные конструкции и подключением занимаются только ответственные службы.

Буферная емкость — Big Chemical Encyclopedia

Phosphoric Acid. Эта кислота является основным подкислителем напитков с колой. Фосфорная кислота сильнее большинства органических кислот и слабее других минеральных кислот. Двухосновные свойства фосфорной кислоты обеспечивают незначительную буферную способность напитка. Пищевая фосфорная кислота коммерчески доступна в концентрациях 75%, 80% и 85% и является одним из самых экономичных подкислителей. [Стр.12]

Десульфуризация дымовых газов. Лимонная кислота может использоваться для буферных систем, которые могут удалять диоксид серы из дымовых газов, производимых большими угольными и газовыми котлами, вырабатывающими пар для выработки электроэнергии (134–143).Оптимальным значением pH для абсорбции диоксида серы является pH 4,5, при котором цитрат обладает буферной способностью. Диоксид серы является основным источником кислотных дождей, которые могут нанести ущерб окружающей среде. [Pg.186]

Фильтрующий материал должен обладать буферной способностью, чтобы поддерживать уровень pH не ниже 3. Это особенно важно, когда биофильтр нацелен на сокращение неорганических соединений. [Pg.2193]

Когда лесная система подвергается кислотным отложениям, лиственный покров может изначально обеспечивать некоторую нейтрализующую способность.Если количество кислотных компонентов слишком велико, эта ограниченная нейтрализующая способность преодолевается. Когда кислотные компоненты достигают лесной подстилки, состав почвы определяет их воздействие. Композиция почвы может обладать достаточной буферной способностью для нейтрализации кислотных компонентов. Однако изменение pH почвы может привести к мобилизации или вымыванию важных минералов из почвы. В некоторых случаях следы металлов, такие как Ca или Mg, могут удаляться из почвы, изменяя допуск A1 для деревьев.[Pg.121]

Между разными породами древесины могут иметь место большие различия в pH, а также в буферной способности. Даже в пределах одной и той же породы древесины различия могут возникать из-за сезонных колебаний, доли исследуемого древесного вещества, pH почвы, возраста дерева, периода времени после рубки, сушки и параметров обработки. [Pg.1082]

Водные экстракты из частиц, сделанных из свежесрубленной древесины, имеют более высокие значения pH, но более низкие буферные свойства, чем поверхности, сделанные из хранимой щепы.Первое может привести к предварительному отверждению с использованием обычного количества отвердителя, что приведет к снижению прочности плиты. [Pg.1084]

Концептуальное проектирование процесса Выбор и определение размеров оборудования Инвентаризация процесса Одна или несколько линий Коммунальные требования Избыточное проектирование и гибкость Переработка и буферные емкости Контрольно-измерительные приборы и контроль Местоположение завода Предварительная компоновка завода Материалы конструкции Как указано выше плюс данные поставщиков оборудования данные о сырье, процедуры проектирования компании и требования… [Стр.16]

Холма, Б. (1985). Влияние буферной емкости и pH-зависимых реологических свойств респираторной слизи на последствия для здоровья из-за кислотного загрязнения. Набор. Total Environ. 41, 101-123. [Pg.233]

Второй способ добиться постоянства реагента — использовать буферную систему. Если реакционной средой является вода и B представляет собой ион гидроксония или гидроксид-ион, использование буфера pH может поддерживать Cb достаточно постоянным при условии, что буферная емкость достаточно высока, чтобы справиться с кислотами или основаниями, образующимися в реакции.Необходимое постоянство pH зависит от чувствительности аналитического метода, степени протекания реакции и требуемой точности при определении константы скорости. [Pg.24]

РИСУНОК 2.15. Буферная система состоит из слабой кислоты, HA, и ее конъюгированного основания, A. pH изменяется лишь незначительно в области кривой титрования, где [HA] = [A]. Незаштрихованный прямоугольник обозначает область с наибольшей буферной емкостью. Буферное действие, когда HA и A доступны в достаточной концентрации, раствор может поглощать вводимый H или OH, а pH поддерживается практически постоянным.[Стр.50]

При этом pH остается относительно постоянным. Компоненты буферной системы выбираются таким образом, чтобы значение pH слабой кислоты было близко к представляющему интерес pH. Именно при этом буферная система показывает свою наибольшую буферную емкость. При значениях pH больше чем одна единица pH из буферных систем перестают действовать -… [Pg.50]

Буферная емкость карьерной жидкости равна изменению щелочности системы на единицу изменения pH. Рисунок 4-491 показывает интенсивность (емкость) буфера 0.Карбонатный карьерный флюид объемом 1 м. Расчет начальной буферной емкости карьерной жидкости позволяет прогнозировать изменение pH при введении живой кислоты, а также любое добавление буфера, такого как бикарбонат натрия, необходимого для нейтрализации избыточных ионов водорода. [Pg.1355]

Причины, по которым одни анионы проявляют сильные ингибирующие свойства, а другие — сильные агрессивные, не совсем ясны. Основное различие, по-видимому, состоит в том, что ингибирующие анионы обычно являются анионами слабых кислот, тогда как агрессивные анионы представляют собой анионы сильных кислот.Из-за гидролиза растворы ингибирующих анионов имеют довольно щелочные значения pH и буферную способность, чтобы противостоять смещению pH до более кислотных значений. Как обсуждалось … [Pg.820]

Буферная емкость показывает, с каким количеством ионов OH или H + может реагировать буфер. Какова буферная емкость буферов в Задаче 9 … [Pg.403]

Буферная емкость Количество сильной кислоты или основания, которое может быть добавлено в буфер, не вызывая резкого изменения pH, 390 Бурэ, 7 .. . [Pg.683]

Максимальную буферную емкость имеет раствор, содержащий равные концентрации кислоты и ее соли, или полунейтрализованный раствор кислоты.Другие смеси также обладают значительной буферной способностью, но pH будет немного отличаться от pH полунейтрализованной кислоты. Таким образом, в растворе кислоты, нейтрализованной на четверть, [Кислота] = 3 [Соль] … [Pg.48]

В общем, мы можем утверждать, что буферная способность сохраняется для смесей в пределах 1 кислоты 10 соли и 10 кислоты l, и приблизительный диапазон pH слабокислотного буфера составляет … [Pg.48]

Концентрация кислоты обычно составляет порядка 0,05-0,2 моль л «Подобные замечания относятся к слабым основаниям.Понятно, что чем больше концентрация кислоты и конъюгированного основания в буферном растворе, тем больше будет буферная емкость. Количественным показателем буферной емкости является количество молей сильного основания, необходимое для изменения pH 1 литра раствора на 1 единицу pH. [Стр.48]

Буфер моноэтаноламин-хлористоводородная кислота имеет буферную емкость, равную буферному раствору аммиак-хлорид аммония, обычно используемому для титрования кальция и магния с ЭДТА и солохромовой чернью (сравните Раздел 10.54). Буфер обладает отличными удерживающими качествами, можно получить острые концы, а крепкий раствор аммиака полностью исключается. [Стр.331]

R FS. 0,05 м гидрофталат калия. Растворите 10,21 г твердого вещества (высушенного при температуре ниже 130 ° C) в воде и разбавьте до 1 кг. На pH не влияет атмосферный углекислый газ, буферная емкость довольно низкая. Раствор следует заменить через 5-6 недель или раньше, если заметен рост плесени. [Pg.569]

Буферное действие 46 Буферная емкость 48 Буферная смесь универсальная, (T) 831 Буферные растворы 46, (T) 831 уксусная кислота-ацетат натрия, 49 для титрования EDTA, 329 приготовление стандартов IUPAC, 569 Вытеснение растворов 101 Плавучесть воздуха при взвешивании 77 Бюретка 84, поршневой 257, считыватель 87, вес 85, 86… [Pg.858]

Фруктовые и овощные соки, упакованные в вакууме 21–26 дюймов и хранящиеся в алюминиевых банках без покрытия, вызвали сильную коррозию, как показано в Таблице III. Скорость коррозии, вызываемая соками, больше зависит от природы присутствующей органической кислоты и буферной способности сока, чем от общей титруемой кислотности (11). Использование алюминиевых контейнеров с покрытием значительно уменьшило проблемы коррозии. Контроль продукта в условиях длительного хранения может быть достигнут с помощью специальных химических добавок.Однако прежде чем можно будет сделать окончательные выводы, в этой области необходимо провести дополнительную работу. [Pg.46]

Коррозия при низком pH, включая общую коррозию при низком pH. Результаты прорыва кислоты в котловую воду с ограниченной буферной емкостью … [Pg.270]

В тех случаях, когда в обрабатывающих отраслях производятся операции с очень переменным потреблением пара, использование паровой аккумулятор может обеспечить адекватную буферную емкость и минимизировать проблемы с качеством пара. Надлежащая эксплуатационная практика включает … [Pg.281]

ПРИМЕЧАНИЕ Если используются скоординированные программы по фосфату, вся логика предназначена для предотвращения присутствия свободной щелочи.Как следствие, буферная способность по щелочности сильно снижается, а также снижается толерантность к кремнезему. [Pg.294]

---

Буферы и емкость буфера — StuDocu

Chem 1252L4 / 9/

Буферы и емкость буфера

Введение Буферные растворы отличаются тем, что их можно разбавлять водой или смешивать. с сильными количествами сильной кислоты или сильного основания без значительного изменения pH. Буферы представляют собой водные растворы, приготовленные путем смешивания стехиометрически равных количеств слабая кислота, такая как уксусная кислота (CH 3 COOH), с солью, которая диссоциирует на уксусную кислоту основание конъюгата, такое как ацетат натрия (NaCH 3 COONa + + CH 3 COO-).Буферы также могут содержат эквивалентные количества слабого основания, такого как аммиак, и его сопряженной кислоты (аммоний). Уравнение Хендерсена-Хассельбаха используется для определения pH буфера. раствор, если известна константа кислотной диссоциации слабой кислоты:

Ур. 1: преобразование Ka в pKa

pKa = -log (Ka)

Ур. 2: Уравнение Хендерсена-Хассельбаха

pH = pKa + log ([основание конъюгата [слабая кислота]])

Хотя буферы могут быть устойчивы к изменениям pH, они все же имеют определенный предел они могут выдержать большое количество кислоты или основания.Этот порог известен как буферная емкость, и может быть определен путем непрерывного добавления сильной кислоты или основания к буферному раствору в небольших количествах. с шагом (например, 2 мл) и каждый раз записывать pH. Сначала буфер будет работать должным образом и только увеличивать или уменьшать мои очень незначительные количества. Однако однажды некий

Chem 1252L4 / 9/

К раствору было добавлено

объема кислоты или основания, буфер больше не сможет выдержать стресс, и pH резко изменится.

Процедуры Перед началом эксперимента pH-метр был правильно откалиброван в буферном растворе. (pH = 7,00), чтобы гарантировать точность записи всех измерений. 30 мл раствора 0,2 М уксусная кислота и 0,2 М ацетат натрия создавались при стехиометрическом соотношении 1: 1 и значении pH. был измерен и записан. Ион ацетата натрия полностью диссоциирует в растворе на ионы натрия, не влияющие на рН, и ионы ацетата — сопряженное основание уксусной кислоты. С помощью бюретки добавляли соляную кислоту (HCl) порциями по 2 мл, в промежутках между значениями pH. регистрировали с помощью pH-метра.Этот процесс продолжался до тех пор, пока pH не снизился на 2. Единицы pH.

Еще один 30 мл раствор был приготовлен из 15 мл уксусной кислоты и 15 мл водного ацетат натрия и его pH регистрировали и сравнивали со значением pH от первого раствора до обеспечить точность. Тот же процесс был повторен с бюреткой, используя гидроксид натрия, сильный base, чтобы проверить емкость буферов против добавления сильного основания. Еще раз 2 мл были добавлены порции гидроксида натрия, и значения pH измерялись и записывались до тех пор, пока pH повысился на 2 единицы.После этого растворы надлежащим образом утилизировали в отходы. контейнер и использованные стаканы были очищены и высушены.

Был приготовлен буферный раствор, содержащий уксусную кислоту и ее основание-конъюгат, при pH 5,00. используя уравнение Хендерсена-Хассельбаха, чтобы получить отношение концентраций уксусной кислоты необходимо по сравнению с концентрацией ацетат-иона, необходимо создать буферный раствор с pH 5,00. Раствор 10,0 мл уксусной кислоты смешивали с 18,2 мл водного ацетата натрия с получением

Chem 1252L4 / 9/

0.0 мл 4. 2,0 мл 4. 4,0 мл 4. 6,0 мл 5. 8,0 мл 5. 10,0 мл 5. 12,0 мл 5. 14,0 мл 5. 16,0 мл 10. 18,0 мл 11.

Расчет молярного отношения — часть 2

10 pH-pKa = [основание конъюгата [слабая кислота]]

10 5,00-4,74 = [основание конъюгата [слабая кислота]]

1,82 [слабая кислота] = [сопряженное основание]

Следовательно, на каждый моль слабой кислоты в растворе (для достижения pH 5,00) необходимо 1,82 моля конъюгированного основания. В этом случае 1,00 моль уксусной кислоты должно быть равно смешанный с 1.82 моля ацетат-иона.

Расчет молярного отношения — часть 3

10 pH-pKa = [основание конъюгата [слабая кислота]]

10 10.00-10.30 = [основание конъюгата [слабая кислота]]

0,50 [слабая кислота] = [сопряженное основание]

Chem 1252L4 / 9/

Следовательно, на каждый моль слабой кислоты в растворе (для достижения pH 10,00) необходимо должно быть 0,50 моль конъюгированного основания. В этом случае необходимо 1,00 моль бикарбоната натрия. в равной степени смешивают с 0,50 моль карбоната натрия.

Обсуждение Буферные растворы, как правило, наиболее эффективны в диапазоне +/- 1. Путем умножения концентрация HCl (0,2 M) на количество литров, необходимое для понижения pH на 1,00 единиц pH (0,011 л), мы находим, что 0,0022 моля соляной кислоты были необходимы для понижения pH буферный раствор по одной. При добавлении гидроксида натрия — сильного основания — к буферному раствору, мы обнаружили, что для повышения pH на 1,00 единиц требуется около 13,0 мл. Умножив это на молярность (0,2 M), находим 0.0026 моль гидроксида натрия необходимо для повышения pH на 1.00. При соотношении 1: 1 количество молей сильного основания или кислоты, необходимое для повышения / понижения pH на определенное значение должен быть одинаковым для обоих растворов. Если произошла какая-либо ошибка, возможно, она было связано с тем, что буферный раствор не был идеальным буфером 1: 1 (слишком много гидроксония / гидроксида ионов в одном по сравнению с другим).

Все буферы имеют определенный порог, при котором они больше не могут противостоять изменениям pH, поскольку эффективно, это часто происходит в точке эквивалентности кривой титрования.Буферная область на кривая титрования обычно находится в пределах одной, может быть, двух единиц pH, пока она не потеряет свою способность. В тест с соляной кислотой показал, что pH сопротивляется значительным изменениям между измерениями между начальным pH 4,64 и 3,53. Это согласуется с общей идеей, что буфер растворы наиболее эффективно работают в диапазоне +/- 1. Потребовалось 12,0 мл HCl, чтобы довести pH. до 3,53, но еще одно добавление 2,0 мл HCl снизило pH до 2,83, а затем до 2. и так далее.

Chem 1252L4 / 9/

Буферы имеют решающее значение для окружающей среды, естественных процессов, функций организма, промышленных цели, лекарственные причины и общий гомеостаз. Без бикарбонатных буферов, выделяемых поджелудочная железа, кислый химус и другие материалы, проходящие через наш пищеварительный тракт, не будут нейтрализуется и может нанести некоторый потенциальный вред организму. Буферы также существуют в наших кровь, чтобы поддерживать pH в определенном диапазоне (около 7,2). В некоторых озерах есть буферы в виде из известняка и обладают способностью противостоять изменениям pH, вызываемым серной кислотой во время кислотных дождей.В Короче говоря, буферы необходимы для самого процесса жизни и чрезвычайно важны в естественных и природных условиях. современный мир.

Буферы

10.5 Буферы

Цель обучения

1. Определите буфер и опишите, как он реагирует с кислотой или основанием.

Как указано в Разделе 10.4 «Сильные стороны кислот и оснований», слабые кислоты относительно распространены даже в пищевых продуктах, которые мы едим. Но иногда мы сталкиваемся с сильной кислотой или основанием, например, с кислотой желудка, которая имеет сильно кислый pH 1-2.По определению сильные кислоты и основания могут производить относительно большое количество ионов водорода или гидроксида и, как следствие, иметь заметную химическую активность. Кроме того, очень небольшое количество сильных кислот и оснований может очень быстро изменить pH раствора. Если 1 мл желудочного сока [который мы примем приблизительно как 0,05 M HCl (водн.)] Добавлен в кровоток, и при отсутствии корректирующего механизма, pH крови повысится с 7,4 до 4,9 — pH, который не способствует продолжению жизни.К счастью, в организме есть механизм, сводящий к минимуму такие резкие изменения pH.

Механизм включает в себя буферный раствор, который сопротивляется резким изменениям pH, раствор, который сопротивляется резким изменениям pH. Буферы состоят из определенных пар растворенных веществ: либо слабая кислота плюс соль, полученная из этой слабой кислоты, либо слабое основание плюс соль этого слабого основания. Например, буфер может состоять из растворенной уксусной кислоты (HC ₂ H ₃ O ₂ , слабая кислота) и ацетата натрия (NaC ₂ H ₃ O ₂ , производная соли из этой кислоты).Другим примером буфера является раствор, содержащий аммиак (NH ₃ , слабое основание) и хлорид аммония (NH ₄ Cl, соль, полученная на основе этого основания).

Давайте использовать буфер уксусной кислоты и ацетата натрия, чтобы продемонстрировать, как работают буферы. Если сильное основание — источник ионов OH ^— (водн.) — добавлено к буферному раствору, эти гидроксид-ионы будут реагировать с уксусной кислотой в кислотно-основной реакции:

HC ₂ H ₃ O ₂ (водный) + OH ^— (водный) → H ₂ O (ℓ) + C ₂ H ₃ O ₂ ^— (водный )

Вместо того, чтобы резко изменять pH за счет подщелачивания раствора, добавленные ионы гидроксида вступают в реакцию с образованием воды, и pH не сильно изменяется.

Примечание

Многие люди знакомы с концепцией буферов из забуференного аспирина , который представляет собой аспирин, который также содержит карбонат магния, карбонат кальция, оксид магния или некоторые другие соли. Соль действует как основание, а аспирин сам по себе является слабой кислотой.

Если сильная кислота — источник ионов H ⁺ — добавлена ​​к буферному раствору, ионы H ⁺ вступят в реакцию с анионом из соли. Поскольку HC ₂ H ₃ O ₂ является слабой кислотой, она мало ионизируется.Это означает, что если в одном растворе присутствует много ионов водорода и ацетат-ионов (из ацетата натрия), они объединятся, чтобы образовать уксусную кислоту:

H ⁺ (водн.) + C ₂ H ₃ O ₂ ^— (водн.) → HC ₂ H ₃ O ₂ (водн.)

Вместо того, чтобы резко изменить pH и сделать раствор кислым, добавленные ионы водорода вступают в реакцию с образованием молекул слабой кислоты. Рисунок 10.3 «Действие буферов» иллюстрирует оба действия буфера.

Рисунок 10.3 Действие буферов

Буферы могут реагировать как с сильными кислотами (вверху), так и с сильными основаниями (внизу), чтобы минимизировать большие изменения pH.

Буферы из слабых оснований и солей слабых оснований действуют аналогично. Например, в буфере, содержащем NH ₃ и NH ₄ Cl, молекулы аммиака могут реагировать с любыми избыточными ионами водорода, внесенными сильными кислотами:

NH ₃ (водн.) + H ⁺ (водн.) → NH ₄ ⁺ (водн.)

, в то время как ион аммония [NH ₄ ⁺ (водн.)] Может реагировать с любыми гидроксид-ионами, введенными сильными основаниями:

NH ₄ ⁺ (водн.) + OH ^— (водн.) → NH ₃ (водн.) + H ₂ O (ℓ)

Пример 7

Из каких комбинаций растворенных веществ можно получить буферный раствор? Предположим, все водные растворы.

1. HCHO ₂ и NaCHO ₂
2. HCl и NaCl
3. CH ₃ NH ₂ и CH ₃ NH ₃ Cl
4. NH ₃ и NaOH

Решение

1. Муравьиная кислота (HCHO ₂ ) — слабая кислота, а NaCHO ₂ — это соль, образованная из аниона слабой кислоты — формиат-иона (CHO ₂ ^— ).Комбинация этих двух растворенных веществ дает буферный раствор.
2. Соляная кислота (HCl) является сильной кислотой, а не слабой кислотой, поэтому комбинация этих двух растворенных веществ не приведет к образованию буферного раствора.
3. Метиламин (CH ₃ NH ₂ ) подобен аммиаку, в котором один из его атомов водорода замещен группой CH ₃ (метильная). Поскольку его нет в нашем списке сильных баз, мы можем предположить, что это слабая база. Соединение CH ₃ NH ₃ Cl представляет собой соль, полученную из этого слабого основания, поэтому комбинация этих двух растворенных веществ может образовать буферный раствор.
4. Аммиак (NH ₃ ) — слабое основание, но NaOH — сильное основание. Комбинация этих двух растворенных веществ не дает буферного раствора.

Упражнения по развитию навыков

Из каких комбинаций растворенных веществ можно получить буферный раствор? Предположим, все водные растворы.

Буферы хорошо работают только при ограниченном количестве добавленной сильной кислоты или основания.Как только любое из растворенных веществ прореагирует полностью, раствор больше не является буфером, и могут произойти быстрые изменения pH. Мы говорим, что буфер имеет определенную емкость — количество сильной кислоты или основания, которому буфер может противодействовать. Буферы, в которых изначально растворено больше растворенного вещества, имеют большую емкость, как и можно было ожидать.

Кровь человека имеет буферную систему для минимизации экстремальных изменений pH. Один буфер в крови основан на присутствии HCO ₃ ^— и H ₂ CO ₃ [H ₂ CO ₃ — другой способ записи CO ₂ (водн.)].При наличии этого буфера, даже если некоторая желудочная кислота попадет прямо в кровоток, изменение pH крови будет минимальным. Во многих клетках организма существует буферная система на основе ионов фосфата.

Карьера: специалист по технологиям банка крови

К этому моменту вы должны понять, что химический состав крови довольно сложен. По этой причине люди, работающие с кровью, должны быть специально обучены правильной работе с ней.

Специалист по технологиям банка крови обучен выполнять стандартные и специальные тесты образцов крови из банков крови или центров переливания крови. Этот специалист измеряет pH крови, классифицирует ее (в соответствии с типом крови ABO +/-, резус-фактором и другими схемами типирования), проверяет ее на наличие или отсутствие различных заболеваний и использует кровь, чтобы определить, есть ли у пациента любая из нескольких медицинских проблем, например анемия. Специалист по технологиям банка крови может также провести собеседование с донорами и подготовить их к сдаче крови и может фактически собрать кровь.

Специалисты по технологиям банка крови хорошо обучены. Как правило, им требуется высшее образование и не менее года специальной подготовки по биологии и химии крови. В Соединенных Штатах обучение должно соответствовать стандартам, установленным Американской ассоциацией банков крови.

Упражнение по обзору концепции

1. Объясните, как буфер предотвращает большие изменения pH.

Ответ

1. Буфер содержит компоненты, которые вступают в реакцию как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями, чтобы противостоять резким изменениям pH.

Ключевые вынос

• Буфер — это раствор, устойчивый к резким изменениям pH.

Упражнения

1. Опишите буфер. Какие два связанных химических компонента необходимы для создания буфера?

2. Можно ли получить буфер, объединив сильную кислоту с сильным основанием? Почему или почему нет?

3. Какие комбинации растворенных веществ могут образовывать буфер? Предположим, все водные растворы.

   No related posts.