Буферная емкость

Буферная емкость для котлов отопления — схема подключения, расчет, назначение

Владельцы загородных домов часто сталкиваются с трудностью, рационального отопления своего жилища. Хорошим вариантом, в решении этой проблемы, является использование буферной емкости. Такое устройство эффективно распределяет тепло по всему дому, а затраты на обслуживание сводит к минимуму.

Что такое буферная емкость?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Буферная емкость для котлов отопления

Принцип работы всех котлов имеет одно важное сходство: вода в них греется за счет сжигания топлива. Есть отопительные системы, где подача топлива и сжигания равномерно распределена (газовый котел). А есть котлы, в которых такая система невозможна (твердотопливный котел). Также существуют котельные установки, в которых постоянное горение приводит к снижению подачи тепла (газогенераторный котел). Есть котлы, постоянный нагрев которых стоит очень дорого (электрический котел).

Все недостатки в котельных установках может решить буферная емкость. Чаще ее устанавливают вместе с твердотопливным котлом. Он дешевый в обслуживании и в установке. Такие котлы нуждаются в регулярной подаче топлива, так как вода в системе, при низкой температуре воздуха, может быстро остыть. Устанавливая тепловой аккумулятор, нагретая вода своевременно расходится по всей системе, своевременно обеспечивая дом теплом. Благодаря этому, увеличивается интервал между топками и значительно экономится расход топлива.

Буферную емкость целесообразно устанавливать и вместе с электрическим котлом, так как такая комбинация экономически выгодна. Ни для кого не секрет, что электрический котел расходует много электроэнергии. На потребление электроэнергии есть дневной и ночной тариф, стоимость которого отличается в несколько раз. Устанавливая теплоаккумулятор можно рассчитать время работы котельной установки так, чтобы он грел исключительно в ночное время (когда тариф ниже).

Как видно, использование буферного бака решает много проблем связанных с топливными котлами.

Поэтому использование теплового аккумулятора имеет много достоинств:

  • значительно повышает срок службы котла;
  • максимально увеличивает теплоотдачу котла;
  • защищает отопительное оборудование от перегрева;
  • выравнивает перепады температур в помещении, создавая комфортные условия;
  • регулярно обеспечивает наличие горячей воды;
  • возможность подключения буферной емкости к нескольким источникам тепла;
  • экономия топлива и средств.

Тепловой аккумулятор имеет также и некоторые недостатки, к ним можно отнести:

  • необходимость установки буферной емкости возле отопительного котла, а для этого нужно отдельное помещение необходимой площадью;
  • бак имеет большие размеры и вес, что усложняет его транспортировку и установку;
  • имеет достаточно высокую стоимость (полностью окупается через 2–5 лет).

Подключение буферной емкости

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

Важные составляющие в подключении теплоаккумулятора:

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

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

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

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

Расчет буферной емкости

Расчет буферной емкости необходим для более рационального использования тепла и экономии.

  • необходимо определить площадь дома (например, 200м2);
  • примерно рассчитать потерю тепла при разных температурах воздуха (кВт в час);
  • рассчитывается количество воды, которая должна пройти по отопительной системе за один час, при самой низкой температуре воздуха;
  • полученную цифру необходимо умножить на часы между топками котла, так получается необходимая буферная емкость.

В том случае если отопительная система уже установлена, то выполнять расчет необходимой буферной емкости намного проще. Так хозяин дома, знает запас воды в системе и часы между основными топками котла. Для определения размера бака, необходимо объем теплоносителя умножить на время между главными топками котла.

Как показывает практика, что на дом в 200 м2 используется котел мощностью 25–32 кВт. В таком случае объем буферной емкости должен составлять 1000 л. Такого размера многовато для температуры в 0 °C, но в самый раз для мороза в 25 °C.

Буферная емкость своими руками

Можно ли сделать буферную емкость своими руками, вопрос спорный. Одни говорят, что реально соорудить теплоаккумулятор собственноручно. Однако, как рекомендуют специалисты, лучше не рисковать и все-таки приобрести тепловой аккумулятор в специализированных магазинах.

Есть несколько причин, по которым лучше отказаться от такой затеи:

  • форма бака будет выглядеть не эстетично;
  • необходимо использовать 5 мм металл, что усложняет сварочные работы;
  • верхние крышки емкости необходимо изготавливать сферическими, так как при нагревании увеличивается давление внутри бака;
  • нужны большие затраты на необходимый материал;
  • фирменные теплосберегающие емкости дополнительно оснащены змеевиками для подключения к водоснабжению и подачи горячей воды, собственными руками это не получится сделать.

Очевидно, что изготавливая буферный бак своими руками, не получится сэкономить, лучше приобрести новый. Покупая емкость можно не тратить время на покупку необходимых материалов, а также на проведение сварочных работ. Новый теплоаккумулятор будет более надежный и функциональный.

Приобретать буферную емкость необходимо только в специализированных магазинах и обязательно проверять наличие сертификатов.

При покупке теплового аккумулятора необходимо обращать внимание на следующие важные моменты, от которых будет зависеть функциональность бака:

  • на размер и вес, может так случиться, что для такой объемной конструкции не найдется места в доме, тогда эту проблему нужно будет решать;
  • разные по объему, производители выпускают емкости разного литража, чтобы удовлетворить потребности всех покупателей. Самые востребованные емкости от 300 до 5000 литров;
  • максимальное давление воды в отопительной системе. От этого зависит толщина стенок бака и его форма;
  • максимальная допустимая температура воды, на которую рассчитана буферная емкость;
  • материал, из которого изготовлен бак. Как правило, для его изготовления необходима, мягкая углеродистая сталь с непромокаемым покрытием или нержавеющая сталь (имеет более высокую цену, но показатели долговечности выше);
  • емкости бывают с использование изоляции и без нее;
  • конструкция может быть оснащена дополнительными перегородками, которые разделяют ее на отдельные секции с разной температурой, что позволяет увеличить эффективность подачи тепла;
  • наличие дополнительных функций (электронагреватель, встроенный теплообменник для подачи горячей воды и подключения к разным тепловым источникам). Если теплоакумулятор с нижним теплообменником, то его назначение нагревать горячую воду солнечным коллектором. В том случае если в емкости используется верхний теплообменник, то он способен подогревать горячую воду для питья. Если в баке теплообменник находится посредине, то его главная задача, нагревать аккумулирующую емкость с помощью твердотопливного, газового или электрического котла;
  • резиновые фланцы могут входить в комплектацию тепловой установки. Такое оборудование позволяет теплой воде собираться в верхнем отделе бака и использоваться для потребностей отопления. Вода с более низкой температурой остается в средней части бака и за счет патрубка направляется на отопление полов в помещении.

Используя тепловой аккумулятор в отопительной системе и в водоснабжении горячей водой, обеспечивается регулярная подача тепла к отопительным приборам, независимо от того работает котел в это время или он выключен. Тепловой аккумулятор урегулирует комфортную температуру в доме и позволит экономить затраты на топливный материал.

Читайте также:  Выбор полотенцесушителя

Буферная ёмкость

Для понимания того, что такое буферная ёмкость, есть три определения. Первое – это способность накапливать, а второе – устройство, которое способно накапливать, и третье – это объём какого-либо вещества. Мы же будем говорить о буферной ёмкости как об устройстве, способном накапливать воду, а точнее, о сосуде, работающем под давлением или без него, который служит для накопления и хранения воды с определенной температурой.

Где применяются буферные ёмкости

Буферные ёмкости применяются в следующих системах:

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

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

Также, кроме изготовления ёмкостей и резервуаров, мы можем осуществить поставку буферов-накопителей производства Viessmann, Buderus, De Dietrich, Vaillant, Zani, Unical.

Принцип работы буферной ёмкости

Принцип работы буферной ёмкости заключается в следующем:

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

Стоит отметить, что наша компания может изготовить для Вас буферную ёмкость по индивидуальному спецзаказу, учитывая все Ваши нужды и пожелания. После изготовления буферной ёмкости, вся продукция проходит проверку качества и контроль герметичности резервуара. Также, кроме изготовления ёмкостей и резервуаров, мы можем осуществить поставку буферов-накопителей производства Viessmann, Buderus, De Dietrich, Vaillant, Zani, Unical.

Плюсы буферной ёмкости

К несомненным плюсам буферной ёмкости можно отнести:

  1. Экономичность использования, так как тепловые аккумуляторы позволяют сэкономить до 20% твердого топлива ( при работе с твердотопливным котлом).
  2. Возможность выхода котла на максимальную мощность, что обеспечивает максимальное сгорание топлива ( без тления и остатков в камере сгорания) и, как следствие, развитие максимального КПД котла. В данном случае бак-аккумулятор снимает излишки тепла и в последствие отдает их в систему отопления.
  3. Возможность производить загрузку котла в удобное время. В данном случае котел выводится на максимальную мощность, бак аккумулирует необходимое количество тепла, которое необходимо для обогрева помещения на время отключения котла ( производится расчет необходимого буфера).
  4. Реже необходимо производить осмотр и чистку котла, т.к. он сжигает топливо практически без остатков ( меньше золы и сажи).
  5. Защита котла от перегрева за счет постоянной циркуляции воды и снятия излишков тепла в буферный бак.
  6. Уменьшается выброс продуктов сгорания в окружающую среду за счет отсутствия тления ( т.к. котел работает на максимальной мощности).
  7. Минимальные тепловые потери обеспечиваются благодаря высокоэффективной охватывающей теплоизоляции.
  8. Линейка теплоаккумуляторов включает в себя баки объемом 300, 500, 750 и 1000 литров и являются идеальными баками для твердотопливных котлов.
  9. Возможность поэтажного регулирования температуры ( или на несколько строений, например дом и баня).
  10. Автоматизация контроля за безопасностью.
  11. Возможность подключения газового ( или любого другого) котла с минимальными затратами. Также легко подключатся тепловой насос или солнечные коллектора.

Если производительность двух насосов одинакова, в буферную ёмкость будет приходить больше горячей воды, чем уходить. Соответственно, температура воды в буферной ёмкости будет повышаться. Так и происходит аккумулирование тепла.
Единственный минус буферной ёмкости, пожалуй, заключается в её габаритах. Самая маленькая ёмкость на 500 литров имеет диаметр 600 миллиметров, поэтому под буферную ёмкость нужна специально отведённая площадь.

Виды буферных ёмкостей

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

  • горизонтальные:
  • вертикальные;
  • цилиндрические.

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

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

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

Также буферные ёмкости бывают:

  • безнапорные;
  • ёмкости, работающие под давлением.

Устройство буферной ёмкости для твердотопливного котла

Каждый владелец частного дома мечтает о том, чтобы установленная отопительная система работала максимально слаженно и не требовала особых условий ухода. Важную роль играет экономичная сторона используемого оборудования. Чтобы система не страдала от ярко выраженной неравномерности поступления энергии, а заложенное заранее топливо создавало необходимый запас тепла, необходимо использовать буферную ёмкость для твердотопливного котла.

В установленном теплоаккумуляторе расположена специальная буферная ёмкость, которая является мощным накопителем излишков тепла. Само устройство представлено в виде бака для воды с небольшим змеевиком, который полностью укрыт теплоизоляционным материалом.

Пока котёл сжигает загружённые в него дрова, ёмкость постепенно накапливает вырабатываемые системой избытки тепла. В тот момент, когда котёл перестает выдавать необходимую пользователю температуру, всё излишнее тепло из бака направляется в батареи. Огромное преимущество состоит в том, что вода в радиаторах совершенно не остывает.

Вне зависимости от площади дома отопительная система должна быть снабжена мощным электрическим насосом, который сможет обеспечить непрерывную циркуляцию теплоносителя. Но после отключения электроэнергии такая установка прекращает свою работу. Заложенные дрова горят, тепло выделяется, а вот вода неподвижно стоит в трубах, закипая в котле.

Если пользователь упустит момент, то система взорвется, что может угрожать жизни людей. Установленный теплоаккумулятор предотвращает возникновение таких последствий. Огромное преимущество буферной ёмкости для твердотопливного котла состоит ещё и в том, что она увеличивает время между закладками дров в несколько раз. Устраняется опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Качественный буферный агрегат выполняет несколько полезных функций в автоматическом режиме:

  • В нужный момент отдаёт накопленное тепло заправленному теплоносителю.
  • Обеспечивает стабильную работу системы без вмешательства человека.
  • Беспрерывно накапливает всё излишнее тепло.
  • В случае отключения электроэнергии предотвращает закипание воды.

Каждый специалист согласится, что у современных автономных твердотопливных котлов с буферными ёмкостями есть свои преимущества и недостатки.

Все нюансы обязательно должны быть учтены будущим владельцем, чтобы выбранная им отопительная система работа исправно.

Среди положительных сторон можно отметить:

  • Установленное оборудование надёжно защищено от перегрева.
  • Энергетический потенциал котла используется в полном объёме. Благодаря этому существенно возрастает уровень КПД.
  • Система работает более плавно, что гарантирует дифференцированный подход к обогреву различных помещений.
  • Проблема горячего водоснабжения дома решается без особых трудностей.
  • Работа котла требует гораздо меньше вмешательств человека.
  • У пользователя есть множество вариантов модернизировать отопительную систему, сделав её более эффективной.

Недостатков не так уж и много, но все они весьма своеобразны. Каждый пункт требует внимания со стороны владельцев отопительного оборудования.

К минусам относятся следующие факторы:

  • Буферные ёмкости — это довольно громоздкие и тяжёлые изделия. Для их монтажа нужно подготовить вместительное помещение, что не всегда удобно. Помимо этого, могут возникнуть определённые сложности с доставкой.
  • Котёл с теплоаккумулятором отличается большой инерционностью. Именно поэтому от первичного розжига котла до выхода на стандартные показатели уйдёт достаточно много времени. Такая ситуация может доставлять особые трудности владельцам загородных домов.
  • Довольно высокая цена оборудования, которая может превосходить стоимость самого котла.

Буферная ёмкость для котла представлена в виде обычной металлической бочки, с наружной теплоизоляцией. Несмотря на весьма простую конструкцию, этот агрегат обладает высокой эффективностью и экономичностью, что очень важно в отопительной системе.

Чтобы такой аппарат функционировал правильно, нужно знать, из каких элементов он состоит и какую функцию все они выполняют:

  • Спиральный теплообменник. Этот элемент установлен только в тех моделях, которые подключаются к системе отопления сразу с несколькими типами теплоносителей (мощные солнечные коллекторы, тепловой насос). Для его изготовления используется исключительно нержавеющая сталь.
  • Вместительный бак. Выпускается из листового металла с эмалированным покрытием либо из нержавеющей стали. От бака отходят специальные патрубки, которые предназначены для подключения к системе отопления и теплогенератору. Важно понимать, что от материала, из которого изготовлен бак, зависит продолжительность его эксплуатации.
  • Встроенный змеевик для ГВС. Некоторые современные модели, помимо поддержания температуры нагрева заполненного теплоносителя, подогревают воду для бытовых целей.

Каждая модель оснащена специальным ревизионным окном, которое помогает обслуживать бак. Благодаря этому мастер может своевременно устранить мусор, а также провести ремонтные работы.

Когда с устройством буферной ёмкости для системы отопления всё понятно, можно приступать к расчётам требуемых параметров. Этот показатель напрямую зависит от мощности отопительного котла.

Если был установлен агрегат, который вырабатывает 35 кВт/час, тогда объем используемой ёмкости должен превышать эту цифру минимум в 30 раз. Помимо этого, важно учесть ряд дополнительных факторов:

  1. 1. Не стоит делать никаких надбавок на то, что тепловой аккумулятор будет впитывать всё тепло, а сама система будет работать плохо. Когда на улице температура опускается ниже -30˚С, то котёл может спокойно работать в обход буферной установки. А вот когда становится теплее, то в действие входит теплоаккумулятор, а всё лишнее тепло в нем накапливается.
  2. 2. Мощность должна быть рассчитана исключительно для погодных условий, когда дом теряет максимальное количество вырабатываемой тепловой энергии. К примеру, если котёл теряет 33 кВт/час при температуре окружающей среды от -29˚С, то и мощность всей системы должна быть такой же. Конечно, нужно учитывать и небольшой запас. Для качественного подогрева существующей схемы должно создаваться минимум 35 кВт/час.
  3. 3. Обязательно учитывается размер помещения, где будет установлен сам агрегат вместе с теплообменником и другими элементами схемы. В некоторых случаях может возникнуть такая ситуация, когда установить большой теплоаккумулятор просто не получится.

Если же мастер обладает всеми необходимыми навыками, то изготовить ёмкость можно и своими руками. Лучшим вариантом считается цилиндрический агрегат, обладающий следующими параметрами:

  • Диаметр — 1 метр. Стоит учесть, что если объём теплового аккумулятора равен 1750 л, то его диаметр должен составлять минимум 1,06 м.
  • Высота — 2 метра.

Подобрать наиболее подходящий теплообменник всегда помогут опытные инженеры-теплотехники. Но если нет возможности обратиться к профессионалам за помощью, тогда выбор нужно делать самостоятельно.

Реализовать это вовсе не трудно, главное, тщательно изучить основные параметры:

  • Объём ёмкости.
  • Давление в отопительной системе.
  • Оснащение вспомогательными теплообменниками.
  • Вес и наружные размеры.
  • Возможность установки дополнительных элементов.

Специалисты утверждают, что основным параметром является показатель давления в системе. Чем выше эта цифра, тем теплее будет в обогреваемом помещении.

При выборе наиболее подходящей модели обязательно нужно учитывать показатель максимального давления, так как от этого зависит его эксплуатационный срок. Отличными характеристиками обладает тот термоаккумулятор, который изготовлен из нержавеющей стали.

Опытные мастера используют несколько проверенных способов подключения теплообменника к твердотопливному котлу. Но вне зависимости от выбранного варианта специалист должен соблюдать ряд элементарных правил.

Чтобы отопительная система правильно функционировала, необходимо учесть следующие нюансы:

  1. 1. На входах должны быть установлены качественные фильтры для очистки воды.
  2. 2. На магистрали обязательно монтируется специальная запорная арматура.
  3. 3. Абсолютно все соединения в отопительной системе должны быть фланцевыми или же резьбовыми.
  4. 4. Система не сможет стабильно функционировать без клапана воздухоотводчика.
  5. 5. На теплообменник должен быть установлен манометр и предохранительный клапан.

Тщательное соблюдение этих элементарных правил сможет обеспечить полную безопасность и работоспособность всей отопительной установки.

Качественная обвязка твердотопливного котла с буферным устройством может осуществляться по самым разным схемам. Среди специалистов существует самая упрощённая модель, с которой прекрасно справится даже начинающий мастер. Но приступить к самостоятельному монтажу можно только после ознакомления с принципом действия выбранной схемы.

Читайте также:  Установка парогенератора душевой кабины

Многие решают изготовить эту разновидность буферной установки своими руками. Такой подход позволяет существенно сэкономить финансовые сбережения.

Для реализации этой идеи необходимо выполнить следующие действия:

  • На начальном этапе рисуется схема будущей конструкции, а также определяются размеры каждой стенки. Мастер обязательно должен учитывать толщину сварочных швов. Чаще всего этот показатель варьируется в пределах от 1 до 3 мм (всё зависит от используемого аппарата и электродов).
  • Заранее подготовленный листовой металл нужно разрезать на куски.
  • Две стороны заготовки необходимо прижать друг к другу, чтобы они образовали прямой угол. Те предметы, которые имеют большой вес, должны быть надёжно зафиксированы.
  • В нескольких местах металла используют точечную сварку, после чего проверяют правильность размещения всех листов.
  • Мастер должен выполнить внутренний и внешний сварочный шов.
  • По аналогичной схеме привариваются все стенки, а также дно.
  • В верхней части аккуратно приваривают угол, сверлят все необходимые дырочки.
  • К каждой стороне крепят несколько рёбер жёсткости.
  • Остаётся только изготовить ножки и приварить их.

Многие мастера привыкли выполнять стандартную типовую обвязку твердотопливного котла полипропиленом, с малым контуром и узлом смешивания. Основная задача смесительного узла состоит в том, чтобы не пропустить холодную воду из обратного трубопровода в специальную водяную рубашку буферной ёмкости.

Когда используется трёхходовой клапан, который настроен на температуру +45˚С, то движение теплоносителя замыкается по малому кругу до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение. Только после этого агрегат подмешивает воду из системы в обратный трубопровод.

Чтобы очистить жидкость от накипи и другого мусора, перед трёхходовым краном необходимо установить очистительный фильтр, который опытные мастера называют грязевиком. Монтировать его нужно в горизонтальном положении.

В больших частных домах обвязка твердотопливного котла осуществляется при помощи гидрострелки. Основное отличие этой схемы состоит в том, что теплообменник не служит накопителем тепла, а выполняет функцию гидравлического разделения котлового контура с остальными ветвями отопления.

Преимущество такой системы неоспоримо, так как владелец может подключить тёплые полы, радиаторное отопление, а также бойлер косвенного нагрева воды. Для слаженной работы таких установок нужна разная температура основного теплоносителя в каждой ветви.

Подключение и расчет буферной емкости к твердотопливному котлу

Часто в загородных домах и на дачах, где нет централизованного газа, используется автономная система, в которой источником тепла является твердотопливный котел. Это оборудование имеет множество достоинств, однако у него есть и минусы, например, неравномерная выработка тепловой энергии при сгорании и потребность в частой дозагрузке топлива. Чтобы сделать отопление эффективным, можно использовать дополнительное приспособление. Буферная емкость для твердотопливного котла – это агрегат, накапливающий излишки тепловой энергии и отдающий их при остывании. Конструктивно устройство представляет собой водяной бак со змеевиком и теплоизоляционным слоем.

Назначение буферной емкости

Основной задачей теплоаккумулятора является сохранение энергии в отопительной системе. Другие задачи, которые решает устройство:

  • Одновременное подключение нескольких тепловых источников.
  • Экономия твердого топлива до 45-50% от исходного количества.
  • Стабилизация обогрева, снижение риска перегрева металлических компонентов.
  • Защита от остывания помещения, автоматизация отопления, что особенно важно, если владелец уезжает из дома на продолжительный срок и не хочет, чтобы здание промерзло.
  • Увеличение срока службы твердотопливного котла.
  • Отсутствие необходимости частого пополнения топлива, интервал между подбрасыванием дров или угля в топку увеличивается.

Использование буфера делает отопительную автономную систему более безопасной. Твердое топливо сможет полностью сгорать в топке, количество сажевых отложений снижается, обслуживать оборудование требуется реже.

Использование теплоаккумулятора

Буферная емкость для отопления позволяет отрегулировать термальный режим, не допуская падения атмосферной температуры до слишком низких значений. Эффективность отопления с помощью твердотопливного котла снижается по мере сгорания дров либо угля; при подбрасывании новой порции топлива, наоборот, объем вырабатываемого тепла резко возрастает. Буферная емкость принимает на себя лишнюю энергию, передавая тепло в систему в дозированном количестве. В некоторых случаях теплообменник дополнительно работает как гидрострелка, в наиболее совершенных конструкциях он используется для обеспечения горячего водоснабжения.

Как правило, отдача тепловой энергии от буфера происходит в ночные часы, когда жильцы спят, а не подбрасывают дрова или уголь в топку. Это позволяет максимально долго обогревать помещения дома, поэтому утром в комнатах не будет холодно. В некоторых случаях буферную емкость устанавливают и в системах, где источником тепла служит электрический котел: это повышает уровень пожарной безопасности.

Специфика работы буферной емкости

Конструктивно теплообменник состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет отдельную функцию:

  • Спираль из нержавеющей стали. Этот компонент устанавливают в моделях, подключающихся к отопительным системам с различными теплоносителями, использующимися одновременно (солнечные коллекторы, насосы и пр.).
  • Емкость. Бак делают из листового металлопроката, поверхности имеют эмалированное покрытие, в некоторых моделях стенки сделаны из нержавеющей стали, поэтому не подвержены коррозии. От объема зависит энергоэффективность сооружения, продолжительность работы самой конструкции. От бака отходят патрубки, с помощью которых теплообменник подключают к котлу.
  • Змеевик для горячего водоснабжения входит в схему большинства современных буферных емкостей.

Устройство оснащается ревизионным окном, использующимся при ремонте оборудования. Специалист сможет вовремя определить, что технику пора чистить, и быстрее выполнит плановое или экстренное техобслуживание.

Преимущества и недостатки

Применение буфера обладает множеством положительных качеств:

  • Повышенная надежность, защита отопительного оборудования от перегрева, способного спровоцировать возгорание или взрыв.
  • Увеличение КПД котла, максимально эффективное расходование вырабатываемой при сгорании топлива энергии.
  • Сравнительно простой принцип работы, за счет чего оборудование обладает продолжительным ресурсом, редко требует обслуживания и ремонта.
  • Плавная регулировка температуры, поддержание оптимальных микроклиматических условий в помещениях на протяжении 7-9 часов.
  • Возможность подключения к системе водоснабжения, отсутствие необходимости монтировать отдельный водонагреватель для ванной либо кухни.
  • Минимизация усилий человека для обслуживания котельной.
  • Возможность подключения нескольких источников тепла, грамотного распределения отопления по нескольким комнатам.

Установка буфера имеет и ряд минусов, которые требуется учитывать, проводя расчет оборудования и покупку устройства. Емкость весит немало и достаточно габаритна, для транспортировки необходим грузовой транспорт, а монтаж требует большой площади и высоты помещения. Другая проблема – повышенная инерционность котельного оборудования: прогрев комнат займет долгое время, что особенно неприятно, когда дом отапливают после окончания зимнего сезона. Еще один недостаток – повышенная цена самого теплообменника: сумма может оказаться больше затрат на сам твердотопливный котел.

Расчет объема теплоаккумулятора

Прежде чем покупать устройство, требуется грамотно рассчитать объем бака. Стандартная формула – Q = c × m × (T1-T2), в которой:

  • Q – общее количество затрачиваемой энергии;
  • c – показатель удельной теплоемкости;
  • m – масса теплоносителя;
  • под показателями Т1-Т2 понимают температурную разницу.

Полученный результат требуется скорректировать с учетом дополнительных нюансов, включая наличие вспомогательных источников, качество утепления, площадь дома и т.д. Если с расчетами возникают сложности, требуется обратиться к специалистам, которые изучат чертеж отопительной системы и определят объем с учетом всех факторов.

Выбор модели

Чтобы подобрать емкость, требуется обратить внимание на предельное давление, материал изготовления внутренних элементов, возможность подсоединения ТЭНов для резервного подогрева, качество теплоизоляции.

Готовая конструкция должна отвечать критериям безопасности, энергоэффективности и быть практичной в обслуживании.

Желательно при покупке предпочесть модели, предлагаемые проверенными производителями, поскольку в этом случае риск возникновения проблем с качеством минимален.

Зачем нужна буферная емкость для системы отопления

Нужно ли устанавливать буферную ёмкость в систему отопления – экономическая целесообразность или лишние затраты на оборудование?

Установка буферной ёмкости целесообразна при любом варианте отопления частного дома, за исключением системы с газовым котлом.

Для чего нужна буферная ёмкость в системе отопления

Буферная ёмкость – металлическая бочка с утеплением объемом от 200 литров, устанавливаемая между источником тепловой энергии и системой отопления дома в качестве разделителя тепловых контуров с разной температурой и накопителя тепла.

Аккумулирующий бак необходим, если в одну систему объединяются несколько различных источников тепловой энергии: газовый, твердотопливный, электрический котлы, тепловой насос и солнечный коллектор. Теплоаккумулятор собирает тепло в любое время работы каждого из источников. Например, днём ­– от солнечного коллектора, ночью – от теплонасоса или электрокотла, в любое время работы газового или твердотопливного котла.

Раздача тепла происходит в постоянном режиме. Подключение буферной ёмкости в контур передачи тепловой энергии повышает экономичность работы самого твердотопливного котла за счёт сбора и накопления тепла. Это позволяет исключить холостой расход тепловой энергии из системы.

Использование буферных емкостей

Схема отопления на основе твердотопливного котла без буферной емкости являет собой типичный контур подогрева и подачи воды к излучающим поверхностям (радиаторам, батареям, панелям, конвекторам). За счёт сгорания твёрдого горючего в камере котла, выделяется тепло, которое уходит на разогрев теплоносителя. Эта жидкость передается напрямую через трубную магистраль к теплоизлучателям. Негативным нюансом такой системы есть частая закладка котла: каждый раз необходимо подогревать полностью весь объем жидкости в системе. Происходит чрезмерный расход энергоресурса на нагрев. До 30% топлива уходит в данном случае на оборгев улицы, т.к. на максимальной мощности котел выдает избыточное тепло и хозяину дома приходится открывать форточки.

Распространённым решением этой проблемы является подключение буферной емкости. Между котлом и радиаторами вставляют теплоаккумулирующий бак, который функционирует на основании принципа термодинамического равновесия.

Как работает система с баком

Нагретый объём воды перемещается в накопитель, где и хранится. По сигналу термостата включается циркуляционный насос, который приводит в движение теплоноситель. Из бака буферной емкости вода направляется к радиаторам. Происходит излучение через источник тепла. После этого охлаждённая жидкость возвращается обратно в нижнюю часть емкости. В результате процесса конвекции, происходит смешивание с тёплой водой у поверхности. Эта вода опять идет в радиаторы и отдаёт тепло.

После нескольких подобных циклов работы имеем общее понижение температуры в буферной емкости для котла, труб и радиаторов.

Чтобы не потерять тепловую мощность системы в это время необходимо подогреть воду на 5-10 градусов. Получается, что система отопления дома эксплуатируется в двухконтурном режиме. За счёт естественной работы теплоаккумулятора можно уменьшить количество закладок котла.

Представленная схема подключения бака позволяет создать “подпитываемый” источник тепла. Подогреть теплоноситель на несколько градусов намного проще и дешевле, нежели на несколько десятков градусов.

Преимущества и недостатки применения

Любой источник тепла для отопления частного дома имеет свои особенности, которые учитываются при проектировании и монтаже тепловой установки.

Буферная емкость для твердотопливного котла имеет ряд неоспоримых достоинств:

  1. Экономия энергоресурсов до 50% (за счет использования ночного тарифа и сохранения всего выработанного тепла);
  2. Бак позволяет работать котлу на твердом топливе на максимальной мощности постоянно – это увеличивает ресурс котла, т.к. снижается образование конденсата; работа на максимальной мощности способствует полному сгоранию топлива, что снижает количество вредных выбросов в виде угарного газа и сажи – чистить котел нужно реже;
  3. Защита от перегрева системы за счёт буферного объема теплоносителя;
  4. Работа теплоаккумулятора максимально эффективно проявляется в периоды межсезонья (температуры окружающей среды от -5 до +10°С).

Последний довод является весомым для помещений, которые расположены климатических зонах Украины.

Но буферная емкость для котла также имеет и свои недостатки и дополнительные условия:

  1. Дополнительные вложения на покупку самого резервуара и сопутствующее оборудование для его обвязки. Однако, расчеты показывают, что за счет экономии в дальнейшем, средства вернуться за 2-3 сезона отопления.
  2. Усложнение системы отопления и дополнительное пространство для оборудования. Но обслуживание отопления станет более комфортным: твердотопливный котел и дымоход нужно реже чистить. Загружать топливо реже.
  3. Начальный “разгон” системы в пределах 2-4 часов.
Читайте также:  Сифон для мойки

Чтобы сократить время первоначального нагрева системы отопления мы устанавливаем дополнительный обводной контур с байпасом мимо бака. Емкость будет нагреваться уже после нагрева теплоносителя в радиаторах дома.

Другой вариант решения этой задачи можно исключить с помощью подогрева воды напрямую в резервуаре, например, через электрический ТЭН или газовый запал. Но этот способ мы считаем нецелесообразным по причине неэффективного использования энергии.

Расчёт объёма буферной емкости

Подбор буферной емкости для твердотопливного котла базируется на банальном расчёте полного объёма теплоносителя. Также из этого значения вычитаю объём воды в магистрали и радиаторах.

Типичный расчет буферной емкости теплоаккумулятора сводится к обычной формуле из школьной термодинамики:
Q = c × m × ∆t,
где Q – затраченное количество энергии,

c – удельная теплоёмкость жидкости,

m – масса теплоносителя,

∆t – разница температур в градусах.

Норма расхода тепла в Украине на 1 м 2 площади помещения составляет 80 Вт × час.

С – табличная величина для воды 4,2 кДж/кг × К;

Вычислим, например, Q1 – количество тепла, необходимое для нагрева 1 литра воды на 40 градусов для домика 150 м²:

Считаем необходимый размер буферной ёмкости m для самостоятельного обогрева дома в течение 5 часов:

Теплопотери Q дома за 5 часов составят 60 000 Вт.

Таким образом нам понадобится теплоаккумулятор ёмкостью 1300 л.

Здесь мы не учитывали остывание бака за эти же 5 часов. Этот параметр зависит от степени утепления самой бочки, а также, от температуры в помещении, где она установлена.

Срок окупаемости буферной емкости

Дополнительные расходы при установке теплоаккумулирующей емкости в приведенном выше примере составят:

  1. Стоимость буферного бака с утеплением емкостью 1200 л – от €240 до €750.
  2. Монтажные работы €100.

Итого: от 340 до 750 евро. В среднем – 500 евро.

Вложения окупаются за счет экономии топлива, рационального использования выработанного тепла.

За 1 час отопления без сжигания топлива экономится около 3 кг дров (стоимостью около 0,12 евро/кг) или 1 кг угля (стоимостью 0,15 евро/кг).

За сезон время отопления без работающего котла составит: 10 часов в сутки * 180 дней = 1800 часов.

Таким образом, экономия за один отопительный сезон составит:

  • на дровах – 1800 часов * 0,12 евро/кг = 216 евро.
  • на угле – 1800 часов * 0,15 евро/кг = 270 евро.

Теперь легко посчитать, что стоимость покупки и установки теплоаккумулирующего буферного бака окупится примерно за 2÷3 сезона (500 евро/216-270 евро). А в следующие годы сократит расходы на отопление на 30÷40%.

Выбор модели теплоаккумулятора

Буферная емкость в системе отопления для дома является оптимальным вариантом безопасного и экономичного использования твердотопливного котла для плавной регулировки и длительного поддержания заданного температурного режима в помещениях.

При выборе котла следует учитывать более 25 факторов, 10 из которых являются критически важными.

Следуя этим правилам вы купите выгодный и безопасный для вашего дома котел.

«Экосистем Инжиниринг» является официальной монтажной организацией, специалисты которой имеют необходимые допуски, соответствующее оборудование и квалификацию.

Если Вам нужен качественный монтаж с гарантией – это к нам.

У вас уже есть оборудование, которое нужно установить? Отправьте нам заявку – установим!

Буферная ёмкость

Это способность буферной системы противодействовать изменению рН среды.

Интервал значений рН, выше и ниже которого буферное действие прекращается, называется зоной буферного действия.

Она равна рН = рК ± 1

Буферная ёмкость (В) выражается количеством моль-эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к одному литру буфера, чтобы сместить рН на единицу.

В =

В – буферная ёмкость,

nЭ – количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи,

рНН – начальное значение рН ( до добавления кислоты или щелочи)

рНК – конечное значение рН (после добавления кислоты или щелочи)

ΔрН – изменение рН.

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

В =

V – объём кислоты или щелочи,

N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи,

Vбуф.– объём буферного раствора,

Δ рН – изменение рН.

О противодействии изменению рН крови свидетельствуют следующие данные. Чтобы сдвинуть рН крови на единицу в щелочную область, нужно прибавить в кровь в 70 раз больше количества NaOH, чем в такой же объём чистой воды. Для изменения рН на единицу в кислую область, следует в кровь добавить в 320 раз больше количества соляной кислоты, чем к такому же объёму чистой воды.

Буферная ёмкость зависит от концентрации электролитов и соотношения компонентов буфера. Наибольшей буферной ёмкостью обладают растворы с большей концентрацией компонентов и соотношением компонентов, равным единице.

Буферная ёмкость артериальной крови 25,3 ммоль/л, венозной – 24,3 ммоль/л, слюна обладает буферной ёмкостью и определяется бикарбонатной, фосфатной и белковой системами. Буферная ёмкость слюны изменяется под влиянием ряда факторов: углеводистая диета снижает буферную ёмкость слюны, высокобелковая диета – повышает её. Поражаемость зубов кариесом меньше у лиц с высокой буферной ёмкостью.

В организме человека действуют белковый, гемоглобиновый, фосфатный и бикарбонатный буферы.

Буферные системы организма.

Он составляет 53 % буферной ёмкости и представлен:

NaHCO3 Соотношение 1 : 20

Бикарбонатный буфер представляет собой основную буферную систему плазмы крови; он является системой быстрого реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами СО2 – быстро выводится через легкие. Помимо плазмы, эта буферная система содержится в эритроцитах, интерстициальной жидкости, почечной ткани.

В случае накопления кислот в крови уменьшается количество НСО3 – и происходит реакция: НСО3 – + Н + ↔ Н2СО3 ↔ Н2О + СО2↑. Избыток удаляется лёгкими. Однако значение рН крови остаётся постоянным, так как увеличивается объём лёгочной вентиляции, что приводит к уменьшению объёма СО2

При увеличении щелочности крови концентрация НСО3 – увеличивается: Н2СО3 + ОН – ↔ НСО3 – + Н2О.

Это приводит к замедлению вентиляции лёгких, поэтому СО2 накапливается в организме и буферное соотношение остаётся неизменным.

Составляет 35 % буферной ёмкости.

Главная буферная система эритроцитов, на долю которой приходится около 75% всей буферной ёмкости крови. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и СО2. Гемоглобиновая буферная система крови играет значительную роль сразу в нескольких физиологических процессах: дыхании, транспорте кислорода в ткани и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови.

Она представлена двумя слабыми кислотами – гемоглобином и оксигемоглобином и сопряженными им основаниями – соответственно гемоглобинат- и оксигемоглобинат-ионами:

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

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

Образующийся гидрокарбонат (КНСО3) уравновешивает количество поступающей Н2СО3, рН сохраняется, так как происходит диссоциация потенциальных молекул Н2СО3 и образовавшихся гемоглобиновых кислот.

Именно таким образом поддерживается рН крови в пределах нормы, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества СО2 и других кислореагирующих продуктов обмена.

В капиллярах лёгких гемоглобин (ННb) поглощает кислород и превращается в HHbO2, что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению некоторого количества Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови, а в тканях отдает его и поглощает СО2.

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

Составляет 5 % буферной ёмкости. Содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках он представлен солями К2НРО4 и КН2РО4, а в плазме крови и в межклеточной жидкости Na2HPO4 и NaH2PO4. Функционирует в основном в плазме и включает: дигидрофосфат ион Н2РО4 – и гидрофосфат ион НРО4 2- .

Отношение [HPO4 2- ]/[H2PO4 – ] в плазме крови (при рН = 7,4) равно 4 : 1. Следовательно, эта система имеет буферную ёмкость по кислоте больше, чем по основанию.

Например, при увеличении концентрации катионов Н + во внутриклеточной жидкости, например, в результате переработки мясной пищи, происходит их нейтрализация ионами НРО4 2- :

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

При увеличении концентрации оснований в организме, например при употреблении растительной пищи, они нейтрализуются ионами Н2РО4 1- :

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

Выведение тех или иных компонентов фосфатной буферной системы с мочой, в зависимости от перерабатываемой пищи, объясняет широкий интервал значений рН мочи – от 4,8 до 7,5. Фосфатная буферная система крови характеризуется меньшей буферной ёмкостью, чем гидрокарбонатная, из-за малой концентрации компонентов крови. Однако эта система играет решающую роль не только в моче, но и в других биологических средах – в клетке, в соках пищеварительных желез, в моче.

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

Pt – COOH – белок-кислота

Pt – COONa – белок-соль

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

При увеличении щелочных продуктов они взаимодействуют с

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

Количество кислоты уменьшается. Однако концентрация ионов Н + увеличивается за счет потенциальной кислотности белок-кислоты. поэтому практически рН не меняется.

Белок – это амфотерный электролит и поэтому проявляет собственное буферное действие.

Рассмотрим взаимодействие буферных систем в организме по стадиям:

В процессе газообмена в легких кислород поступает в эритроциты, где протекает реакция:

По мере перемещения крови в периферические отделы кровеносной системы происходит отдача кислорода ионизированной формой HbO2

Кровь при этом из артериальной становится венозной. Отдаваемый в тканях кислород расходуется на окисление различных субстратов, в результате чего образуется СО2, большая часть которого поступает в эритроциты.

В эритроцитах в присутствии карбоангидразы со значительной скоростью протекает следующая реакция:

Образующийся избыток протонов связывается с гемоглобинат-ионами:

Связывание протонов смещает равновесие реакции стадии (3) вправо, вследствие чего концентрация гидрокарбонат ионов возрастает и они диффундируют через мембрану в плазму. В результате встречной диффузии ионов, отличающихся кислотно-основными свойствами (хлорид-ион протолитически неактивен; гидрокарбонат ион в условиях организма является основанием), возникает гидрокарбонатно-хлоридный сдвиг. Этим объясняется более кислая реакция среды в эритроцитах (рН = 7,25) по сравнению с плазмой (рН = 7,4).

Поступающие в плазму гидрокарбонат-ионы нейтрализуют накапливающийся там избыток протонов, возникающий в результате метаболических процессов:

Образовавшийся СО2 взаимодействует с компонентами белковой буферной системы:

СО2 + Рt-NH2 ↔ Pt-NHCOOH ↔ H + + Pt-NHCOO –

Избыток протонов нейтрализуется фосфатным буфером:

После того как кровь вновь попадает в легкие, в ней увеличивается концентрация оксигемоглобина (стадия 1), который реагирует с гидрокарбонат-ионами, не диффундировавшими в плазму:

Образующийся СО2 выводится через легкие. В результате уменьшения концентрации НСО3 – ионов в этой части кровеносного русла наблюдаются их диффузия в эритроциты и диффузия хлорид-ионов в обратном направлении.

В почках также накапливается избыток протонов в результате реакции:

который нейтрализуется гидрофофат-ионами и аммиаком (аммиачный буфер): H + + NH3 ↔ NH4 +

Таким образом, гемоглобиновая система участвует в двух процессах:

Связывание протонов, накапливающихся в результате метаболических процессов;

Протонирование гидрокарбонат-ионов с последующим выделением СО2

Гемоглобиновую буферную систему можно рассматривать как одно из важнейших звеньев в транспорте СО2 из тканей в легкие.

Следует отметить, что на поддержание постоянства рН различных жидких систем организма оказывают влияние не столько буферные системы, сколько функционирование ряда органов и систем: легких, почек, кишечника, кожи и др.

Ссылка на основную публикацию