Система обогрева с теплоаккумулятором для котла на твердом топливе
Для оптимизации сжигания твёрдого топлива используются особые устройства. Тепловой аккумулятор для котла – это буферный бак, который применяется для накопления лишнего объема тепла, образующегося во время функционирования обогревательного прибора. Зарезервированный ресурс позднее применяется системой отопления в промежутке между плановой подачей ключевого топлива.
Другими словами, при наличии теплоаккумулятора отпадает необходимость в частом посещении котельной, поскольку дрова сгорают в оптимальном режиме. Но для организации подобного подхода, необходимо подобрать правильную буферную емкость, а после верно соединить с отопительным прибором. Поэтому нужно более детально разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, каковы его преимущества и недостатки, как его выбрать и правильно состыковать с системой отопления частного домовладения.
Конструкция и действие теплоаккумулятора
Устройство буферного резервуара для системы отопления частного дома не отличается особой сложностью, но свои конструктивные особенности имеются. Стандартный теплоаккумулятор для котлов — это обыкновенная металлическая емкость расчетной вместительности, окутанный слоем теплоизоляции.
В самых простых образцах фабричного выпуска имеются лишь патрубки, через которые подключается твёрдотопливный котлоагрегат, и гильзы для монтажа термометров. В буферных баках более высокой ценовой категории термометры уже интегрированы, а самые дорогостоящие модели снабжаются теплообменником в виде змеевика.
Предназначение змеевиков в конструкции накопительной емкости — нагревание жидкости для снабжения ГВС и присоединение солнечных батарей. Закономерно, что данная функция нужна только при подходящих погодных условиях. В целом же теплоаккумулятор для твердотопливного котла отопления призван решать следующие задачи:
- Создание условий для работы теплогенератора с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
- Комфортная использование ТТ-котла, когда нет надобности подбрасывать дрова в топку каждые несколько часов, в том числе в ночное время.
- Разогрев и подача жидкости питьевого качества на 1-2 точки водозабора (опционально).
Большая часть изготовителей оборудования для обогрева, функционирующего на твердом топливе, в документах указывают, что очень рекомендуется произвести подключение теплоаккумулятора к ТТ-котлу.
Причина такая: теплогенератор достигает наибольшей производительности при режиме функционирования, близком к максимальному. Излишек производимой тепловой энергии необходимо куда-нибудь пристроить до момента подачи в отопительную систему, вот для этого и потребуется буферный резервуар с водой.
Без наличия термоаккумулятора, мы пытаемся всякими способами «придушить» котел, ограничив подачу кислорода для процесса горения. Такие действия не только снижают КПД теплового агрегата до 40%, но и провоцируют выброс токсичного угарного газа в окружающий воздух.
Почему не надо так часто посещать котельную установку: зарезервированная в буферном резервуаре тепловая энергия еще долго будет применяться для обогрева строения при условиях профессионального расчета его объема. Кроме этого, при совокупной деятельности ТТ-котла с теплоаккумулятором угроза перегрева и закипания жидкости в рубашке прибора сводится практически к нулевой отметке.
Помимо работы с дровяными водогрейными котлами, можно использовать теплоаккумуляторы и с агрегатами, работающими на электричестве. Впрочем такой объединение рационален лишь при условии, что ночью тариф используемой электрической энергии в 2-3 раза ниже дневного. За ночь электрическая установка способна сполна «зарядить» тепловой накопитель, а он передавать данную энергию для обогрева строения будет днем.
Внимание! При этом варианте применения электрокотла, расчет мощности прибора нужно увеличить, чтобы его отдачи тепла хватило для обогрева строения и загрузку бака по ночному курсу.
Так как устройство теплоаккумулятора не считается секретом, то многие специалисты делают накопительный бак собственными руками. Об технологии самостоятельной сборки «Сантехник Портал» тоже расскажет.
Плюсы и минусы
Тепловой аккумулятор для системы обогрева, в которой в качестве энергетического источника применяется твердотопливный аппарат, обладает множеством положительных характеристик:
- Увеличение удобства эксплуатации котла, так как после окончания горения дров система отопления продолжает снабжать жилье тёплой водой из бака. Нет надобности подниматься посреди ночи, чтобы загрузить новую порцию топлива в топку.
- Наличие накопителя предохраняет от закипания и неполадки водяной рубашки теплогенератора. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, поставленные на батареях, перекрыли циркуляцию носителя тепла из-за причины достижения необходимой температуры, то котел будет обогревать жидкость в баке.
- Исключается подача холодного потока воды из обратного трубопровода в горячий теплообменник сделанный из чугуна после неожиданного включения насоса циркуляционного, другими словами оберегает чугунный сердечник от сильного температурного перепада.
- Аккумуляторы тепла могут использоваться в качестве гидрострелки, что выполняет функционирование всех контуров системы независимыми, а это тоже приводит к тепловой экономии.
Необходимость выполнения всех требований к расположению буферного бака и повышение цены устройства системы отопления – это единственные негативные линии применения накопляющих резервуаров. Но за этими инвестициями и неудобствами монтажа последуют небольшие затраты в течение долговременной эксплуатации.
Разновидности тепловых аккумуляторов
Все накопительные устройства выполняют практически одинаковые функции, впрочем имеют конкретные особенности конструкции. Производители выпускают буферные емкости трех типов:
- полые (без внутреннего теплообменного аппарата);
- с 1-2 змеевиками, которые помогают более эффективному функционированию приборов;
- со спрятанными бойлерными баками для правильного функционирования системы ГВС.
Подсоединяется аккумулятор тепла к обогревающему котлу и коммуникационной разводке индивидуальной системы обогрева с помощью резьбовых отверстий, которые размещены на внешнем корпусе прибора.
Полый накопитель. Бак без внутреннего змеевика и электрического водонагревателя считается самым простым прибором и ценится доступнее модифицированных заменителей. Этот аппарат подсоединяется к одному или нескольким котлам, применяя центральные коммуникации, а потом с помощью патрубков происходит разводка к точкам использования.
Возможно подсоединение к добавочному обогревательного прибора, работающего на электроэнергии. Полый прибор способен обеспечить качественный обогрев приватизированного дома, уменьшает на минимум вероятность лишнего водонагрева и обеспечивает полную эксплуатационная безопасность системы для потребителя.
Аппарат с одним или 2-мя змеевиками. Модели теплового накопителя с внутренними теплообменными аппаратами являются намного совершеннее вариантами большого спектра применения. Верхний полотенцесушитель в конструкции отвечает за сбор тепла, а нижний теплообменный аппарат делает очень сильный нагрев самого буферного бака.
Существование теплообменных отделов в приборе предоставляет возможность весь день получать горячую воду для домашних потребностей, нагревать емкость от фотоэлектрических панелей, выполнять нагревание придомовых строений и предельно правильно использовать тепло для разных целей.
Изделие с внутренним бойлером. Такой тепловой накопитель является прогрессивным прибором, который не только накапливает избытки тепла, произведенного котлом, но и обеспечивает поставку горячей воды в точки водозабора. Внутренний бойлерный резервуар производится из нержавеющей легированной стали и комплектуется магниевым анодом. Данное устройство сокращает уровень жесткости воды и предупреждает возникновение накипи на стенках.
Теплоаккумулятор данного типа подсоединяется к разнообразным видам котлов и способен функционировать как с открытыми, так и с закрытыми системами. Накопитель с внутренним бойлером также способен контролировать уровень температуры теплоносителя и защищает отопительные контуры от перегрева оборудования.
Установка такого прибора снижает расход топлива, а также уменьшает количество и частоту загрузок. Сочетается с солнечными батареями любой модели и может выполнять функции гидравлической стрелки.
Накопитель для твердотопливного и электрического котла
Буферный бак с ТТ-котлом. Главная характерная черта котла, работающего на твердом топливе – цикличность. Сначала в топочную камеру помещается дрова и на протяжение определенного отрезка времени осуществляется разогрев. Максимальная мощность агрегата и самые высокие температуры, то есть его максимальная производительность, наблюдаются на пике горения порционной загрузки.
После этого теплопередача плавно уменьшается, а когда дрова полностью догорают, процесс производства полезной согревающей энергии прерывается. По такому принципу действуют все котлы, в том числе агрегаты длительного горения.
Сделать точную настройку прибора на генерирование тепла в каждый конкретный момент невозможно. Подобная функция имеется лишь в современных электрических и газовых установках. Поэтому непосредственно в момент розжига и во время выхода на фактическую мощность, а потом в процессе остывания и вынужденного пассивного состояния котла тепловой энергии для полноценного отопления дома и нагревания горячей воды может просто не хватить.
Зато во время пиковой работы агрегата и активной фазы горения топлива количество выделяемой энергии будет избыточным и ее большая часть просто исчезнет вникуда. В результате ресурс истратится нецелесообразно, а собственникам будет необходимо регулярно загружать в топку новые порции дров.
Эту проблему решает монтаж теплоаккумулятора, который в пиковый момент горения будет забирать лишнее тепло, а в нужный момент отдавать тепловую энергию жидкости. Теплоноситель нагревается и начинает циркуляцию по магистрали и радиаторам, обогревая здание в обход остывшего котла.
Накопитель для электрической системы. Обогрева дома электрической энергией — довольно дорогостоящий способ, однако иногда его обустраивают по причине отсутствия возможности использовать другие виды топлива. Понятно, что при таком варианте отопления траты на электроэнергию существенно увеличатся и поддержание комфортных условий в доме обойдется в немалые счета.
Чтобы сократить расходы на оплату электроэнергии можно пользоваться оборудованием по максиму в период льготной тарификации, однако для такого режима эксплуатации прибора необходим буферный бак большого объема. Во вместительном резервуаре будет скапливаться тепловая энергия, произведенная в льготный период, потом ее можно будет потратить на обогрев жилья и подачу горячей воды на точки водозабора.
Как рассчитать буферную емкость?
Главный критерий, по которому подбирается теплоаккумулятор для твердотопливного котла, — это его объем, величина которого зависит от:
- тепловой нагрузки на отопительную систему;
- мощности котла отопления;
- предполагаемой длительности работы без источника тепла.
Прежде чем высчитать вместимость буферного бака, следует прояснить все приведенные аспекты, начиная со средней тепловой мощности, которую потребляет система. Максимальную мощность принимать для расчета не стоит, это ведет к увеличению габаритов сборника, а, следовательно, и к росту цены агрегата.
Лучше пару суток в году перетерпеть неудобства при частой загрузке топки, чем тратить большие деньги на покупку большого теплоаккумулятора, который будет применяться малорационально.
Внимание! Чтобы обеспечить теплом жилое здание площадью 200 кв. м. хватает буферного бака, вмещающего 1 т теплоносителя, а это объем 1 кв.м.
При этом система отопления с теплоаккумулятором не будет правильно работать, если у котла недостаточно мощности. В такой ситуации «зарядить» накопитель в полной мере не получится никогда, так как генератор должен сразу отапливать жилище и загружать резервуар. Поэтому твердотопливный котел для обвязки с теплоаккумулятором должен иметь двукратный запас тепловой мощности.
Методику расчета требуемого объема теплового аккумулятора предлагаем изучить на примере здания площадью 200 кв.м. при длительности простоя теплогенератора 8 часов. Предположим, что вода в баке прогреется до 90 °С, а в процессе остынет до 40 °С. Для прогрева такой площади в самое холодное время потребуется 20 кВт теплоты, а ее среднее потребление составит приблизительно 10 кВт/ч. Следовательно, бак должен накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии.
Далее расчет объема буферного бака для твердотопливного котла осуществляется по формуле теплоемкости воды:
m = Q / 1.163 х ?t, где:
Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт; m – масса воды в резервуаре, кг; ?t – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С; 1.163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.
Для рассматриваемого примера масса воды в емкости составит:
m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м?.
В результате вычислений по формуле мы выяснили, что объем буферного резервуара несколько больше, чем рекомендуемый. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда жилье хорошо утеплено, средний расход теплоты на площадь 200 кв.м. будет меньше, чем 10 кВт/ч.
Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.
Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать объем накопителя тепла для твердотопливного котла, нужно применять более точные исходные данные по потреблению тепла.
Критерии выбора теплоаккумулятора
Другие критерии подбора буферного бака для отопления не так значимы и, в основном, касаются разнообразных дополнительных опций.
Одна из них – встроенный змеевик, который осуществляет нагрев жидкости для хозяйственных потребностей. Может оказаться весьма полезным, в случае отсутствия других источников подогрева, однако для большого расхода в сети ГВС такой вариант точно не подойдет. Помимо этого, теплообменник заберет часть «заряда» теплового аккумулятора, сократив продолжительность автономной деятельности отопления.
Другая полезная опция – встроенный в верхнюю часть резервуара ТЭН, который способен поддерживать температуру теплоносителя на установленном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать жилье в течение какого-то времени после того, как накопитель тепла «разрядился», а генератор еще не начал работу.
Еще один змеевик для подсоединения солнечных коллекторов может быть полезен только в южных областях, где активность Солнца даст возможность заряжать теплоаккумулятор.
А вот на что действительно необходимо обратить внимание при выборе прибора, так это на рабочее давление накопительного бака. Нужно учитывать, что большая часть твердотопливных котлов рассчитана на давление в рубашке до 3 Бар, следовательно, и буферный резервуар должен свободно выдерживать такой же напор.
Схемы подключения накопительной емкости
Подсоединение правильно выбранного аккумулятора даёт возможность сократить расходы на закупку топлива (до 50%) и позволяет перейти на режим одной загрузки в день вместо двух.
Если снабдить установку интеллектуальными регуляторами и температурными датчиками, а подачу тепла из накопительного бака в отопительную систему автоматизировать, теплоотдача значительно вырастет, а количество порций топлива, загружаемых в топочную камеру греющего аппарата, намного снизится.
Вариантов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления имеется много. Однако все они производные от базовой схемы. С ее помощью легко понять, как эти приборы функционируют в паре, а после все собрать своими руками.
ТТ-котел обладает традиционным котловым контуром со смесительным узлом, чья задача — не допустить подачу холодного теплоносителя в источник тепла. Затем подающий и обратный трубопроводы подсоединены к буферному резервуару, соответственно, сверху и снизу.
Таким же образом к аккумулятору подключается система отопления, также оборудованная узлом смешивания. Его цель — поддерживать в системе необходимую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при надобности.
Базовая схема подключения теплоаккумулятора:
Решающий момент! Фактическая продуктивность насоса циркуляционного контура котла должна быть несколько больше, чем у насосного оборудования отопительной сети. Это позволит жидкости в середине емкости перемещаться в правильном направлении.
Но практически сетевой насос будет мощнее котлового, так как сопротивление трубопроводные сети и отопительных приборов больше, чем 3-5 м трубы от котла на твердом топливе до буферного бака. Более большая мощность и напор нужны прибору, чтобы одолеть это сопротивление. Благодаря этому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить высокий расход, необходимо лишь правильно настроить оба механизма.
Есть два способа решения данной задачи:
- В случае использования 3-скоростных насосов, можно настроить их продуктивность переключением скоростей.
- Поставить при входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и выполнять регулировку.
Параллельный подогрев отопительных приборов и послойная загрузка накопителя возможны, когда потоки в середине бака двигаются в горизонтальном положении с меньшим преимуществом со стороны котла на твердом топливе. Чтобы это проверить, следует установить термометры на двух вводах обратки в бак и делать регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. При этом трехходовой клапан отопительной сети нужно до конца открыть ручным способом.
Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура при входе в тепловой аккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» аккумулятора.
Альтернативная схема. Характерность этого варианта обвязки буферной емкости и котла на твердом топливе состоит в том, что при отключении электрического снабжения трудоспособность системы сберегается, хотя за это приходится платить увеличенными диаметрами труб из стали.
Альтернативное подключение теплоаккумулятора к системе отопления:
Внимание! На картинке показано подключение буферной емкости к закрытой системе отопления, однако при установке ее лучше сделать открытой.
Суть заключается в следующем: благодаря Т-образному вводу сверху резервуара, совершается синхронный обогрев радиаторов и «зарядка» накопителя. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая прибор после достижения в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного терморегулятора, с которым связан сетевой насос.
Как сделать теплоаккумулятор своими руками?
Максимально упрощенную модификацию теплового накопителя можно сделать своими руками из обычной стальной бочки. Если такого резервуара в распоряжении нет, то можно купить несколько листов из нержавеющей стали толщиной не менее 2 мм и сварить из них подходящий по размеру бак в форме вертикальной цилиндрической емкости бака.
Алгоритм сборки теплоаккумулятора своими руками:
- Вырезать из нержавейки заготовки по размерам и сварить корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов использовать струбцины и угольник.
- Далее нужно прорезать в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставить внутрь заготовленные трубы и обварить их торцы снаружи.
- Прихватить к баку дно с крышкой. Вырезать в них отверстия и повторить операцию с установкой внутренних растяжек.
- Когда все противоположные стенки резервуара надежно связаны друг с другом, можно начинать сплошную проварку всех швов.
- Затем необходимо установить на изделие опоры из отрезков трубы.
- Врезать штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на чертеже.
- Приварить к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.
После сварки всех частей агрегата, нужно проверить его на герметичность. Для этого емкость необходимо заполнить водой или смазать сварные швы керосином. Если протечки не обнаружено, то можно перейти к созданию утеплительного слоя, который позволит жидкости внутри резервуара максимально долго оставаться горячей.
В первую очередь поверхность с внешней стороны бака нужно внимательным образом почистить и обезжирить, после чего загрунтовать и покрыть краской термостойкой полимерной краской, чтобы обезопасить накопитель от процессов коррозии. Потом необходимо обмотать емкость теплоизолятором или рулонной каменной ватой толщиной 6-8 мм и зафиксировать ее шнурами либо традиционным скотчем. Если появится желание можно накрыть поверхность листовым металлом или «закутать» аккумулятор в фольгированную пленку.
Во внешнем слое нужно вырезать отверстия для отводных патрубков и присоединить рукодельный буферный бак к котлу и системе отопления. Аккумулирующую ёмкость требуется оснастить термометром, датчиками внутреннего давления и взрывным клапаном. Эти элементы предоставляют возможность контролировать потенциально потенциальный перегрев резервуара и иногда сбрасывать лишнее давление.
Правила безопасного применения
К накопителям тепла, выполненным дома собственными руками, предъявляют очень жёсткие требования неопасной эксплуатации:
- Горячие детали емкости не должны прилегать или как-то иначе контактировать с огнеопасными и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование данного пункта провоцирует загорание индивидуальных предметов и привести к пожару в котельном помещении.
- Закрытая система отопления предполагает постоянное большое давление носителя тепла, циркулирующего в середине. Для это конструкция буферного бака должна быть полностью герметичной. Дополнительно можно увеличить ее корпус жесткими ребрами, а крышку на резервуаре оснастить прочными прокладками на основе резины, устойчивыми к интенсивным рабочим нагрузкам и очень высоким температурам.
- Если в конструкции есть дополнительный Нагревательный элемент трубчатого типа, требуется довольно внимательно заизолировать его контакты, а бак — в первую очередь заземлить. Именно так выйдет избежать удара электротока и короткого замыкания, который может вывести всю систему из строя.
При воплощении этих правил, применение аккумулятора тепла, собранного собственными руками по рабочей схеме, будет полностью неопасным и не доставит хозяевам никаких трудностей и забот.
Аналогичным образом, сайт «Сантехник Портал» не оставляет никаких сомнений в том, что тепловой аккумулятор для котла существенно делает лучше эксплуатационные условия прибора. Твердотопливный аппарат сжигает дрова с самой большой выработкой КПД, а после прогрева кол-во походов в котельную установку уменьшается на минимум. Впрочем такое устройство фабричного производства — дорогое удовольствие, благодаря этому большинство аккумуляторов в приватных домах выполнены самостоятельно или под заказ у специалистов.
