Твердотопливный котел с тепло аккумулятором

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла и выполнить его обвязку

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
3. Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

• тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
• мощность котла отопления;
• предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
• m – масса воды в резервуаре, кг;
• Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
• 163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

1. При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
2. Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Альтернативная схема

Данная схема обвязки буферной емкости и твердотопливного котла предложена одним из участников популярного форума. Ее особенность состоит в том, что при отключении электроэнергии работоспособность схемы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб. Ниже на рисунке изображено подключение теплоаккумулятора к закрытой системе отопления, но при монтаже ее лучше сделать открытой, о чем говорит и сам автор.

Вкратце суть такова: благодаря Т-образному вводу сверху бака происходит одновременный нагрев радиаторов и «зарядка» термоаккумулятора, сделанного своими руками. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая агрегат по достижении в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного термостата, с которым связан сетевой насос.

Примечание. Предложенная схема обвязки проверена ее создателем на собственном опыте. Все подробности ее монтажа и эксплуатации описаны автором на форуме

Заключение

Нельзя отрицать тот факт, что теплоаккумулятор улучшает условия эксплуатации обычного твердотопливного котла. Последний сжигает топливо с максимальным КПД, а после прогрева число походов в котельную сокращается до минимума. Другое дело, что данное удовольствие – не из дешевых, из-за чего львиная доля работающих в частных домах аккумуляторов – самодельные.

Источник

Твердотопливный котел с теплоаккумулятором

Теплое, уютное и красивое жилище — мечта каждого владельца частного дома. Отопление в нем играет не последнюю роль. Поэтому выбор надежного, удобного в использовании и с оптимальной ценой отопительного прибора — очень важная задача.

В настоящее время, когда цены на газ, его установку, подключение и обслуживание все время увеличиваются, многие обращают свое внимание на котлы на твердом топливе. Тем более что с приобретением топлива пока, по крайней мере, проблем нет. И наша промышленность радует большим выбором современных усовершенствованных твердотопливных котлов с теплоаккумулятором : пиролизных и пеллетных.

Что такое теплоаккумулятор

Но при эксплуатации агрегата на твердом топливе придется столкнуться с проблемой неоднородности получения тепловой энергии. Пока котел работает — дома тепло или даже жарко. Закончилось топливо – в доме становится холодно. Половина полученного тепла уходит в атмосферу, да и подкладывать дрова приходится часто. Поэтому задумались о том, чтобы сохранять избыточное тепло, а потом потихоньку отдавать его в систему отопления.

Эту проблему и решают, когда начинают эксплуатировать твердотопливный котел с теплоаккумулятором.

В странах Европы запрещено применение агрегатов тепловой энергии без буферной емкости, чтобы не было выбросов угарного газа в атмосферу.

Теплоаккумулятор — это емкость, чаще всего круглая цилиндрическая, наполненная водой, в зависимости от предназначения бывает разных модификаций.

В производственный вариант входят:

• основной корпус, который изготавливается из различных сплавов стали или из нержавейки;
• слой изоляции из базальтовой или минеральной ваты или пенополиуретана толщиной не менее 50 мм;
• наружная обшивка изготавливается или из окрашенного тонкого листового металла, или из чехла из полимерного материала;
• в основную емкость врезают патрубки для подвода и отвода теплоносителя;
• в более дорогих моделях внутри устанавливают змеевик для подогрева воды;
• термометр и манометр служат для контроля за температурой и давлением.

Иногда в тепловой аккумулятор встраивают блок электрических тенов с датчиками и подсоединяют солнечные батареи — это создает дополнительный комфорт при его использовании.

Цены на эти варианты высокие, поэтому народные умельцы чаще всего изготавливают буферные емкости своими руками.

Для чего нужен

Спектр применения аккумулятора тепловой энергии очень широк и определяется согласно модификации и применяемого вместе с ним оборудования.

Самое главное его предназначение:

• накопить как можно больше тепла, а потом, когда закончится топливо в основном теплогенераторе, отдать его в систему отопления;
• предотвращать резкие перепады температуры в системе, тем самым не допускать появления конденсата в котле.

Более современные и дорогие позволяют создать больший комфорт и больше возможностей:

• горячее водоснабжение в доме;
• использовать его вместо электрокотла, если установить в него электрические нагреватели.

Принцип работы

Перед первым использованием рекомендуется изучить схему работы котла и емкости.

Система работает так:

1. Затопили котел.
2. Нагретая вода попадает в теплогенератор, как бы заряжает его.
3. Циркуляционный насос, установленный за емкостью, по трубопроводу, вмонтированному в верхнюю ее часть, доставляет теплоноситель к трубам отопления.
4. Возвращаясь, остывшая вода поступает в нижнюю часть теплогенератора.
5. Затем она поступает в котел.
6. Закончилось топливо — потух котел.
7. В работу вступает теплогенератор: при помощи циркуляционного насоса из верхней горячей зоны постепенно разносит сохраненное тепло по трубам и радиаторам.

Второй насос снабжают комнатным датчиком температуры, который при необходимости может отключить его, если температура превысит установленную для него температуру. Тогда котел будет нагревать только теплоаккумулятор. При понижении температуры воздуха в комнатах, включается насос, и вода снова будет нагревать батареи.

Преимущества использования

Применение аккумулятора тепловой энергии позволяет хозяину домовладения удовлетворить все его запросы.

• тепловой агрегат используется на полную мощность, происходит почти полное сгорание топлива;
• следствие этого: высокий кпд (коэффициент полезного действия) — при наименьшем количестве сгораемого топлива получаем больше калорий тепла;
• экономия на приобретении топлива;
• не происходит резких скачков температуры, оборудование не подвергается коррозии, поэтому дольше служит;
• удобное использование, так как разовой загрузки топлива хватает на большой промежуток времени — не нужно подниматься среди ночи и подбрасывать топливо в котел;
• в доме комфортная обстановка, так как нет резких колебаний температур, а датчики температур могут контролировать климат в каждой комнате и отключать и выключать насос отопления по мере необходимости;
• снабжение горячей водой;
• при подключении ТЭНа — использовать вместо электрокотла;
• возможность подключения нескольких независимых друг от друга контуров: для отопления, для горячей воды и для других нужд;
• возможность подключения солнечных батарей.

Недостатки

У связки теплового нагревателя с тепловым накопителем недостатки, конечно, есть, но со временем покупатель поймет, что вложенные средства были потрачены не зря.

1. Самым значительным недостатком является высокая цена теплоаккумулятора, поэтому народные умельцы очень часто изготавливают их своими руками. При достаточном мастерстве и определенной сноровке сделать это не очень трудно.
2. Второй проблемой, с которой сталкивается владелец частного дома, является то, что необходимо проектировать котельную с учетом размера емкости, а она немаленькая. Минимальный размер теплового аккумулятора: 1 метр в высоту и диаметр 600 мм, а для двухэтажного дома он будет еще больше.
3. При покупке котла следует принимать во внимание, что мощность его должна рассчитываться не только по площади отапливаемого помещения, но и по емкости теплового генератора: то есть почти в 2 раза мощнее нужно покупать агрегат для отопления.

Когда нужно ставить

Теплогенератор — это дорогое удовольствие.

Поэтому его устанавливают в случае:

• когда имеется большая площадь дома;
• большой расход горячей воды;
• когда применяют несколько видов отопителей: газовая установка, или электрокотел, или солнечные батареи, которые входят в моду в последнее время.

Отопители комбинируют, выбирают, что и в какое время лучше использовать.

• днем — солнечные батареи, вечером — котел;
• днем — твердотопливный котел, ночью — газ.

Цены на твердотопливные котлы

Расчет теплоаккумулятора

Чтобы правильно рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора лучше всего обратиться к опытному специалисту. Но в то же время есть методики для расчета, по которым можно приблизительно рассчитать емкость буферного устройства, чтобы как-то сориентироваться, какой по мощности приобретать котел, и определиться с расположением теплового накопителя и размерами котельной.

Есть два метода расчета:

• простой, основанный на практике специалистов;
• по формуле.

Исходя из многолетнего приобретенного опыта, специалисты пришли к мнению, что на 1 кВт мощности котла необходимо 25-50 литров объема теплогенератора. Истина находится где-то посередине. Поставить меньшего объема накопитель, котел будет работать с меньшим КПД, если возьмешь большего объема — дома будет холодно, так как теплонагреватель будет только аккумулировать тепло, а в системе будет его не хватать.

По формуле емкость рассчитывается так: Q = mc (T2-T1), где:

• Q — количество накопленного тепла,
• m — объем воды в емкости,
• c — удельная теплоемкость, равная 4200 Дж/(кг·К) ,
• Т2 и Т1 — показатели температур воды на входе и обратке.

Нюансы монтажа

Тепловые накопители бывают разной величины и различных конструкций.

Но при монтаже для всех категорий необходимо соблюдать они и те же требования:

• категорически запрещаются сварные соединения при монтаже теплоаккумулятора;
• монтаж осуществляется только муфтами с резьбой или фланцами;
• необходимо снабдить запорной арматурой все подходящие трубопроводы;
• на всех входящих и выходящих контурах установить термодатчики;
• подключить в систему дренажный датчик;
• «грязевики» — фильтры грубой очистки установить на всех входах в теплогенератор;
• иногда в комплектацию теплового накопителя не входит автоматический воздухоотводчик, обязательно приобрести его и установить в верхнем выходном контуре;
• группу безопасности рекомендуется устанавливать вблизи аккумулирующей емкости;
• размещать аккумулятор тепла необходимо только в отапливаемом помещении во избежание замерзания теплоносителя;
• устанавливать теплоагрегат рекомендуется на специальный фундамент;
• для соблюдения техники безопасности размещать его так, чтобы был свободный доступ ко всем входящим и выходящим контурам.

Схемы подключения к твердотопливному котлу

Рассмотрим различные методы подключения аккумулирующей емкости.

Самая простая и дешевая в изготовлении и эксплуатации схема состоит из:

• агрегата нагревания;
• простого трубопровода;
• обыкновенной буферной емкости;
• циркуляционных насосов для перемещения теплоносителя от нагревателя к потребителям тепла.

Давление во всей системе одинаковое. Такая схема подойдет для небольших домовладений.

Более рациональное использование накопленной тепловой энергии достигается при добавлении в схему отопления смесительного блока, который состоит из перемычки, которая соединяет подающий и возвратный трубопроводы и трехходового смесительного клапана с термоголовкой.

В данной системе имеется возможность контролировать и регулировать температуру теплоносителя, при этом «зарядки теплогенератора» хватает на более длительный срок.

Для снабжения жилого дома горячей водой применяют тепловые агрегаты более сложной конструкции.

В такие устройства входят:

• теплообменник, состоящий из спиралевидных трубочек из нержавеющей или гофрированной стали;
• бак для нагрева воды;
• магниевый анод, препятствующий образованию накипи на внутренних стенках бака, который периодически необходимо менять;
• тепловые электронагревательные тены;
• термометры — датчики воды.

В этом случае подающий трубопровод подсоединяют к накопителю тепла в нижнюю точку, а выход монтируют вверху.

Ранее были приведены схематические примеры отоплений.

Рассмотрим более подробно принцип работы системы отопления и ее состав:

1. Отопитель — котел твердотопливный.
2. Группа безопасности сразу над котлом, которая следит за температурой и давлением теплоносителя в системе.
3. Малый круг отопления состоит из перемычки, соединяющей подающий трубопровод и обратку, трехходового клапана, циркуляционного насоса и расширительного бака. Роль малого круга: защита теплогенератора от холодного теплоносителя и предотвращения появления конденсата в котле. В начале работы теплогенератора вода по трубам идет частично в теплогенератор и по малому кругу. Теплоноситель нагревается до 60 градусов, начинает работать клапан: он потихоньку открывается и холодная вода из обратки начинается смешиваться с горячей водой из малого контура. Как только температура достигает 60 градусов, клапан полностью перекрывает малый круг и теплоноситель идет полностью через теплогенератор.
4. Расширительный бачок забирает излишки давления из системы, а при необходимости — сбрасывает его в нее обратно.
5. За малым контуром подающий трубопровод подсоединяют в верхней точке теплогенератора, а обратка подсоединяется в нижнюю точку.
6. После бака на подающем трубопроводе снова ставят трехходовой датчик с комнатным измерителем температуры и циркуляционный насос.
7. Далее размещаются радиаторы отоплений остальных помещений.

Схема подключения к электрокотлу

Если в домовладении установлен электрический счетчик с двухфазным тарифом «день-ночь», то можно применять в качестве основного источника отопления электрокотел в тандеме с теплоаккумулятором. Только работать он будет ночью, нагревая всю систему и «заряжая» тепловую емкость до температуры 90 градусов. А днем тепловой источник начинает отдавать тепло в систему отопления. При помощи циркуляционного насоса и датчиков температур можно добиться равномерного распределения тепла по разным помещениям.

Еще один вариант применения электричества встречается при эксплуатации теплового аккумулятора: в него встраивают специальные тепловые электрические нагреватели.

Они применяются для дополнительного подогрева аккумулятора в ночное время или когда нет большой необходимости растапливать основной источник тепла. Если в конструкции ТЭНа нет термодатчика, необходимо его обязательно приобрести и установить.

В данной статье приведены основные аспекты устройства систем отопления, но при расчете и установке, если не доверяете своему умению и мастерству, обратитесь к опытным специалистам, чтобы впоследствии не попасть впросак. Все-таки отопление своего жилища — это очень ответственное дело. Отопительные котлы комбинированные дрова электричество читайте у нас на сайте.

Видео

В этом видеоролике опытный мастер на примере расскажет и покажет, как правильно сделать обвязку твердотопливного котла и бака-аккумулятора.

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 10.12.2018

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Источник