Расчет и подключение теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Равномерность работы системы отопления и минимальное время за ее присмотром – мечта каждого владельца собственного дома. Не на последнем месте стоит экономичность. Теплоаккумулятор для отопления (ТА) объединяет и выполняет вышеуказанные функции. Данное специальное устройство самостоятельно в нужный момент уменьшает или увеличивает температуру теплоносителя. В результате достигается тепловой комфорт в отапливаемых помещениях. Вмешательство человека в этом процессе исключается. О том, как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу будет рассказано далее.

Теплоаккумулятор для домашней системы отопления

Назначение теплоаккумулятора

Установленный в системе отопления он в автоматическом режиме:

• накапливает излишнее тепло;
• отдает накопленное тепло теплоносителю в нужный момент;
• предотвращает закипание воды в котле при отсутствии электроэнергии;
• обеспечивает работу котла без вмешательства человека.

Буферная емкость предназначена для работы в автоматическом режиме

В теплоаккумуляторе накопителем излишков тепла является буферная емкость для воды. (На фото красная). Представляет собой ёмкость для воды со змеевиком, укрытую теплоизоляцией. Пока горят дрова, она накапливает избытки тепла. Как только котел перестает выдавать нужную температуру, излишнее тепло из этой емкости отдается в систему отопления. Вода в радиаторах не остывает. Система отопления в домах не устанавливается без электрических насосов, которые обеспечивают циркуляцию теплоносителя. Не трудно представить, что происходит в момент перебоев с электроэнергией. Дрова горят, тепло выделяется, а вода неподвижно стоит в трубах. Начинается ее закипание в котле.

Если этот момент упустить, то возможен взрыв со всеми вытекающими последствиями. Теплоаккумулятор для отопления препятствует этому. Пока горит топливо, его приходится периодически добавлять. Если не сделать это вовремя, котел потухнет. Чем это опасно в сильные морозы, знает каждый. Имея ТА процесс между закладками дров увеличивается в разы. При этом не создается опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Выбираем теплоаккумулятор

ТА выбирают проектируя систему отопления. Правильно подобрать теплоаккумулятор помогут инженеры-теплотехники. Но, если невозможно воспользоваться их услугами, придется выбирать самостоятельно. Сделать это не трудно.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Главными критериями при подборе этого устройства принято считать следующие:

• давление в системе отопления;
• объем буферной емкости;
• наружные размеры и вес;
• оснащение дополнительными теплообменниками;
• возможность установки дополнительных устройств.

Напор воды (давление) в системе отопления — основной показатель. Чем он выше, тем теплее в обогреваемом помещении. Учитывая этот параметр, при выборе теплоаккумулятора для твердотопливных котлов обращается внимание на максимальное давление, которое он способен выдерживать. Теплоаккумулятор для твердотопливного котла, показанный на фото, изготовлен из нержавеющей стали, выдерживает высокое давление воды.

Объем буферной емкости . От него зависит способность накопления тепла для системы отопления при работе. Чем он больше, тем больше тепла накопится в емкости. Здесь нужно учитывать, что повышать предел до бесконечности бессмысленно. Но если воды будет меньше нормы, устройство просто не будет выполнять возложенную на него функцию накопления тепла. Поэтому для правильного выбора теплоаккумулятора придется сделать расчет его буферной емкости. Чуть позднее будет показано, как он выполняется.

Наружные размеры и вес . Это тоже важные показатели при выборе ТА. Особенно в уже построенном доме. Когда расчет теплоаккумулятора для отопления произведен, доставка к месту установки осуществлена, возможно возникновение проблемы с самой установкой. По габаритным размерам он может просто не вписаться в стандартный проем двери. Помимо этого, ТА большой емкости (от 500 л.) устанавливаются на отдельный фундамент. Массивное устройство, заполненное водой станет еще тяжелее. Эти нюансы нужно учитывать. Но выход найти легко. В этом случае приобретается два теплоаккумулятора для твердотопливных котлов с суммарным объемом буферных емкостей, равным расчетному для всей системы отопления.

Оснащение дополнительными теплообменниками . При отсутствии в доме системы ГВС, собственного контура подогрева воды в котле, лучше сразу приобрести ТА с дополнительными теплообменниками. Для проживающих в южных районах полезным будет подключение солнечного коллектора к ТА, что станет дополнительным бесплатным источником тепла в доме. Простой расчёт системы отопления покажет, сколько дополнительных теплообменников желательно иметь в теплоаккумуляторе.

Возможность установки дополнительных устройств . Здесь подразумевается установка ТЭНов (трубчатых электрических нагревателей), КИП (контрольно-измерительных приборов), предохранительных клапанов и других устройств, обеспечивающих бесперебойную и безопасную работу буферной емкости в устройстве. Например, в случае аварийного затухания котла, температуру в системе отопления будут поддерживать ТЭНы. В зависимости от объема обогрева помещений комфортной температуры они могут не создать, но размораживание системы предотвратят обязательно. Наличие КИП позволит своевременно обратить внимание на возможные неполадки, возникшие в системе отопления.

Важно. Выбирая теплоаккумулятор для отопления заостряйте внимание на его теплоизоляцию. От нее зависит сохранение полученного тепла.

Расчет объема буферной емкости котла

Самым оптимальным решением этой задачи станет поручение ее выполнения инженерам-теплотехникам. Расчет объема теплоаккумулятора для всей системы отопления частного дома требует учитывать различные факторы, известные только им. Несмотря на это, предварительные подсчеты можно сделать самостоятельно. Для этого кроме общих знаний физики и математики понадобятся калькулятор и чистый лист бумаги.

Находим следующие данные:

• мощность котла, кВт;
• время активного горения топлива;
• тепловая мощность обогрева дома, кВт;
• КПД котла;
• температуры в трубе подачи и «обратке».

Рассмотрим пример предварительного расчета. Обогреваемая площадь — 200 м 2 , время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Расчетная тепловая мощность обогреваемых помещений – 10 кВт. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.

Делаем расчет буферной емкости твердотопливного котла по теплоемкости воды:

где:
m – масса воды в емкости (кг);
Q – количество тепла (Вт);
∆t – разность температуры воды в трубе подачи и «обратке» (°С);
1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).

Расчет буферной емкости твердотопливного котла

Подставив цифры в формулу получим 1375 кг воды или 1,4 м 3 (80000/1,163×50). Таким образом для системы отопления дома площадью 200 м 2 надо установить ТА емкостью 1,4 м 3 . Зная эту цифру можно смело идти в магазин и смотреть, какой теплоаккумулятор приемлем.

Габариты, цена, комплектация, производитель уже легко определяемы. Сопоставляя известные факторы не трудно сделать предварительный выбор теплового аккумулятора для дома. Такой расчет актуален в случае, когда дом построен, система отопления уже смонтирована. Результат расчета покажет, нужно ли разбирать дверные проемы из-за габаритов ТА. Оценив возможность его установки на постоянное место, делается окончательный расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла, установленного в системе.

Собрав данные по системе отопления выполняем вычисления по формуле:

где:
W – количество необходимого тепла для нагрева теплоносителя;
m – масса воды;
c – теплоемкость;
∆t – температура подогрева воды;

Кроме этого понадобится значение k – КПД котла.

Из формулы (1) находим массу:
m = W/(c×∆t) ( 2 )

Поскольку КПД котла известен, уточняем формулу (1) и получаем
W = m×c×∆t×k ( 3 )
откуда находим уточненную массу воды
m = W/(c×∆t×k) ( 4 )

Рассмотрим, как рассчитать теплоаккумулятор для дома. В системе отопления установлен котел мощностью 20 кВт (указана в паспортных данных). Топливная закладка прогорает за 2,5 часа. Для отопления дома нужно 8,5 кВт/1 час энергии. Значит, за время прогорания одной закладки будет получено 20×2,5 = 50 кВт

На отопление помещений будет израсходовано
8,5×2,5 = 21,5 кВт

Лишнее произведенное тепло
50 – 21,5 = 28,5 кВт
сохраняется в ТА.

Температура, на которую нагревается теплоноситель составляет 35° С. (Разность температур в трубе подачи и «обратки». Определяется замером во время работы системы отопления). Подставляя искомые значения в формулу (4) получаем
28500/(0,8×1,163×35) = 874,5 кг

Эта цифра означает, что для сохранения тепла, выработанного котлом необходимо иметь 875 кг теплоносителя. Для этого понадобится буферная емкость для всей системы объемом 0,875 м 3 . Такие облегченные расчеты позволяют легко выбрать теплоаккумулятор для котлов отопления.

Совет. Для более точного расчета объема буферной емкости лучше обратиться к специалистам.

Способы подключения

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется различными способами.

Но в любом случае существует ряд правил, соблюдение которых обязательно:

• все соединения в системе должны быть резьбовыми или фланцевыми;
• рекомендуется установка запорной арматуры на магистрали ТА;
• оснащение КИП входов и выходов ТА;
• установка фильтров очистки на входах;
• установка манометра и предохранительного клапана на ТА;
• предусмотреть установку клапана воздухоотводчика.

План подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Соблюдение этих требований обеспечивает работоспособность и безопасность всей системы отопления. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором осуществляется по различным схемам. На фото показана одна из них. По своей сути она является упрощенной базовой моделью системы отопления. Поняв принцип ее действия можно приступать к самостоятельному монтажу.

Как выполняется обвязка смотрите на видео:

Смесительный узел котлового контура предотвращает попадание холодной воды в котел. В то же время аналогичный узел контура отопления при необходимости подает часть горячего теплоносителя в систему для поддержания в ней заданной температуры.

Балансировочный вентиль позволяет обеспечить одинаковый нагрев всех приборов отопления, на каком бы удалении от котла они не находились. При наличии дополнительных змеевиков и солнечного коллектора на крыше ТА на определенное время превращается в термоаккумулятор. Это позволяет снизить расход топлива для котла. Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу практически не изменяется.

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

К сведению. Теплоаккумулятор для котлов отопления можно не только подключить, но и изготовить своими руками, что многими уже опробовано.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла позволяет сжигать топливо с максимальным КПД, и увеличивает время между заброской дров. Наряду с ощутимой экономией топлива и комфортной температурой отапливаемых помещений это устройство становится востребованным в каждой системе отопления. Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу своими силами больших трудностей не создает.

Твердотопливный котел и буферная емкость — схема включения

Применение буферной емкости повышает комфорт отопления твердотопливным котлом. Теплоаккумулятор сглаживает скачки энергоотдачи, стабилизирует температуру в помещениях, позволяет делать топки котла значительно реже и с максимальной мощностью, при которой КПД наибольший.

Общие принципы подключения котла

В приведенной ниже схеме отопления дома с буферной емкостью имеется 3 контура:

• 1. Контур котла или «первичный». В него включены котел, буферная емкость, насос котла со смесительным узлом.
• 2. Контур радиаторов или «вторичный». Состоит из отопительных приборов (радиаторов, теплых полов…), буферной емкости, насосно-смесительного узла для отопительных приборов и элементов автоматики.
• 3. Контур горячего водоснабжения. В него входит теплообменник буферной емкости, циркуляционный насос и сантехнические приборы.

Рассмотрим подробно пример схемы отопления дома твердотопливным котлом с буферной емкостью. На ней все вышеуказанные контуры закрытые – работающие под давлением.

Схема подключения котла и буферной емкости

На схеме указано следующее.

• 1. Дымоход для твердотопливного котла. Особенности установки дымохода – можно ознакомиться дополнительно.
• 2. Группа безопасности котла. Также можно узнать подробней о группе безопасности – какая обвязка у твердотопливного котла
• 3. Котел.
• 4. Датчик температуры на подаче котла. Может быть встроенным в котел или накладывается сверху на трубу подачи. Встроенный вариант может также передавать информацию о горении топлива, о его затухании.
• 5. Буферная емкость (теплоаккумулятор). Ее объем и конструкция могут быть разными. Есть варианты предназначенные для работы под давлением или с несколькими встроенными теплообменниками для подключения нескольких контуров…. Дополнительная информация, — как подключается и применяется буферная емкость В приведенной выше схеме – емкость для работы под давлением с одним теплообменником для ГВС.
• 6. Насосно-смесительный узел. В продаже имеются готовые смесительные узлы, с контрольными термометрами, возможностью ручной и автоматической регулировки температуры, циркуляционным насосом, переключающими клапанами…. Но подобный узел можно собрать самостоятельно на основе трехходового клапана с термоголовкой. Как работает смесительный узел в схеме с твердотопливным котлом
• 7. Расширительный бак в системе отопления. Как выбрать расширительный бак, зачем нужен…
• 8. Клапан автоматической подпитки от водопровода. Не рекомендуется к установке, так как при появлении течи в системе выведет ее из строя путем постоянного замены воды, с возникновением отложений и повышенной коррозией. Рекомендуется заменить простым ручным вентилем.
• 9. Датчик температуры на улице.
• 10. Погодозависимая автоматика. В большинстве случаев будет лишней тратой и лишним усложнением. Подробней об автоматике в системах отопления домов
• 11. Комнатная автоматика – можно задать температуру в комнатах и программировать ее по времени.
• 12. Циркуляционный насос контура радиаторов.
• 13. Отопительный прибор.
• 14. Трехходовой клапан с термоголовкой управляемой автоматикой. Регулирует температуру теплоносителя на подаче в радиаторы.
• 15. Датчик температуры обратки – еще один элемент автоматики помещений – информация для управляющего контроллера, при регулировке по температуре теплоносителя.
• 16. Обратный клапан.
• 17. Циркуляционный насос ГВС. С теплоаккумулятором возможно создание ГВС с постоянной циркуляцией, — позволяет получить горячую воду сразу при открытии крана. Как сделать ГВС в доме – читайте на сайте.

Данная система отопления работает под давлением. Поэтому все оборудования для системы под давлением более дорогое.

Режимы работы отопления с буферной емкостью

Различают несколько основных режимов работы приведенной схемы.

• 1. Разогрев.
  Жидкость в контуре котла в основном циркулирует между подачей и обраткой. В обратку через смесительный узел подмешивается горячая вода прямо из подачи котла. Режим необходим для поддержания температуры на теплообменнике котла не ниже 55 градусов, чтобы не выпадала роса из газов, которая слишком вредна для металла. Температура жидкости на выходе из котла поддерживается не меньше 65 градусов. За этим следит датчик температуры (поз. 4).
  
• 2. Защита от перегрева.
  Встроенные в котел датчики и смесительный узел, позволяют реализовать естественную циркуляцию жидкости в контуре котла. При остановке циркуляционного насоса и критическом повышении температуры на выходе из котла происходит полное открытие контура в смесительном узле.

Начинается естественная циркуляция и это защищает котел от перегрева при выключенном насосе.
Еще один способ защиты котла – обязательная установка бесперебойного электропитания циркуляционного насоса первичного контура.

3. Прямой нагрев теплоаккумулятора.
Когда температура жидкости в буферной емкости поднимется больше 65 градусов, смесительный узел открывает обратку на котел только с гидроаккумулятора без подмеса горячей жидкости с подачи котла.

4. Забор тепла на отопительные приборы.
При снижении температуры воздуха в комнатах ниже установленного значения происходит включение циркуляционного насоса вторичного контура с помощью автоматики и жидкость начинает циркулировать по вторичному контуру, нагревая радиаторы. Также возможна упрощенная схема регулировки температуры жидкости термоголовкой с датчика установленного на обратке без контроллера. В данной схеме температура может задаваться автоматикой в зависимости от температуры воздуха на улице и в комнатах.

Особенности монтажа отопления с твердотопливным котлом

В данной схеме смесительным узлом котла может быть реализован режим естественной циркуляции жидкости в первичном контуре котла, что предотвратит его перегрев при остановке циркуляционного насоса. Но чтобы реализовать этот режим нужно разместить теплообменник котла ниже средней линии бака.

Также желательно общий наклона обратной трубы от бака до котла сделать в сторону котла. Диаметр применяемых труб желательно не менее 1,5 дюйма.

Приведенная схема отопления твердотопливным котлом с теплоаккумулятором может значительно изменяться в зависимости от конструкции самого теплоаккумулятора.

Популярными вариантами являются также встройка в буферную емкость электрического нагревателя. Это позволяет подогревать жидкость электричеством при необходимости, и получить совмещение твердотопливного и электрического котлов. Как подключить два котла и какую можно получить выгоду читайте здесь.

Можно будет реализовать ночной экономичный режим обогрева электричеством, не топить твердотопливный котел ночью, а также подогревать дом на автоматике до положительной температуры в случае отсутствия людей.

Также в емкости могут быть смонтированы дополнительные теплообменники подключенные к солнечным коллекторам. В южных регионах, согласно расчетам специалистов, применение солнечных коллекторов оправдано.

Популярное решение — подключать отопительные приборы через закрытый теплообменник внутри емкости. Это позволяет сделать контур котла открытым, с атмосферным давлением, что удешевляет всю схему. Котел и буферная емкость не должны быть специального прочного исполнения.

Можно применить простую накопительную емкость вместо мембранного расширительного бака большого объема (не менее 1/10 объема воды).

Вторичный же контур — замкнутый, работает с повышенным давлением, что обеспечивает оптимальные параметры работы как радиаторов, так и системы теплых полов.

Все сложные смесительные узлы в схемах могут быть заменены на собранные самостоятельно на основе трехходового клапана. Автоматика (вычислительный контроллер) может быть удалена или заменена на простую схему «датчик — реле — насос».

Кроме того умельцы реализуют самодельные буферные емкости, которые в разы дешевле от заводских. Отсутствие антикоррозийной обработки компенсируется большой толщиной металла.

Популярная конструкция – емкость объемом на массу жидкости 1т сделанная из нескольких отрезков труб большого диаметра (до 0,8 метра), которые соединены между собой в одну батарею трубопроводами.

Для примера далее рассмотрим схему отопления дома твердотопливным котлом с буферной емкостью, которая работает с атмосферным давлением (открытая схема).

Схема отопления котлом с открытой буферной емкостью

1 — расширительный бак – открытая емкость с поплавком для автоматики;
2 — обратный клапан;
3 —вентиль;
4 — подключение водопровода;
5 — котел;
6 — печь или камин со встроенным котлом;
7 — насос;
8 — фильтр;
9 — клапан;
10 — буферная емкость (теплоаккумулятор);
11 — потребитель горячей воды;
12 — предохранительный клапан;
13 —расширительный бак;
14 — редуктор давления;
15 — смесительный клапан;
16 — термостатический клапан;
17 — радиаторы;
18 — теплый пол;

Здесь для подогрева используется не только твердотопливный котел но и печь (камин) оборудованная встроенным котлом, которая была весьма популярна ранее.
Старые конструкции в доме можно использовать с современным оборудованием.

На этой схеме не реализована защита котла от холодной обратки во время разогрева, что является серьезным недостатком.

Приведенные схемы были рекомендованы к исполнению отдельными производителями отопительного оборудования.