Обвязка твердотопливного котла отопления схема с теплоаккумулятором

Твердотопливные котлы – отличное оборудование для отопления частного дома в сельской местности или в пригороде, вдали от газовых магистралей. Как и любое другое оборудование котлы на твердом топливе претерпевают изменения, модифицируются и усовершенствуются, поэтому современные модели представлены пиролизными аппаратами, котлами с теплоаккумуляторами, пеллетным оборудованием, оснащены автоматикой и средствами контроля параметров. Стандартная схема отопления с теплоаккумулятором заслуживает особого внимания, так как экономит топливо, которое и без того стоит недешево – ведь платить приходится не только за дрова, торф, пеллеты или уголь, но и за их доставку. Теплоаккумулятор для электрических и твердотопливных котлов отопления эффективнее себя проявит, если подсчет электроэнергии ведется по дневному и ночному тарифам. Отопительное оборудование с тепловым аккумулятором

Устройство отопления с ТА

Тепловой аккумулятор (ТА) для котлов отопления – составная часть отопительной системы, работающая на увеличение временного отрезка между циклами подачи топлива в топочную камеру. Конструктивно это герметичная утепленная емкость большого объема, наполненная теплоносителем из системы отопления, который постоянно циркулирует по контуру (контурам). В качестве теплоносителя используются традиционные жидкости – дистилированная вода, антифриз, водно-глюколевые растворы.
» alt=»»>

Единственная особенность, которую обязательно нужно учитывать при принятии решения о включении в схему ТА – объем отапливаемых помещений. Чем он меньше, тем меньше смысла в установке теплоаккумулятора – мощности котла и нагревательных приборов (радиаторов, батарей) вполне достаточно для обогрева небольших помещений. Как функционирует отопление с тепловым аккумулятором – упрощенная схема подключения:

1. Теплоаккумулятор включается в разрыв между котлом и трубной разводкой, то есть, нагретая в котле жидкость сразу направляется в емкость;
2. Из аккумулятора горячая жидкость перетекает в отопительные приборы посредством трубной разводки;
3. По обратной подаче жидкость снова направляется в аккумулятор, а из него – в котел для нового цикла нагревания.

Принципиальная схема работы отопления с тепловым аккумулятором

Потоки подачи и обратки должны постоянно смешиваться – это условие эффективной работы теплового аккумулятора. Но нагретый теплоноситель поднимается вверх, а остывший – опускается вниз, поэтому сложность обеспечения работоспособности системы заключается в том, чтобы создать такие условия, при которых некоторый объем горячей жидкости опускался на дно аккумулятора для нагрева остывшей жидкости из обратки. Заряженный аккумулятор – это резервуар, в котором весь объем теплоносителя имеет одинаковую температуру.

После сгорания очередной порции твердого топлива котел перестает нагревать воду, и начинает работать ТА. Горячий теплоноситель продолжает двигаться в системе, отдавая тепло и охлаждаясь в батареях. Циркуляция будет продолжаться до тех пор, пока теплоноситель не остынет полностью, или в котел не загрузится новая порция дров или угля.

При наличии системы автоматики критическое охлаждение теплоносителя не допускается, так как подача твердого топлива в системе отопления с твердотопливным котлом контролируется датчиками температуры: при достижении определенного значения, означающего, что котел перестал поддерживать горение, датчик подает сигнал в исполнительную систему, которая открывает задвижку подачи топлива – угля, пеллет или торфа.

Автоматическая загрузка топлива в твердотопливный котел

Недостатки работы системы отопления с теплоаккумулятором для дачных и садовых домиков с сезонным проживанием:

1. Помещения прогреваются дольше;
2. Из-за маленьких размеров ТА увеличивается объем отопительного контура, поэтому самый дешевый теплоноситель для таких систем – вода. Антифриз и другие синтетические жидкости обойдутся слишком дорого.

» alt=»»>
Но каждый раз по приезде вновь наполнять систему водой – занятие хлопотное, а, если выездите на дачу два-три раза в месяц – просто бессмысленное. Поэтому в ТА встраиваются дополнительные стальные спиральные трубы, выполняющие роль отопительных контуров. Теплоноситель, протекающий по спиралям, не контактирует с теплоносителем в ТА, а является отдельным и автономным контуром отопления или ГВС. Реализацией такого несложного приема можно добиться универсальности применения любого котла, даже простейшего одноконтурного. Причем КПД такого оборудования будет использован максимально.

Теплоаккумулятор со спиралевидным контуром

Роль таких пассивных спиралей могут выполнять и активные элементы – электрические ТЭНы, которые могут подключаться к электрической сети или быть автономными – работать от энергии солнца (солнечных аккумуляторов). Такой способ нагрева теплоносителя или ГВС считается вспомогательным.

Схема обвязки с тепловым аккумулятором

Схем отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором можно разработать сколько угодно – все будет зависеть от реальных условий эксплуатации отопления, расположения помещений, их площади, применяемого оборудования, и т.д. Традиционная и стандартная обвязка твердотопливного котла отопления схема с теплоаккумулятором работает следующим образом:

На рисунке ниже стрелками указаны перемещения теплоносителя по системе, при этом обратка вверх двигаться не может. Чтобы забирать теплоноситель из обратки, в схему включается циркуляционный насос между аккумулятором и котлом, который перекачивает больше жидкости, чем насос до ТА. Таким образом, образуется перепад давлений в трубах, и жидкость забирается из трубы обратной подачи в резервуар. Небольшой недостаток этой схемы заключается в том, что контур будет нагреваться дольше. Простейшая схема обвязки с теплоаккумулятором

Для уменьшения этого временного отрезка реализуется такое устройство отопления (рисунок ниже по тексту) с замкнутым циклом прогревания котла. Работает схема так: теплоноситель не поступает из ТА в котел до тех пор, пока она не нагреется в рубашке котла до заданной температуры. После достижения заданного значения некоторый объем жидкости из трубы подачи поступает в аккумулятор, а часть смешивается в системе с жидкостью из ТА, и снова подается в котел. Обвязка теплоаккумулятора с контуром прогревания котла

В результате реализации такой схемы котел всегда принимает нагретую жидкость, что поднимет его КПД, уменьшает время прогрева отопительного контура и позволяет организовать автономный режим работы включением двух байпасов:

1. При неработающем насосе и перекрытом вентиле нижнего байпаса работает обратный клапан;
2. При неработающем насосе и обратном клапане работает нижний байпас.

» alt=»»>
Из-за высокого сопротивления обратного клапана потоку теплоносителя его можно не включать в схему:

Обвязка без обратного клапана для системы с естественной циркуляцией теплоносителя

При аварийном отключении электричества шаровый вентиль открывается вручную. При работе схемы только с принудительной циркуляцией теплоносителя обвязка с ТА делается по следующей схеме: Обвязка для системы с принудительной циркуляцией теплоносителя

Как рассчитать требуемый объем теплоаккумулятора

Слишком большой или слишком маленький резервуар для накопления тепла в виде нагретого теплоносителя– это неэффективное решение, поэтому требуемый объем резервуара подлежит математическому расчету, точные результаты которого получить сложно из-за приблизительных первоначальных данных – тепловых потерь в помещении, свойств утеплителя стен и фундамента дома, теплоизолирующих качеств стройматериалов стен, перекрытий и перегородок, этих же параметров оконных и дверных проемов. Но приблизительно провести расчет теплоаккумулятора все же можно, и рассчитан такой прием именно на незнание точных тепловых потерь здания, тем более, если его только предстоит построить.

Выбор размеров и объема резервуара под тепловой аккумулятор можно сделать, отталкиваясь от следующих параметров:

1. Общая площадь отапливаемых помещений;
2. Тепловая мощность нагревательного оборудования.

Эти два параметра и определяют объем ТА.

Допустим, необходимо вычислить объем теплового аккумулятора для отопительной системы, исходя из отапливаемой площади помещения. Формула для расчета простая: площадь в квадратных метрах умножается на четыре (Sx 4). Например, для дома общей отапливаемой площадью 50 м 2 потребуется резервуар на 200 литров. При таком объеме ТА, как показывает практика, загружать котле твердым топливом можно всего одни раз в сутки. Это – очень хорошая экономия и очень хороший КПД.

Расчет объема теплоаккумулятора отопления

Знающие хозяева скажут, что можно просто установить пиролизный котел, который будет работать так же. Но работа такого котла немного сложнее и менее эффективна, так как:

1. Сначала топливо возгорается и разгорается;
2. Затем ограничивается подача воздуха;
3. Последним активируется тление топлива (пиролиз).

При возгорании топлива температура теплоносителя резко возрастает, а пиролизный процесс поддерживает ее на заданном уровне, причем во время протекания пиролиза много тепловой энергии просто исчезает в трубу дымохода, не обогревая почти ничего. Еще один минус – при открытой системе отопления на пиках разогрева теплоноситель может закипать и выплескиваться из расширительного бачка, а при использовании ПВХ труб для разводки отопления они быстрее выходят из строя от высокой температуры.

Схема подключения теплоаккумулятора с твердотопливным котлом и электрокотлом

Буферная емкость, неотъемлемая часть схемы подключения твердотопливного или электрического котла. При одновременном использовании двух типов теплогенераторов, установленных в единую систему отопления бак накопитель играет роль гидравлического разделителя.

Обвязка теплоаккумулятора с твердотопливным котлом или электрокотлом преследует несколько важных задач: аккумулирует и отдает энергию, предотвращает гидравлические удары и перегрев теплоносителя, обеспечивает равномерный нагрев теплонесущей жидкости.

Зачем нужна буферная ёмкость для ТТ или электрокотла

Теплоаккумулятор работает как электроаккумулятор. При включенном котле бак собирает тепловую энергию. Внутри ёмкости (в зависимости от модели) вмещается от 200 до более чем 3000 л воды.

Нагретый теплоноситель из котла поступает в накопительный бак, покрытый теплоизоляционным слоем. Внутри емкости теплоаккумулятора горячая вода сохраняет температуру в течение 5-18 часов. Сразу после отключения котла, выступающего основным источником тепловой энергии, вода в системе отопления начинает остывать. Недостаток тепла компенсируется за счет нагретого и сохраненного в буферной ёмкости теплоносителя.

Описанный принцип работы используется по-разному. Так, теплоаккумулятор в системе отопления с твёрдотопливным котлом устанавливается по нескольким причинам:

после отключения ТТ котла по причине прогорания дров или угля, в ночное время суток, обогрев здания продолжается;

перегрев и закипание теплоносителя (частое явление при работе ТТ котла) исключается;

при установке накопителя с контуром ГВС, можно обеспечить горячее водоснабжение дома;

бак с двумя теплообменниками может одновременно подключаться к котлу, системе горячего водоснабжения и солнечным коллекторам или геотермальному насосу.

Подключение буферной емкости к электрокотлу используют с несколько другой целью — с двух тарифным счетчиком. Плата за электричество по «ночному тарифу» существенно снижается. Теплоаккумулятор устанавливают с таким расчетом, чтобы нагреть его в период льготного тарифа на электроэнергию. Экономия при грамотном расчете теплоаккумулятора составит не менее 30%, по сравнению с обвязкой электрокотла без буферной емкости.

Для простоты расчетов объём бака и определение расхода теплоносителя высчитывают по следующей таблице:

Жилая площадь / время автономной работы

Как подключить буферный накопитель к котлу

Чтобы выполнить правильную обвязку необходимо хорошо понимать, как устроен бак. Внутри накопитель — это пустая бочка. В верхней части присутствуют два патрубка для подключения к теплогенератору и системе отопления. Внизу присутствуют аналогичные отводы, для обратки.

Правильная обвязка котла с буферной емкостью должна обеспечить соблюдение нескольких условий:

нагретый теплоноситель в баке должен двигаться по направлению к системе отопления и вниз;

не допускается, чтобы охлажденную жидкость, находящуюся внизу ёмкости, выдавливало наверх.

Схема отопления с теплоаккумулятором в частном доме предназначена справиться с описанными выше задачами. Проектирование и изготовление обвязки — это сложный процесс, требующий определенных инженерных навыков.

Обвязка теплоаккумулятора с одним котлом

Существуют отличия в подключении буферной емкости в самотечной и с принудительной циркуляцией теплоносителя в системе. Разница заключается в нескольких аспектах, влияющих на схему обвязки:

Принудительная циркуляция — типовая схема подключения буферной емкости к твердотопливному котлу. Обеспечивает необходимую скорость зарядки теплоаккумулятора. Особенность обвязки в том, что требуется монтаж двух циркуляционных насосов, устанавливаемых непосредственно перед и сразу после накопительного бака, на обратке.
При этом необходимо рассчитать мощность насосного оборудования, чтобы во время работы теплоноситель с обратки не поднимался в теплоаккумуляторе под давлением в верх, и не подмешивался к горячей жидкости. Для этого насос до накопителя должен иметь меньшую мощность, чем тот, что установлен сразу после него. Это рекомендуемая схема подключения теплового аккумулятора с твердотопливным котлом.
Так как точно отрегулировать циркуляцию и давление воды в системе перед и после бака сложно, непосредственно перед емкостью устанавливают балансировочный кран.

Гравитационная система — теплоноситель циркулирует естественным способом, соответственно проблема выдавливания в баке холодной воды наверх решена сама собой. Следуя законам физики горячая жидкость будет подниматься вверх. Холодная соответственно опускаться вниз.
Недостатки решения : теплоноситель, циркулирующий самотеком, будет сильнее нагревать точки отопления, расположенные ближе к котлу. Решить проблему можно следующим способом:

схема с использованием трехходового крана — узел ставят так, чтобы теплоноситель в первую очередь направлялся к радиаторам отопления и только после достаточного нагрева в бак.

подключение с одним насосом — узел размещают непосредственно перед котлом, после теплоаккумулятора. Такое решение позволяет сделать обвязку без трехходового клапана. Установка циркуляционного насоса в систему делает систему энергозависимой. Чтобы избежать остановки обогрева после отключения электричества, используют байпас.

Открытая система отопления с циркуляционным насосом уступает по своей теплоэффективности обвязке с принудительным движением теплоносителя.

Теплоаккумулятор в системе отопления с естественной циркуляцией необходимо расположить выше уровня радиаторов отопления. Компенсация давления осуществляется за счет мембранного или открытого расширительного бака.

Монтаж теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется с применением предохраняющей и регулирующей арматуры. Обязательно устанавливают сепаратор воздуха, расширительный бак мембранного или открытого типа, трехходовой клапан, узел безопасности (манометр, сбросовый клапан, воздухоотводчик).

Схема буферной ёмкости с двумя котлами

Принцип обвязки во многом напоминает рассмотренный выше. Используется параллельное подключение электрокотла и твердотопливного котла. Подача теплоносителя осуществляется следующим способом:

твердотопливный котел устанавливается как основной источник тепла;

на подачу через трехходовой клапан с электроприводом, подключенный к термостату, ставится электрокотел;

после устанавливаются сепаратор воздуха и циркуляционный насос;

выполняется монтаж буферной емкости на отопление;

на обратку монтируют узел подпитки, модуль защиты от холостого хода, мембранный бак.

Если планируется монтаж многовалентной системы отопления, следует использовать гидрострелку. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором и электрическим котлом работает следующим образом:

основным источником тепла остается котел на твёрдом топливе;

после прогорания дров и остывания теплоносителя, какое-то время нагрев поддерживается за счет буферной емкости;

как только температура нагрева падает до предельных значений, включается электрокотел.

Возможно подключение бойлера косвенного нагрева к теплоаккумулятору, с встроенным змеевиком ГВС. Для обеспечения достаточного количества тепла запас мощности котла должен составлять не менее 50%. Для дома с площадью 200 м², котел должен быть мощностью не менее 40 кВт. Такой производительности будет достаточной, чтобы прогреть систему отопления и зарядить теплоаккумулятор.