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.

Схемы обвязки электрокотел+теплоаккумулятор

Ссылки на смежные статьи

В статье затронуты вопросы автоматизации, в частности понятия: релейная логика, управление при помощи термостатов, термин «запрос тепла». Ссылка на отдельный цикл статей, посвященный автоматизации.

Введение

Ниже описан личный опыт автора по довольно популярной в интернете теме аккумулирования «дешевой» тепловой энергии во время действия ночного тарифа с последующим её использованием в системе внутрипольного отопления. Ночью накапливаем, днем используем.

Данная тема актуальна для владельцев домов с основным и единственным источником тепла – электрокотлом, двухтарифным счётчиком и низкотемпературной системой отопления панельного типа.

Почему именно низкотемпературная система — подробно описано в статье о теплоаккумуляторах. Экономически нецелесообразно подбирать теплоаккумулятор на небольшой диапазон рабочих температур – диапазон от максимальной температуры в полностью нагретом состоянии до минимально необходимой температуры теплоносителя для работы системы отопления.

Ещё одно важное ограничение – выделенная на участок электрическая мощность. Различные ситуации можно смоделировать, используя Excel-калькулятор (все необходимые комментарии для расчёта прописаны в файле).

1. если выделенного на участок электричества хватает для отопления без теплоаккумулятора, то хватит и с ним, но не в морозы.
2. В морозы, когда теплопотери дома равны мощности котла, ни о какой экономии речи не идет – котел будет работать напрямую на систему отопления круглые сутки. Теплоаккумулятор работает в межсезонье, когда суточные теплопотери дома меньше или равны накопленной за 8 часов ночного тарифа тепловой энергии.

Расчёт сроков окупаемости производят при средней температуре за отопительный период (СНИП «Климатология» для Вашего региона).

Самостоятельно подобрать необходимый объем теплоаккумулятора, а также смоделировать время работы поможет excel-калькулятор.

Тепловые схемы

В простейшем исполнении в теплоаккумулятор монтируется ТЭН, который нагревает ТА по ночному тарифу и днем отдает тепло. В качестве ТА народные умельцы берут готовую емкость-заготовку (или изготавливают самостоятельно) соответствующего размера, вваривают патрубки для ТЭНа и подключения теплоносителя, теплоизолируют. Получается бюджетная и пригодная для эксплуатации система открытого типа – котел, теплоаккумулятор и расширительный бак – три в одном. В закрытых системах (работающих под избыточным давлением), применяют теплоаккумуляторы заводского изготовления, но суть от этого не меняется, только цена.

Минус теплоаккумулятора со встроенным ТЭНом в ситуациях, когда система истощает запас тепла в ТА в середине дня, а дом нужно продолжать греть. Греть по дневному тарифу весь объем теплоаккумулятора неприятно, получить желаемое в системе отопления тепло только спустя несколько часов ещё неприятнее.

Более продуманная, но более сложная в реализации схема – электрокотел ставится отдельно от теплоаккумулятора, благодаря трехходовым клапанам теплоноситель переключается в нужном направлении в зависимости от ситуации.

1. Пример проекта котельной электрокотел + теплоаккумулятор

Данная тепловая схема возможно не является оптимальной с точки зрения количества используемого оборудования, но тем не менее она успешно и без нареканий работает на нескольких объектах, и, поэтому, заслужила место в данной статье.

Тепловая схема котельной

Котельная работает в трех режимах:

— Электрокотел включается днем и работает напрямую на систему отопления по двум условиям – остыл теплоаккумулятор (температура теплоносителя опустилась ниже минимальной рабочей температуры) и есть запрос тепла от С.О.(комнатный термостат сообщил системе, что дом пора греть);

— Электрокотел работает ночью на нагрев ТА, при условии отсутствия запроса тепла или на систему отопления при наличии запроса тепла. При работе на нагрев ТА котел выключается при достижении верхнего предела температуры в ТА. О полностью нагретом состоянии сигнализирует термостат в нижней части ТА.

— Система отопления работает от теплоаккумулятора только при дневном тарифе, только если есть запрос тепла и только до тех пор, пока в ТА рабочая температура теплоносителя (термостат в верхней части).

Трехходовые клапаны с двухпозиционными приводами М1,М2 переключают поток теплоносителя, насос Н1 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в заданном направлении.

трехходовой клапан с трехпозиционным приводом М3 (либо термостатический клапан TC) и насос Н2 – это классический насосно-смесительный узел системы внутрипольного отопления.

Мощность котла: По дневному тарифу котел включается на выбранное пользователем количество ступеней (от 1 до 3). По ночному тарифу котел включается на максимальную мощность (3 ступени).

Как автоматизировать? Двумя способами – релейная логика или микроконтроллер.

Релейное управление доступно каждому человеку со знанием школьного курса физики. Требуется 2 термостата с погружным датчиком – для выставления минимальной и максимальной температуры в буфере, один комнатный программируемый термостат для формирования запроса тепла, реле времени (для переключения ночной/дневной тариф), три промежуточных реле, один автоматический выключатель для удобства обслуживания, провода, щиток на 10 модулей. Всё. Этого достаточно чтобы правильно управлять нагревом и переключать потоки теплоносителя.

Электрическая схема щита управления котельной «электрокотел + теплоаккумулятор»

Комнатный термостат должен быть суточным программируемым, чтобы во время действия ночного тарифа не мешал нагревать буферную емкость. Нагревать ночью и дом и теплоаккумулятор хорошо, но выделенная на дом электрическая мощность, увы, этого сделать не позволит — что-то одно. На комнатном термостате ночная температура выставляется на 2-3 градуса ниже дневной, и, если температура упадет, электрокотел по приоритету сначала нагреет дом, и затем, насколько останется времени, будет работать на буферную емкость.

Второй способ автоматизации – использование контроллера на микропроцессорном управлении.

удаленный мониторинг всех параметров котельной, изменение параметров.

Управление трехходовым клапаном системы отопления в погодозависимом режиме, автоматическое изменение нижнего порога рабочей температуры в буфере.

Минусы: на рынке нет готовых решений для нестандартных котельных. Собрать устройство и написать программу для своей котельной придется самостоятельно, благо сейчас это популярное направление и информации в интернете достаточно. Стоимость комплектующих получится намного дешевле, чем вариант с релейной логикой.

2. Возможность подключения других источников тепловой энергии

Иногда имеет смысл предусмотреть возможность расширения проектируемой котельной и системы отопления в будущем, в зависимости от обстоятельств. Тарифы и доступность различных видов топлива – очень непостоянные величины, в любой момент всё может измениться на 180 градусов. Могут быть и другие причины, по которым приобретение и монтаж оборудования можно разделить на два этапа.

Ниже пример такой схемы.

Тепловая схема — оборудование первой очереди

Оборудование первой очереди: электрокотел, буферная емкость, система внутрипольного отопления и заложенные на будущее трубопроводы системы радиаторного отопления без отопительных приборов.

Тепловая схема — добавлено оборудование второй очереди

Оборудование второй очереди: Можно добавлять любые источники тепла. В качестве примера на схеме твердотопливный котел и газовый котел, принципиально отличающиеся по способу подключения к потребителям, система радиаторного отопления, бойлер ГВС косвенного нагрева.

3. Схема со встроенным ТЭНом

Представленный выше пример проекта не единственный возможный вариант решения задачи – способов много. Один из самых очевидных – помимо теплоаккумулятора со своим блоком ТЭНов, параллельно установить электрокотел и организовать переключение потоков теплоносителя по описанному выше алгоритму – либо трехходовым клапаном, либо двумя отдельными насосами.

Тепловая схема котельной

Источник 1 – Теплоаккумулятор со встроенным блоком ТЭНов. Объем ТА и мощность ТЭНов подобраны из расчёта нагрева от минимальной до максимальной температуры за период действия ночного тарифа.

Источник 2 – Простейший электрокотел или теплообменник с блоком ТЭНов и блоком управления.

трехходовой клапан М – Переключение источников тепловой энергии.

Трехходовой клапан ТС – поддержание температурного графика в системе внутрипольного отопления. Можно заменить приводом с погодозависимым управлением.

Насос – обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

Плюсами схемы является простота, минимальный набор оборудования и возможность параллельного нагрева ТА по ночному тарифу и работы электрокотла на систему отопления – если это позволяет выделенная на дом электрическая мощность. Релейной логикой можно реализовать любой алгоритм на основании своих пожеланий.

Из минусов – замена блока ТЭНов в теплоаккумуляторе проблематична, весь объем теплоносителя из буферной емкости придется сливать. Чтобы этого избежать, можно вместо ТЭНов подключить к ТА ещё один электрокотел с насосом и группой безопасности (как подключают твердотопливный котел к ТА), но это приводит к удорожанию котельной.

4. Схема, оптимальная по набору оборудования

Тепловая схема электрокотел + теплоаккумулятор

Котел по ночному тарифу может работать только на нагрев теплоаккумулятора. Котел по дневному тарифу включается на нагрев системы отопления, минуя ТА, по двум условиям – остыл ТА и есть запрос тепла от С.О.

Ночью возможна одновременная работа электрокотла на нагрев ТА и работа системы отопления от ТА, при наличии запроса тепла от С.О. В результате ТА может не успеть нагреться до максимальной температуры.

Основным нюансом при монтаже, позволяющим избавиться от лишнего оборудования, является необходимость обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление по кольцу ТА-С.О. и сравнительно большое сопротивление по кольцу Котел – С.О.

Если котловой насос выключен, насос системы отопления будет забирать теплоноситель из теплоаккумулятора. Если котловой насос включен и трехходовой клапан открыт в сторону системы отопления (дневной тариф) – теплоноситель будет двигаться, минуя ТА. Сопротивление теплоносителю по пути С.О.-котел будут оказывать: грязевой фильтр, выключенный насос, обратный клапан, трубопроводы.

Схема управления аналогична первой рассмотренной в статье котельной с небольшими изменениями.

Заключение, предупреждение и советы

Решение в пользу установки теплоаккумулятора должно быть тщательно взвешено. Во-первых, это не единственный и не самый простой способ экономить электроэнергию и при этом жить с комфортом. Во-вторых, чем сложнее система, тем она дороже и хлопотнее в эксплуатации. В-третьих, есть несколько существенных факторов, ограничивающих целесообразность внедрения подобных котельных – отсутствие высокотемпературных потребителей (радиаторов), выделенная на участок мощность, разница стоимости дневного и ночного тарифа.

Можно ли отапливать дом без теплоаккумулятора и при этом экономить на электричестве?

Схема подключения электрокотла к системе внутрипольного отопления.

Можно. Подключив котел напрямую к системе отопления, нужно правильно запрограммировать суточный термостат: давать команду электрокотлу ночью нагревать дом до 26-27 градусов, а днем поддерживать температуру в минимально комфортном диапазоне. Как показывает опыт, при такой схеме работы у большинства клиентов котел практически не включается по дневному тарифу и не всегда успевает нагреть дом до заданной по ночному тарифу температуры – т.е. и без теплоаккумулятора ночной тариф может быть полностью задействован.

Минусом такого решения можно считать некомфортную температуру поверхности пола на протяжении дня, но это тоже решается программированием термостата – во время действия дневного тарифа можно включать полы на 15 минут каждый час, подогревая стяжку. Будьте внимательны при выборе термостата – далеко не все модели имеют возможность программирования с точностью до четверти часа

Ещё несколько советов от автора:

1. Расстановку оборудования в котельной спланируйте под схему с теплоаккумулятором, но смонтируйте в порядке первой очереди только электрокотел, подключенный напрямую к системе теплый пол. Отдельная статья, посвященная обвязке электрокотлов, тут.
2. Ключ к реальной экономии в процессе эксплуатации – грамотная автоматизация системы отопления. Минимально может быть использован всего один комнатный термостат на весь дом, желательно – система из нескольких термостатов, объединенных одним коммутатором. Чем больше возможностей заложено в термостат – тем качественнее можно управлять системой отопления. О покомнатной автоматизации можно прочитать тут.
3. Теплоаккумулятор в порядке первой очереди имеет смысл ставить с перспективой подключения к нему в будущем твердотопливного котла или теплового насоса – т.е. тепловой схемой должна быть предусмотрена возможность их будущего подключения.
4. Если для дома расчётные теплопотери при Тнро превышают выделенную электрическую мощность, установка ТА имеет смысл только с твердотопливным котлом или иным источником тепловой энергии в качестве основного. Схема электрокотел + ТА в данном случае сама по себе неэффективна, но может успешно дополнять основной источник (например, твердотопливный котел — всего одна топка в день). В качестве примера изучите последнюю схему в этой статье.