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.

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.