Расчет, подбор теплоаккумулятора для отопления дома твердотопливным котлом — Блог компании — Интернет-магазин Свит Тепла

Типовая схема обвязки котла с теплоаккумулятором
Буферная или емкость или теплоаккумулятор для отопления используется для накопления горячего теплоносителя с целью его более рационального использования. Однако, большинство систем отопления с газовыми, электрическими и дизельными котлами функционируют без аккумулирующего бака. Следует определить, в каких именно случаях

Объем буферного бака аккумулятора

Давайте разберемся в том, какой объём теплоаккумулятора должен быть. Есть расхожие мнения, которые основываются на расчете исходя из:

  • площади помещения;
  • мощности котла.

Давайте разберемся с каждым из них. Если отталкиваться от площади помещения, то точных рекомендаций быть не может. Так как есть много факторов, влияющих на время автономной работы системы без котла, основной из которых – это теплопотери помещения. Чем лучше утеплен дом, тем дольше буферная емкость сможет обеспечивать жилье теплом.

Конечно, чем больше резервуар, тем лучше, но чтобы нагреть большее количество теплоносителя понадобиться больше мощности нагревателя. Расчет мощности котла делается исходя из отапливаемой площади. Один киловатт прогревает десять метров. Можно поставить и пятитонный резервуар, только если котел не потянет такие объёмы, смысла никакого в установке такого большого теплоаккумулятора не будет. Значит, нужно вносить коррективы в расчет мощности самого котла.

Получается, что, возможно, правильнее делать расчет исходя из мощности котла. Возьмём для примера все тот же дом 200 м кв. Приблизительный расчет объёма буферной емкости следующий – один киловатт энергии прогревает 25 литров теплоносителя. То есть если стоит нагреватель мощностью 20 Вт, то объём ТА должен быть около 500 литров, чего явно недостаточно для такого жилья.

По итогам расчетов можно сделать вывод, что если вы собрались ставить теплоаккумулятор, то нужно учитывать это при подборе мощности котла и брать не один, а два киловатта на десять метров отапливаемой площади. Только тогда система будет сбалансированная. Объём ТА также влияет и на расчет вместительности экспанзомата. Экспанзомат – это расширительный бак, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Чтобы посчитать его объём нужно взять общий объём теплоносителя в контуре, включая вместительность буферной емкости, и поделить на десять.

Применение теплоаккумуляторов в ТТ отопительных системах

Стандартный тепловой аккумулятор (или, как его еще называют, буферная емкость) – это утепленная емкость (бочка), заполненная теплоносителем, использующаяся для накапливания излишков тепла, возникающих при работе ТТ котлов. Конструкция его такова, что без особого труда можно самому сделать теплоаккумулятор из подручных средств. Главное – точный расчет и грамотная схема включения.

Основные достоинства данного элемента:

  1. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором позволяет экономить топливо. При работе, котел нагревает теплоноситель не только в отопительном контуре, но и непосредственно в баке. При прогорании топлива в топочной камере температура теплоносителя в СО поддерживается накопленным теплом аккумулятора тепла. Грамотное утепление и правильно подобранная емкость устройства позволяет сохранять тепло в СО на протяжении суток, что значительно сокращает расход топлива.
  2. Бак-аккумулятор позволяет значительно увеличить срок службы ТТ котельного оборудования. Благодаря буферному баку, ТТ котел работает значительно меньше, в результате чего его срок службы увеличивается более чем вдвое.

Третьим, но не менее важным достоинством можно считать безопасность ТТ котлоагрегата которую обеспечивает теплоаккумулятор. Данная конструкция является наиболее эффективным механизмом поглощения избыточной тепловой энергии, которая часто приводит к аварийным ситуациям вследствие перегрева котла.

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.

Типы буферных емкостейБуферная 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.

Предыстория

Так получилось, что некоторое время назад я приобрёл частный дом на некотором «удалении от цивилизации». Удалённость от цивилизации определяется главным образом тем, что газ там отсутствует в принципе. А разрешённая мощность электрического подключения не предоставляет технической возможности отапливать дом электричеством. Единственным реальным источником тепла в зимнее время является использование твёрдого топлива. Другими словами, дом был оборудован печкой, которую прежний хозяин топил дровами и углём.

Если кто-то имеет опыт использования печки, то ему не нужно объяснять, что это занятие требует постоянного контроля. Даже в не слишком холодную погоду невозможно заложить в печку дрова один раз и «забыть» про неё. Если положить слишком много дров, то в доме станет жарко. А после прогорания топлива, дом всё-равно быстро остынет. Волей-неволей, для поддержания комфортной температуры нужно постоянно подкладывать дрова понемногу. А в сильные морозы печь нельзя оставить без присмотра даже на 3-4 часа. Если не хочешь проснуться утром в холодном помещении, будь добр хотя бы один раз за ночь к печке подойти…

Разумеется у меня желания работать кочегаром не было. И поэтому я сразу же стал думать о более удобном способе отопления. Конечно, при невозможности использования газа или электричества, таким способом могла стать только современная система отопления на твёрдом топливе, состоящая из твердотопливного котла, теплоаккумулятора и простейшей автоматики для включения и выключения рециркуляционного насоса.

Чем современный котёл лучше обычной печки? Он занимает намного меньше места, в него можно заложить больше топлива, он обеспечивает лучшее сгорание этого топлива при максимальной загрузке, и теоретически с его помощью можно большую часть тепла оставить в доме, а не выпустить в трубу. Но в отличие от печки, твердотопливный котёл практически не возможно использовать без теплоаккумулятора. Я так подробно об этом пишу, потому что знаю множество людей, которые пытались отапливать дом такими котлами, подключая их напрямую к трубам отопления. Ничего хорошего у них не получилось.

Что же такое теплоаккумулятор или, как его ещё называют, буферная емкость? В простейшем случае это просто большая бочка с водой, стенки которой имеют хорошую теплоизоляцию. Котёл за два-три часа своей работы нагревает воду в этой бочке. А потом эта горячая вода циркулирует по системе отопления до тех пор, пока не остынет. По мере остывания, котёл нужно разжигать снова. Простейший теплоаккумулятор легко сделает любой сварщик. Но я, после непродолжительных раздумий, от этой идеи отказался и купил готовый. Поскольку живу я в Украине, то обратился в компанию «Теплобак» и ни разу не пожалел: здесь аккумулирующие баки делают профессионально и очень качественно.

В зависимости от объёма теплоаккумулятора, мощности котла и того, сколько тепла нужно дому, котёл приходится топить не постоянно, а один-два раза в сутки, или даже раз в двое-трое суток.

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

  1. Снижение затрат на энергоносители.
  2. Увеличение КПД отопительной системы.
  3. Отсутствие перегрева.
  4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
  5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
  6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

  1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
  2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
  3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
  4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
  5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей

Это может быть важно если они имеют различные химические составы

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС. 

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

Основные технические характеристики теплоаккумулятора для частного дома

Бак теплоаккумулятора имеет цилиндрическое или квадратное сечение и объём от 200 до 30000 л. Материалы для изготовления служит нержавеющая сталь или металлические сплавы с антикоррозионным покрытием. Кроме того, наличие воды, занимающей весь внутренний объем замедляет интенсивность коррозии. Буферные емкости небольшого объема покрывают изнутри эмалью. Некоторые производители предлагают емкости, изготовленные из термостойких полимерных материалов с дополнительными ребрами жесткости для укрепления конструкции. Такие изделия не боятся коррозии, однако имеют существенные ограничения по размерам в связи с низкой прочностью материала.

Некоторые баки имеют горизонтальные перегородки, разделяющие внутреннее пространство на отдельные секции. Это способствует более выраженному температурному расслоению воды. Как следствие, повышается эффективность управления тепловыми потоками.

Количество пар патрубков подачи и обратки зависит от системы отопления. Большинство моделей имеют от 2 до 10 пар. При этом на каждую пару рекомендует устанавливать отдельный циркуляционный насос. В конечном счете, более целесообразно при обвязке котла с теплоаккумулятором дополнительно использовать тепловой коллектор (гребенку) для распределения теплоносителя по контурам.

Некоторые модели предоставляют возможность установки дополнительных нагревательных элементов. Теплоаккумулятор с тэном, в зависимости от его мощности, может стать полноценным источником тепла, полностью заменив твердотопливный котел, при менее эффективных режимах обогрева.

Расчёт теплоаккумулятора для отопления и особенности его выбора

Объём ёмкости буферного накопителя находится в прямой зависимости от мощности твердотопливного котла. На практике, это выражается следующим образом. Объём бака должен быть такой, чтобы имеющийся в нем теплоноситель полностью нагревался до расчетной температуры за время одной загрузки топлива. Учитывая, что время эффективного нагрева классического твердотопливного котла составляет порядка 3-4 часов. Такой режим работы позволяет сократить количество загрузок до 1-3 как в сутки, что обеспечивает КПД близкий к максимальному.

Выполним расчет теплоаккумулятора на примере частного коттеджа площадью 150 м2. При достаточно эффективном утеплении сооружения, при температуре окружающей среды -30°С теплопотери такого дома могут достигать 15 кВт/ч. В сутки теплопотери составят около 360 кВт/ч.

При условии отопления дома сухими березовыми дровами, имеющими выход тепловой энергии 3,8 кВт/ч/кг. Общие суточные затраты топлива могут составить 95 кг. При условии, что объем топки среднего по размерам котла составляет около 50 л в неё можно свободно загрузить 30 кг дров. Что даст 114 кВт/ч тепловой энергии. Это значит, что в сутки необходимо выполнить три полные загрузки.

Для упрощения расчетов принимается, что на 1 кВт мощности котла необходимо 18-23 л воды в аккумулирующем баке. При условии, что вся тепловая энергия, которую обеспечивает котел, используется только для нагрева теплоносителя в баке его объем должен составлять 1,5 тонны. Исходя из практики, твердотопливный котел для обеспечения системы отопления с одновременным нагревом воды в аккумуляторе должен иметь избыточную мощность. Если обычно системы отопления принимается 1 кВт на 1 м2, в сочетании с буферной емкостью мощность должна быть увеличена 25-30% и составлять 20-25 кВт.

Если твердотопливный котёл определенной мощности уже имеется, то расчетный объём бака необходимо сокращать на треть. Таким образом, она составит для данного дома 1000л.

Принимаем теплоотдачу котла на одной загрузке равную 38 кВт/ч. (3 часа работы на березовых дровах (30кг) 114 кВт/ч.). Из них на поддержание системы отопления дома уходит около 15 кВт/ч, а на нагрев теплоносителя в баке остальные 23 кВт/ч. Соответственно, буферная емкость объёмом 1000 л будет нагреваться до плановой температуры на протяжении 2,8 часа, что соответствует продолжительности одной загрузки.  Следовательно, объём бака буферной емкости подобран правильно.

После того как котёл погаснет температура теплоносителя из бака будет достаточно для обеспечения комфортного уровня температуры в помещениях на протяжении 3-4,5 часов. То есть одной загрузке котла в сочетании с буферной емкостью достаточно на 6-7,5 часов. Это означает сокращение количества загрузок топлива на треть при температуре -30°С и вдвое при -10°С.

Изготовление твердотопливного котла своими руками

Твердотопливный котел для частного дома чисто теоретически можно изготовить самостоятельно. Для этого необходимо взять большую 300-мм трубу, от которой отрезается метровый кусок. Из стального листа нужно вырезать дно по диаметру трубы и приварить элементы. Ножками котла могут выступить 10-сантиметровые швеллеры.

Изготавливая твердотопливный котел для частного дома, вы должны будете выполнить распределитель воздуха в виде окружности из листа стали. Ее диаметр должен быть меньше, чем труба на 20 мм. В нижнюю часть круга необходимо приварить крыльчатку из уголка. Размер его полки должен составить 50 мм. Для этого подойдет и швеллер с такими же размерами. В центральную верхнюю часть распределителя следует приварить 60-миллиметровую трубу, которая должна располагаться выше котла. В середине диска распределителя проделывается отверстие по трубе, чтобы образовался сквозной тоннель. Он необходим для подачи воздуха.

К верхней части трубы приделывается заслонка, которая будет обеспечивать регулировку подачи воздуха. Если перед вами встал вопрос о том, как сделать твердотопливный котел, то вы должны ознакомиться с технологией. Следующий этап указывает на необходимость выполнения нижней части оборудования, где будет располагаться дверь в зольник. Сверху прорезаются отверстия. В этом месте приваривается труба на 100 мм. Вначале она будет идти под некоторым углом в сторону. Затем вверх на 40 см, а после строго вертикально. Через перекрытие проход дымохода должен быть защищен по правилам противопожарной безопасности.

Завершение изготовления котла сопровождается работой над верхней крышкой. В ее центральной части должно располагаться отверстие для трубы распределителя. Прилегание к стенке оборудования должно быть плотным. Попадание воздуха здесь исключено.

Изготовив твердотопливный котел длительного горения на дровах, вы должны будете разжечь его в первый раз. Для этого снимают крышку, поднимают регулятор, а оборудование заполняют доверху. Топливо обливают горючей жидкостью. Внутрь бросают горящую лучину через трубу регулятора. Как только топливо разгорится, поток воздуха необходимо будет снизить до минимума, чтобы дрова начали тлеть. Как только произойдет возгорание газа, котел запустится.

Подключение (обвязка) теплоаккумулятора к системе отопления

По общему правилу буферная емкость подключается к системе отопления параллельно отопительному котлу, поэтому такая схема называется также схемой обвязки котла.

Приведем обычную схему подключения ТА к системе отопления с твердотопливным обогревательным котлом (для упрощения схемы на ней не указаны запорная арматура, приборы автоматики, контроля и другое оборудование).

Упрощенная схема обвязки теплоаккумулятора

На данной схеме обозначены следующие элементы:

  1. Обогревательный котел.
  2. Тепловой аккумулятор.
  3. Отопительные приборы (радиаторы).
  4. Циркуляционный насос в обратной магистрали между котлом и ТА.
  5. Циркуляционный насос в обратной магистрали системы между приборами отопления и ТА.
  6. Теплообменник (змеевик) для горячего водоснабжения.
  7. Теплообменник, подключенный к дополнительному источнику тепла.

Один из верхних патрубков бака (поз. 2) присоединяется к выходу котла (поз. 1), а второй – непосредственно к подающей магистрали системы отопления.

Один из нижних патрубков ТА подключается к входу котла, при этом в трубопроводе между ними устанавливается насос (поз.4), обеспечивающий циркуляцию рабочей жидкости по кругу от котла к ТА и наоборот.

Второй нижний патрубок ТА подключается к обратной магистрали системы отопления, в которой также установлен насос (поз. 5), обеспечивающий подачу нагретого теплоносителя к отопительным приборам.

Чтобы обеспечить функционирование отопительной системы при внезапном отключении электроэнергии или выхода циркуляционных насосов из строя, они обычно подключаются параллельно основной магистрали.

В системах с естественной циркуляцией теплоносителя циркуляционные насосы (поз. 4 и 5) отсутствуют. Это значительно увеличивает инерционность системы, и при этом делает ее полностью энергонезависимой.

Теплообменник для ГВС (поз. 6) располагается в верхней части ТА.

Месторасположение теплообменника дополнительного нагрева (поз. 7) зависит от типа источника поступающего тепла:

  • для высокотемпературных источников (ТЭН, газовый или электрический котел) он размещается в верхней части буферной емкости;
  • для низкотемпературных (солнечный коллектор, тепловой насос) – в нижней части.

Указанные на схеме теплообменники не обязательны (поз. 6 и 7).

Как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу своими руками?

Сейчас многие владельцы частных домов, которые живут вдалеке от центральной магистрали отопления, переходят на твердотопливные котлы. Но эти устройства имеют существенный недостаток – для поддержания в помещении нужной температуры их нужно растапливать дважды за сутки, иначе можно остаться без тепла. Чтобы этого не случилось, в домашнюю систему отопления вводят еще один узел – теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Его еще называют накопителем из-за способности удерживать тепло.

Преимущества теплоаккумуряторов

Механизм работы теплового аккумулятора

Теплоаккумулятор может полноценно заменить бойлер горячего водоснабжения. При этом оба устройства сопоставимы по стоимости.

Однако аккумулятор тепла не только обеспечит горячее водоснабжение, но и решит целый комплекс дополнительных задач. Применяя твердотопливный котел с теплоаккумулятором, можно получить множество преимуществ:

  • срок службы отопительного оборудования увеличивается в несколько раз;
  • котел никогда не будет работать в режимах предельных нагрузок или же вхолостую;
  • выравнивается температура теплоснабжения дома. В случае, когда в котле вода не успевает нагреваться, автоматически горячий теплоноситель подается из резервного бака. И наоборот, излишки температуры носителя будут отбираться и аккумулироваться;
  • правильно подобранная емкость продолжает забирать тепло у котла даже при полном сгорании топлива;
  • экономия ресурсов достигает 30%.

Достоинства аккумуляторов оценили многие производители твердотопливных котлов. И теперь они предоставляют свои гарантии на оборудование только в случае установки дополнительных резервуаров.

Дата: 25 сентября 2020

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...