Теплоаккумулятор для котла

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.

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:

Watch this video on YouTube

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.

Назначение теплоаккумулятора

Теплоаккумуляторную емкость можно подключать к любому типу котла

Теплоаккумулятор для различного типа котлов отопления представляет собой заполненный водой резервуар внушительного размера, который позволяет решить проблемы, возникающие при работе отопительного котла:

• перерасход энергии;
• избыточная мощность отопления;
• перегрев воды в котле;
• периодические колебания температуры нагрева из-за неравномерности самого процесса горения и несвоевременной закладки дров, угля;
• несовпадение пиков выработки и потребления тепловой энергии.

Часть проблем можно решить путем установки пиролизного котла длительного горения, но в последнем случае он не поможет. Особенность работы котла в том, что после закладки топлива мощность отдачи тепловой энергии постепенно увеличивается, достигая пиковых значений, а затем также постепенно уменьшается. Если вовремя не добавить топливо в котел, он останавливается, теплоноситель начинает остывать, а вместе с этим падает температура в доме. В период пиковой выработки тепла система не в состоянии эффективно распределять всю энергию, поскольку оснащена терморегуляторами, поэтому часть тепла растрачивается впустую. Если котел электрический, гораздо выгоднее накапливать тепло в ночные часы, когда электроэнергия рассчитывается по льготному ночному тарифу, чтобы днем потреблять электричество как можно меньше.

Резервуар теплоаккумулятора для системы отопления выполнен из нержавеющей или обычной стали, изнутри может быть покрыт защитным лаком. Стенки сверху окрашиваются теплоустойчивой краской, затем закрываются теплоизоляционным материалом и кожзаменителем. Фактически при подключении теплоаккумулятора объем теплоносителя в системе отопления увеличивается, что позволяет компенсировать пиковую мощность котла и одновременно накопить тепло для передачи ее теплоносителю при падении мощности выработки тепловой энергии котлом. Благодаря качественному утеплению вода в теплоаккумуляторе остывает долго. Она сохраняется в нагретом состоянии в течение нескольких часов и даже дней и посредством насоса подается в систему. Принцип действия теплоаккумулятора основан на разной теплоемкости различных сред, в частности воды и воздуха. Уменьшение температуры 1 л воды на один градус приводит к повышению температуры воздуха объемом 1 м3 на 4 градуса.

Зачем нужен тепловой аккумулятор

Установка теплового аккумулятора позволяет повысить эффективность работы отопительнгого агрегата и улучшить его экономичность

Тепловые аккумуляторы (буферные ёмкости) предназначены для накопления тепловой энергии во время работы отопительного оборудования и последующего её использования после отключения агрегатов. Рассмотрим несколько вариантов применения теплоаккумулирующей ёмкости как для обеспечения комфорта, так и с целью экономии.

В системах отопления, использующих дрова или уголь

Системы отопления, которые используют газ, дизельное топливо или электричество, позволяют изменять режим работы котла в широких пределах. Тепловой агрегат можно остановить или запустить в любой момент, таким образом регулируя температурный режим в помещениях.

Если в качестве источника энергии применяются дрова, уголь, то быстро прекратить горение без вреда для топлива невозможно вследствие высокой инерционности процесса. Поэтому приходится или принудительно вентилировать помещение или уменьшать количество дров (угля) в топке котла. При этом в первом случае драгоценное тепло попросту выходит наружу, а во втором приходится постоянно следить за работой агрегата.

Такая схема неэкономична и некомфортна. Решением этой проблемы является установка буферного накопителя, который позволит использовать теплоноситель из аккумулирующей ёмкости по мере надобности. Запасённое во время работы котла тепло будет подаваться в магистраль даже после полного прекращения горения.

В системе с тепловым котлом

Не секрет, что стоимость твёрдого, жидкого, газообразного топлива и электроэнергии различается и зависит как от региона проживания, так и других факторов.

Дешевле всего отапливать жилые помещения газом, но при отсутствии газопровода приходится искать другие альтернативные варианты. Например, комбинировать работу твердотопливного агрегата с электрокотлом. Все знают, что стоимость электроэнергии ночью в несколько раз ниже, чем днём. Поэтому если установить многотарифный счётчик и использовать электрокотёл в связке с теплоаккумулятором, то можно экономить деньги. Работа оборудования в ночные часы позволит поддерживать температуру в помещениях и запасать тепло, чтобы подавать его во время высокой стоимости энергии. При необходимости в работу можно включить твердотопливный агрегат, что позволит увеличить производительность системы.

В альтернативных источниках энергии

Этот вариант подразумевает использование альтернативных источников энергии. Буферная ёмкость «подзаряжается» теплом от Солнца (использование солнечного коллектора) или нашей планеты (применение теплового насоса).

Расчет объёма накопителя тепла

Объем теплоаккумулятора для отопления

Как мы уже упомянули ТА маленького объёма использовать нецелесообразно, при этом слишком большие резервуары также не всегда уместны. Вот и назрел вопрос о том, как рассчитать нужный объём ТА. Очень хочется дать конкретный ответ, но, к сожалению, его не может быть. Хотя приблизительный расчет теплоаккумулятора для отопления все же есть. Допустим, вы не знаете, какие теплопотери вашего дома и узнать не можете, например, если он еще не построен. Кстати, чтобы сократить теплопотери, нужно утеплить стены частного дома под сайдинг. Подобрать бак можно исходя из двух величин:

• площадь отапливаемого помещения;
• мощность котла.

Именно эти две характеристики являются определяющими. Разные источники предлагают свой способ расчета, но по факту эти два метода тесно взаимосвязаны. Предположим мы решили рассчитать объем теплоаккумулятора для отопления, отталкиваясь от площади помещения. Для этого нужно квадратуру отапливаемого помещения умножить на четыре. К примеру, если у нас есть маленький дом в 100 м кв, то понадобится бак 400 литров. Такой объём позволит сократить загрузку котла до двух раз в сутки.

Несомненно, и так есть пиролизные котлы, в которые закладывается топливо дважды в сутки, только в этом случае принцип работы немного отличается:

• топливо разгорается;
• уменьшается подача воздуха;
• начинается процесс тления.

В этом случае, когда топливо разгорается, температура в контуре начинает интенсивно повышаться, а потом тление поддерживает воду тёплой. Во время этого самого тления много энергии улетучивается в трубу. Помимо этого если твердотопливный котел работает в тандеме с негерметичной системой отопления, то при пиковой температуре расширительный бак иногда закипает. В нем в прямом смысле слова начинает кипеть вода. Если трубы сделаны из полимеров, тогда это просто губительно для них.

В одной из статей про полимерные трубы мы рассказывали об их характеристиках. ТА забирает часть тепла и бак может закипеть только после того, как резервуар зарядится полностью. То есть возможность закипания, при правильном объёме ТА, стремится к нолю.

Теперь попробуем рассчитать объём ТА, исходя из количества киловатт в нагревателе. Кстати, этот показатель рассчитывается на основании квадратуры помещения. На 10 м берется 1 кВт. Выходит, что в доме 100 м кв должен стоять котел минимум в 10 киловатт. Так как расчет всегда делается с запасом, то можно предположить, что в нашем случае будет стоять 15 киловаттный агрегат.

Если не учитывать количество теплоносителя в радиаторах и трубах, то один киловатт котла может нагревать приблизительно 25 литров воды в ТА. Поэтому и расчет будет соответствующим: нужно мощность котла умножить на 25. В итоге мы получим 375 литров. Если сравним с предыдущим расчетом, то результаты очень близки. Только это с тем учетом, что мощность котла будет рассчитываться с зазором хотя бы в 50%.

Помните, чем больше ТА, тем лучше. Но в этом деле, как и в любом другом, нужно обходиться без фанатизма. Если вы поставите ТА на две тысячи литров, то нагреватель просто не справиться с таким объёмом. Будьте объективны.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

• по отапливаемой площади;
• по мощности котла;
• по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того. В противном случае — по верхней

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть. За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру

Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м²  / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров.  Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

• Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
• Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.

• Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.

• Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

https://youtube.com/watch?v=sso9cNuvveQ

Преимущества и недостатки буферной емкости

Буферная емкость для котла

К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:

• максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
• обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
• удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
• автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
• возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
• обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
• возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.

К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:

• повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
• необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
• большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
• достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).

Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.

В случае с электрокотлом, ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.

Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший расход газа.

Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.

Советы по выбору

Если не знаете, какой лучше купить теплоаккумулятор и на что обратить внимание при его выборе, то ознакомьтесь с несколькими полезными советами. Они помогут найти по-настоящему качественное оборудование и избежать покупки малоэффективных моделей

Советы по выбору:

Главным критерием выбора теплоаккумулятора является его объём. Он рассчитывается с учётом нескольких параметров (мощность, «калорийность» топлива, КПД оборудования и др.). При этом большинство покупателей выбирают объём 40 литров на каждый 1 кВт мощности.
Тепловое оборудование часто размещают в небольших и труднодоступных помещениях

Поэтому при выборе теплобака важно учитывать его диаметр, общую высоту и вес. Чем меньше будут значения, тем проще станет транспортировка и монтаж.
Чтобы не допустить ошибку при выборе буферного накопителя, учитывают материал бака

Лучше всего покупать модели из нержавейки. Они устойчивы к коррозии и способны выдержать даже максимальное давление в баке. Альтернативой станут изделия из низкоуглеродистой и конструкционной стали. В этом случае понадобиться дополнительное покрытие бака эмалью.
Советуем выбирать теплобаки, оснащаемые дополнительным оборудованием. К нему относят встраиваемые ТЭНы (трубчатый электронагреватель), контрольно-измерительные приборы (например, термометры, манометры и др.), воздухоотводчики, предохранительные клапаны (для сброса давления или слива воды), тепловые насосы. В эти элементы конструкции сделают процесс эксплуатации простым и безопасным.
Перед тем как покупать теплоаккумулятор в магазине или заказывать онлайн, проверяют толщину изоляции бака. Чем больше будет значение, тем дольше устройство будет сохранять тепло.
Рекомендуем выбирать модели, у которых все подключаемые контуры соединяются фланцами или резьбовыми муфтами. В противном случае надёжность оборудования будет ниже. По той же причине все подсоединяемые трубы не должны оказывать на патрубки статической нагрузки.
В устройствах со встроенным бойлером нужно, чтобы на всех входах воды в теплоаккумулятор были установлены фильтры механической очистки. Их наличие позволит избежать попадания в бак разного мелкого мусора. При этом на выходе воды предусматривают места для установки предохранительного клапана и приборов контроля.
Советуем покупать буферные накопители, предусматривающие вертикальный монтаж. В этом случае оборудование будет занимать намного меньше места, чем в горизонтальном исполнении.
Если теплоаккумулятор устанавливается на видном месте помещения, то рекомендуем не забывать о дизайне устройства и его цветовом оформлении. В противном случае вписать оборудование в интерьер будет проблематично.
Покупайте только те теплобаки, о которых хорошо отзывается большая часть покупателей. В этом случае вероятность покупки малоэффективной модели будет ниже.

Принцип работы

Для сглаживания колебаний напряжения в сети или защиты от его кратковременного пропадания используется принцип двойного преобразования, состоящий в следующем:

1. Корректируемое переменное напряжение подается на сетевой фильтр, сглаживающий резкие колебания за счет ограничения ВЧ гармоник.
2. Оно поступает на диодный мостик, преобразующий переменную составляющую в постоянную.
3. При необходимости часть выпрямленного тока расходуется на схему зарядки дежурного аккумулятора, используемого в ситуации, когда напряжение пропадает на длительное время.
4. Основная его часть поступает на инвертор, в котором осуществляется обратное преобразование постоянной составляющей в переменную.
5. Полученное таким образом стабилизированное напряжение пригодно для питания твердотопливного или газового котла.

Преимущества использования теплоаккумулятора для котлов различного типа

Приобретая тепловой аккумулятор, пользователь ожидает значительного повышения КПД системы отопления. Однако, коэффициент увеличения отличается для котлов, использующих различные виды топлива.

Газовый котел

В газовых системах теплоаккумуляторы для отопления используются довольно редко. Причина состоит в высоком уровне автоматизации газового котла в сочетании с использованием встроенных циркуляционных насосов. Таким образом, буферная емкость будет только мешать принудительному перемещению теплоносителя по системе. Что касается экономии средств, то для газового топлива не существует особых тарифов. Следовательно, нет возможности в нагреве теплоносителя при низкой цене топлива.

Электрический котёл

Электрокотлы оборудованы эффективной системой контроля с высоким уровнем автоматизации. Однако они являются одними из самых дорогостоящих, с точки зрения цены на энергоресурсы. В сочетании с теплоаккумулятором для системы отопления затраты на электричество могут быть существенно снижены. Это происходит при условии использования двухтарифного счётчика. В ночное время при слабой загрузке энергосистемы электрический котел работает при более экономном тарифе, нагревая теплоноситель и заканчивая его в аккумулирующий бак. Утром по сигналу таймера или программатора котел отключается. В дневной период горячий теплоноситель при помощи циркуляционных насосов распределяется по системе отопления.

Твердотопливный котел

Существует несколько причин, по которым использование теплоаккумулятора для твердотопливного котла является наиболее эффективным. Прежде всего, это возможность управления системой отопления, которая делает нагрев дома более эффективным. Для газовых, электрических и даже жидкотопливных (дизельные, мазутные) котлов, существует возможность в любой момент уменьшить подачу топлива, понизив температуру теплоносителя. Твердотопливные котлы, независимо от типа: с одной топкой (классические), длительного горения или конденсационные, не могут без ущерба для конструкции одномоментно прекратить работу. Они имеют высокую степень тепловой инерции и практически не поддаются управлению. Единственный способ контроля процесса горения в топке, это регулятор тяги.

Зачастую в момент работы высвобождается избыточное количество тепла. При этом, установить терморегулятор на радиаторы отопления настоятельно не рекомендуется. Исключение нескольких контуров из общей системы теплообмена приведет к резкому росту температуры теплоносителя на обратке. Что может привести к повреждению теплообменника и топки. Комфортная температура в доме достигается путем проветривания помещений. Это является неэффективной тратой энергоресурсов. Таким образом, поддержка требуемого температурного режима твердотопливного котла выполняется исключительно вручную. Для этого необходимо систематически, через короткие промежутки времени, подавать в топку небольшое количество топлива. Что явно не облегчает обслуживание системы отопления.

Выполнив подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу, конечный пользователь получает сразу несколько преимуществ:

• Значительное повышение КПД, в некоторых случаях до 75-85%, против обычных для твердотопливного котла 45-50%;
• Возможность контролировать температуру в доме с разделением на отдельные зоны и установкой комфортных температурных параметров независимо в каждом помещении;
• Увеличивается период между загрузками топлива, кроме того основное функционирование можно перенести на дневное время;
• Уменьшается риск пиковых нагрузок при экстремальной эксплуатации, перегрева топки и теплообменника или образования конденсата, что положительно сказывается на продолжительности функционирования котла.