Система отопления с теплоаккумулятором для твердотопливного котла

Для оптимизации сжигания твердого топлива применяются специальные устройства. Теплоаккумулятор для котла – это буферный бак, который используется для накопления избыточного объема тепла, образующегося во время функционирования обогревателя. Зарезервированный ресурс позже применяется отопительной системой в промежутке между плановой подачей основного топлива.

Другими словами, при наличии теплоаккумулятора отпадает необходимость в частом посещении котельной, поскольку дрова сгорают в оптимальном режиме. Но для организации подобного подхода, необходимо подобрать правильную буферную емкость, а после верно соединить с отопительным прибором. Поэтому нужно более детально разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, каковы его преимущества и недостатки, как его выбрать и правильно состыковать с системой отопления частного домовладения.

Конструкция и действие теплоаккумулятора

Устройство буферного резервуара для системы отопления частного дома не отличается особой сложностью, но свои конструктивные особенности имеются. Стандартный теплоаккумулятор для котлов — это обыкновенная металлическая емкость расчетной вместительности, окутанный слоем теплоизоляции.

В самых простых образцах фабричного выпуска имеются лишь патрубки, через которые подключается твёрдотопливный котлоагрегат, и гильзы для монтажа термометров. В буферных баках более высокой ценовой категории термометры уже интегрированы, а самые дорогостоящие модели снабжаются теплообменником в виде змеевика.

Предназначение змеевиков в конструкции накопительной емкости — нагревание жидкости для снабжения ГВС и присоединение солнечных батарей. Закономерно, что данная функция нужна только при подходящих погодных условиях. В целом же теплоаккумулятор для твердотопливного котла отопления призван решать следующие задачи:

1. Создание условий для работы теплогенератора с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
2. Комфортная использование ТТ-котла, когда нет надобности подбрасывать дрова в топку каждые несколько часов, в том числе в ночное время.
3. Разогрев и подача жидкости питьевого качества на 1-2 точки водозабора (опционально).

Большая часть изготовителей оборудования для обогрева, функционирующего на твердом топливе, в документах указывают, что очень рекомендуется произвести подключение теплоаккумулятора к ТТ-котлу.

Причина такая: теплогенератор достигает наибольшей производительности при режиме функционирования, близком к максимальному. Излишек производимой тепловой энергии необходимо куда-нибудь пристроить до момента подачи в отопительную систему, вот для этого и потребуется буферный резервуар с водой.

Без наличия термоаккумулятора, мы пытаемся всякими способами «придушить» котел, ограничив подачу кислорода для процесса горения. Такие действия не только снижают КПД теплового агрегата до 40%, но и провоцируют выброс токсичного угарного газа в окружающий воздух.

Почему не нужно так часто посещать котельную: зарезервированная в буферном резервуаре тепловая энергия еще долго будет использоваться для обогрева здания при условии правильного расчета его объема. Помимо этого, при совокупной деятельности ТТ-котла с теплоаккумулятором угроза перегрева и закипания жидкости в рубашке прибора сводится почти к нулевой отметке.

Кроме работы с дровяными генераторами тепла, можно применять теплоаккумуляторы и с агрегатами, работающими на электричестве. Однако такой симбиоз рационален только при условии, что в ночное время тариф потребляемой электроэнергии в 2-3 раза ниже дневного. За ночь электроустановка способна сполна «зарядить» тепловой накопитель, а он передавать данную энергию для обогрева здания будет днем.

Внимание! При таком варианте использования электрического котла, расчет мощности прибора необходимо удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило для обогрева здания и загрузку бака по ночному тарифу.

Так как устройство теплоаккумулятора не является секретом, то многие мастера изготавливают накопительный бак своими руками. Об технологии самостоятельной сборки «Сантехник Портал» тоже расскажет.

Преимущества и недостатки

Теплоаккумулятор для системы отопления, в которой в качестве источника энергии используется твердотопливный агрегат, обладает массой достоинств:

1. Повышение удобства эксплуатации котла, так как после завершения горения дров система обогрева продолжает снабжать жилище теплой водой из бака. Нет необходимости подниматься посреди ночи, чтобы загрузить новую порцию топлива в топочную камеру.
2. Наличие накопителя предохраняет от закипания и поломки водяной рубашки теплогенератора. Если неожиданно отключили электричество или термостатические головки, поставленные на батареях, перекрыли циркуляцию теплоносителя по причине достижения требуемой температуры, то котел будет согревать жидкость в баке.
3. Исключается подача холодного водного потока из обратного трубопровода в горячий чугунный теплообменник после неожиданного включения циркуляционного насоса, то есть защищает чугунный сердечник от резкого перепада температуры.
4. Тепловые аккумуляторы могут эксплуатироваться в качестве гидрострелки, что делает функционирование всех контуров системы независимыми, а это тоже приводит к экономии тепла.

Необходимость соблюдения всех требований к размещению буферного бака и увеличение стоимости организации системы отопления – это единственные отрицательные черты использования аккумулирующих резервуаров. Однако за этими инвестициями и неудобствами монтажа последуют минимальные затраты в течение долгосрочной эксплуатации.

Разновидности аккумуляторов тепла

Все накопительные устройства осуществляют почти одинаковые функции, однако имеют определенные конструкционные особенности. Изготовители выпускают буферные емкости трех типов:

• пустотелые (без внутреннего теплообменника);
• с 1-2 змеевиками, которые способствуют более эффективному функционированию приборов;
• со встроенными бойлерными баками для правильного функционирования системы ГВС.

Подключается тепловой аккумулятор к обогревающему котлу и коммуникационной разводке индивидуальной системы отопления при помощи резьбовых отверстий, которые расположены на внешнем корпусе прибора.

Пустотелый накопитель. Бак без внутреннего змеевика и бойлера считается самым примитивным прибором и оценивается дешевле модифицированных аналогов. Данный агрегат подключается к одному или нескольким котлам, используя центральные коммуникации, а потом при помощи патрубков происходит разводка к точкам потребления.

Возможно подсоединение к дополнительному обогревателя, работающего на электрической энергии. Пустотелый прибор способен обеспечить качественный обогрев частного дома, снижает до минимума вероятность излишнего нагрева воды и обеспечивает абсолютную безопасность эксплуатации системы для потребителя.

Агрегат с одним или двумя змеевиками. Модели теплового накопителя с внутренними теплообменниками являются более совершенными вариантами широкого спектра использования. Верхний змеевик в конструкции несёт ответственность за сбор тепла, а нижний теплообменник выполняет усиленный нагрев самого буферного бака.

Существование теплообменных отделов в приборе даёт возможность круглые сутки получать горячую воду для бытовых потребностей, подогревать емкость от солнечных батарей, совершать прогревание придомовых построек и предельно рационально применять тепло для любых целей.

Изделие с внутренним бойлером. Такой тепловой накопитель является прогрессивным прибором, который не только накапливает избытки тепла, произведенного котлом, но и обеспечивает поставку горячей воды в точки водозабора. Внутренний бойлерный резервуар производится из нержавеющей легированной стали и комплектуется магниевым анодом. Данное устройство сокращает уровень жесткости воды и предупреждает возникновение накипи на стенках.

Теплоаккумулятор данного типа подсоединяется к разнообразным видам котлов и способен функционировать как с открытыми, так и с закрытыми системами. Накопитель с внутренним бойлером также способен контролировать уровень температуры теплоносителя и защищает отопительные контуры от перегрева оборудования.

Установка такого прибора снижает расход топлива, а также уменьшает количество и частоту загрузок. Сочетается с солнечными батареями любой модели и может выполнять функции гидравлической стрелки.

Накопитель для твердотопливного и электрического котла

Буферный бак с ТТ-котлом. Главная характерная черта котла, работающего на твердом топливе – цикличность. Сначала в топочную камеру помещается дрова и на протяжение определенного отрезка времени осуществляется разогрев. Максимальная мощность агрегата и самые высокие температуры, то есть его максимальная производительность, наблюдаются на пике горения порционной загрузки.

После этого теплопередача плавно уменьшается, а когда дрова полностью догорают, процесс производства полезной согревающей энергии прерывается. По такому принципу действуют все котлы, в том числе агрегаты длительного горения.

Сделать точную настройку прибора на генерирование тепла в каждый конкретный момент невозможно. Подобная функция имеется лишь в современных электрических и газовых установках. Поэтому непосредственно в момент розжига и во время выхода на фактическую мощность, а потом в процессе остывания и вынужденного пассивного состояния котла тепловой энергии для полноценного отопления дома и нагревания горячей воды может просто не хватить.

Зато во время пиковой работы агрегата и активной фазы горения топлива количество выделяемой энергии будет избыточным и ее большая часть просто исчезнет вникуда. В результате ресурс истратится нецелесообразно, а собственникам будет необходимо регулярно загружать в топку новые порции дров.

Эту проблему решает монтаж теплоаккумулятора, который в пиковый момент горения будет забирать лишнее тепло, а в нужный момент отдавать тепловую энергию жидкости. Теплоноситель нагревается и начинает циркуляцию по магистрали и радиаторам, обогревая здание в обход остывшего котла.

Накопитель для электрической системы. Обогрева дома электрической энергией — довольно дорогостоящий способ, однако иногда его обустраивают по причине отсутствия возможности использовать другие виды топлива. Понятно, что при таком варианте отопления траты на электроэнергию существенно увеличатся и поддержание комфортных условий в доме обойдется в немалые счета.

Чтобы сократить расходы на оплату электроэнергии можно пользоваться оборудованием по максиму в период льготной тарификации, однако для такого режима эксплуатации прибора необходим буферный бак большого объема. Во вместительном резервуаре будет скапливаться тепловая энергия, произведенная в льготный период, потом ее можно будет потратить на обогрев жилья и подачу горячей воды на точки водозабора.

Как рассчитать буферную емкость?

Главный критерий, по которому подбирается теплоаккумулятор для твердотопливного котла, — это его объем, величина которого зависит от:

• тепловой нагрузки на отопительную систему;
• мощности котла отопления;
• предполагаемой длительности работы без источника тепла.

Прежде чем высчитать вместимость буферного бака, следует прояснить все приведенные аспекты, начиная со средней тепловой мощности, которую потребляет система. Максимальную мощность принимать для расчета не стоит, это ведет к увеличению габаритов сборника, а, следовательно, и к росту цены агрегата.

Лучше пару суток в году перетерпеть неудобства при частой загрузке топки, чем тратить большие деньги на покупку большого теплоаккумулятора, который будет применяться малорационально.

Внимание! Чтобы обеспечить теплом жилое здание площадью 200 кв. м. хватает буферного бака, вмещающего 1 т теплоносителя, а это объем 1 кв.м.

При этом система отопления с теплоаккумулятором не будет правильно работать, если у котла недостаточно мощности. В такой ситуации «зарядить» накопитель в полной мере не получится никогда, так как генератор должен сразу отапливать жилище и загружать резервуар. Поэтому твердотопливный котел для обвязки с теплоаккумулятором должен иметь двукратный запас тепловой мощности.

Методику расчета требуемого объема теплового аккумулятора предлагаем изучить на примере здания площадью 200 кв.м. при длительности простоя теплогенератора 8 часов. Предположим, что вода в баке прогреется до 90 °С, а в процессе остынет до 40 °С. Для прогрева такой площади в самое холодное время потребуется 20 кВт теплоты, а ее среднее потребление составит приблизительно 10 кВт/ч. Следовательно, бак должен накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии.

Далее расчет объема буферного бака для твердотопливного котла осуществляется по формуле 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; 1.163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в емкости составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

В результате вычислений по формуле мы выяснили, что объем буферного резервуара несколько больше, чем рекомендуемый. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда жилье хорошо утеплено, средний расход теплоты на площадь 200 кв.м. будет меньше, чем 10 кВт/ч.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать объем накопителя тепла для твердотопливного котла, нужно применять более точные исходные данные по потреблению тепла.

Критерии выбора теплоаккумулятора

Другие критерии подбора буферного бака для отопления не так значимы и, в основном, касаются разнообразных дополнительных опций.

Одна из них – встроенный змеевик, который осуществляет нагрев жидкости для хозяйственных потребностей. Может оказаться весьма полезным, в случае отсутствия других источников подогрева, однако для большого расхода в сети ГВС такой вариант точно не подойдет. Помимо этого, теплообменник заберет часть «заряда» теплового аккумулятора, сократив продолжительность автономной деятельности отопления.

Другая полезная опция – встроенный в верхнюю часть резервуара ТЭН, который способен поддерживать температуру теплоносителя на установленном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать жилье в течение какого-то времени после того, как накопитель тепла «разрядился», а генератор еще не начал работу.

Еще один змеевик для подсоединения солнечных коллекторов может быть полезен только в южных областях, где активность Солнца даст возможность заряжать теплоаккумулятор.

А вот на что действительно необходимо обратить внимание при выборе прибора, так это на рабочее давление накопительного бака. Нужно учитывать, что большая часть твердотопливных котлов рассчитана на давление в рубашке до 3 Бар, следовательно, и буферный резервуар должен свободно выдерживать такой же напор.

Схемы подключения накопительной емкости

Подсоединение правильно выбранного аккумулятора даёт возможность сократить расходы на закупку топлива (до 50%) и позволяет перейти на режим одной загрузки в день вместо двух.

Если снабдить установку интеллектуальными регуляторами и температурными датчиками, а подачу тепла из накопительного бака в отопительную систему автоматизировать, теплоотдача значительно вырастет, а количество порций топлива, загружаемых в топочную камеру греющего аппарата, намного снизится.

Вариантов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления имеется много. Однако все они производные от базовой схемы. С ее помощью легко понять, как эти приборы функционируют в паре, а после все собрать своими руками.

ТТ-котел обладает традиционным котловым контуром со смесительным узлом, чья задача — не допустить подачу холодного теплоносителя в источник тепла. Затем подающий и обратный трубопроводы подсоединены к буферному резервуару, соответственно, сверху и снизу.

Таким же образом к аккумулятору подключается система отопления, также оборудованная узлом смешивания. Его цель — поддерживать в системе необходимую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при надобности.

Базовая схема подключения теплоаккумулятора:

Важный момент! Практическая производительность циркуляционного насоса контура котла должна быть несколько выше, чем у насосного оборудования отопительной сети. Это даст возможность жидкости внутри емкости двигаться в правильном направлении.

Но фактически сетевой насос будет мощнее котлового, потому что сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, чем 3-5 м трубы от твердотопливного котла до буферного бака. Более высокая мощность и напор необходимы прибору, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, нужно только правильно настроить оба механизма.

Существует два варианта решения этой задачи:

1. В случае применения 3-скоростных насосов, можно настроить их производительность переключением скоростей.
2. Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и осуществлять регулировку.

Параллельный подогрев радиаторов и послойная загрузка накопителя возможны, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Чтобы это проверить, необходимо установить термометры на обеих вводах обратки в бак и производить регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. При этом трехходовой клапан отопительной сети необходимо до конца открыть вручную.

Регулировкой нужно добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это значит, что часть горячей воды идет на «зарядку» аккумулятора.

Альтернативная схема. Особенность данного способа обвязки буферной емкости и твердотопливного котла заключается в том, что при отключении электроснабжения работоспособность системы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб.

Альтернативное подключение теплоаккумулятора к отопительной системе:

Внимание! На картинке показано подключение буферной емкости к закрытой системе отопления, однако при установке ее лучше сделать открытой.

Суть заключается в следующем: благодаря Т-образному вводу сверху резервуара, совершается синхронный обогрев радиаторов и «зарядка» накопителя. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая прибор после достижения в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного терморегулятора, с которым связан сетевой насос.

Как сделать теплоаккумулятор своими руками?

Максимально упрощенную модификацию теплового накопителя можно сделать своими руками из обычной стальной бочки. Если такого резервуара в распоряжении нет, то можно купить несколько листов из нержавеющей стали толщиной не менее 2 мм и сварить из них подходящий по размеру бак в форме вертикальной цилиндрической емкости бака.

Алгоритм сборки теплоаккумулятора своими руками:

1. Вырезать из нержавейки заготовки по размерам и сварить корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов использовать струбцины и угольник.
2. Далее нужно прорезать в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставить внутрь заготовленные трубы и обварить их торцы снаружи.
3. Прихватить к баку дно с крышкой. Вырезать в них отверстия и повторить операцию с установкой внутренних растяжек.
4. Когда все противоположные стенки резервуара надежно связаны друг с другом, можно начинать сплошную проварку всех швов.
5. Затем необходимо установить на изделие опоры из отрезков трубы.
6. Врезать штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на чертеже.
7. Приварить к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

После сварки всех частей агрегата, нужно проверить его на герметичность. Для этого емкость необходимо заполнить водой или смазать сварные швы керосином. Если протечки не обнаружено, то можно перейти к созданию утеплительного слоя, который позволит жидкости внутри резервуара максимально долго оставаться горячей.

Сначала внешнюю поверхность бака необходимо тщательным образом зачистить и обезжирить, после этого прогрунтовать и покрасить термостойкой порошковой краской, чтобы защитить накопитель от процессов коррозии. Затем нужно обернуть емкость утеплителем или рулонной базальтовой ватой толщиной 6-8 мм и закрепить ее шнурами либо обычным скотчем. При желании можно накрыть поверхность листовым металлом или «закутать» аккумулятор в фольгированную пленку.

Во внешнем слое необходимо вырезать отверстия для отводных патрубков и подключить самодельный буферный бак к котлу и отопительной системе. Накопительную емкость требуется оборудовать термометром, датчиками внутреннего давления и взрывным клапаном. Данные компоненты дают возможность контролировать потенциально возможный перегрев резервуара и периодически сбрасывать избыточное давление.

Правила безопасного использования

К накопителям тепла, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляются особо строгие требования безопасной эксплуатации:

1. Горячие детали емкости не должны примыкать или как-то иначе контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого пункта может спровоцировать возгорание отдельных предметов и привести к пожару в котельном помещении.
2. Закрытая отопительная система подразумевает постоянное высокое давление теплоносителя, циркулирующего внутри. Для это конструкция буферного бака должна быть полностью герметичной. Дополнительно можно усилить ее корпус ребрами жесткости, а крышку на резервуаре оборудовать прочными резиновыми прокладками, устойчивыми к интенсивным эксплуатационным нагрузкам и повышенным температурам.
3. Если в конструкции присутствует дополнительный ТЭН, требуется очень тщательно заизолировать его контакты, а бак — обязательно заземлить. Таким способом получится избежать удара током и короткого замыкания, который способен вывести всю систему из строя.

При соблюдении данных правил, использование теплового аккумулятора, собранного своими руками по рабочей схеме, будет полностью безопасным и не доставит владельцам никаких проблем и хлопот.

Таким образом, сайт «Сантехник Портал» не оставляет никаких сомнений в том, что теплоаккумулятор для котла значительно улучшает условия эксплуатации прибора. Твердотопливный агрегат сжигает дрова с максимальной выработкой КПД, а после прогрева количество походов в котельную снижается до минимума. Однако данное устройство заводского производства — недешевое удовольствие, поэтому большинство аккумуляторов в частных домах сделаны своими руками или на заказ у мастеров.