Нюансы использования
Закономерен вопрос — зачем нужен термоаккумулятор, если система отопления и так неплохо справляется с поставленной задачей? Именно поэтому стоит тщательнее разобрать все случаи, когда применение подобного устройства оправданно.
Подсоединение
Неважно, оснащен ли твердотопливный котел водяным контуром или нет, при оптимальном режиме топливо сгорает, образуя как можно меньше остатков, причем не только золы, но и кислоты с дегтем. Мощность в таких системах регулируется ограничением доступа кислорода в топку
Однако израсходовать все тепло, выделяемое при сгорании твердого топлива, не представляется возможным – иначе радиаторы будут сильно нагреваться, а трубы быстро изнашиваться.
При этом использование теплоаккумулятора для работы твердотопливного котла дает следующие возможности: отправка тепла, которое вырабатывает котел, в бак теплоаккумулятора и циркуляция теплой воды в системе после полного сгорания топлива в котле.
Применение в электрокотлах
Когда дома установлен электрокотел, то монтаж к нему теплоаккумулятора эффективен при снижении тариф на потребление электроэнергии (двухтарифный счетчик) в ночное время. Нужно запрограммировать таймер котла на включение ночью, и он будет нагревать дополнительную емкость аккумулятора, а днем полученная тепловая энергия будет обогревать жилье.
Такая простая схема использования теплоаккумулятора и электрического котла в комплексе позволяет значительно снизить расходы на электроэнергию.
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
Схема обвязки ТТ котла с естественной циркуляцией
Перебои с электричеством в нашей стране нередки, причем обычно они случаются в самую плохую погоду. Поэтому во многих селах и деревнях предпочитают делать системы отопления с естественной циркуляцией — гравитационные. Они работают независимо от наличия электроэнергии, так что дом без тепла не останется.
Подключение котла на твердом топливе в гравитационную систему отопления
Приведенная на схеме обвязка твердотопливного котла для гравитационной системы — самый простой из возможных вариантов. В системе обязательно наличие расширительного бака. Он необходим для компенсации теплового расширения: во время нагрева объем теплоносителя увеличивается, и он вытесняется в расширительный бак. В системах с естественной циркуляцией расширительный бак ставят открытого типа. Это обычная емкость, в которой находится некоторое количество теплоносителя (около половины объема или меньше). Чтобы теплоноситель меньше испарялся, на бак ставят крышку. А чтобы одновременно еще и отводить воздух из системы, поднимают его в самую высокую точку системы.
Принцип работы системы отопления с естественной циркуляцией
В системах этого типа теплоноситель движется благодаря уклону труб. Для обеспечения циркуляции котел должен находиться в самой нижней точке, все отопительные приборы — выше него. Кроме этого, приходится использовать трубы большого сечения — чтобы снизить сопротивление при движении теплоносителя.
От котла труба поднимается вверх, затем, постепенно понижаясь, труба подачи обходит все отопительные приборы. Обратка подключается с обратным уклоном — к котлу. Работает схема так: нагретый теплоноситель за счет высокой температуры поднимается вверх по вертикальной трубе, с небольшим уклоном идет подача (немного выше уровня радиаторов). Эта часть называется разгонная петля. Далее по наклонной трубе подачи, за счет силы гравитации и набранной скорости, обходит все отопительные приборы.
Основной принцип работы естественной циркуляции — перепад высот и разница температур
Проходя по трубам и радиаторам теплоноситель остывает. Остывший теплоноситель имеет большую массу, чем горячий. Более холодный теплоноситель стремится вниз, создавая давление. За счет этого и происходит циркуляция — нагретый теплоноситель стремится вверх, холодный — вниз. Но система работает только при правильно подобранном диаметре труб и их уклоне.
Что еще необходимо
В приведенной выше схеме есть масса недостатков:
Нет предохранительного клапана — это устройство ставят на выходе котла. С его помощью происходит сброс лишнего теплоносителя при его закипании. Если этот клапан не установить, возможен разрыв труб, радиаторов, теплообменника, расширительного бака (если он закрытого типа).
- Нет воздухоотводчика. Если система открытого типа (расширительный бак в этом случае просто емкость с крышкой), воздух может выходить через расширительный бак. Но при разветвленной системе необходимы дополнительные устройства для отведения воздуха на радиаторах.
Указанные два устройства обязательны, но еще желателен манометр и термометр. Они нужны для контроля за системой. Термометров желательно иметь два — на выходе и на входе котла. Чтобы можно было оценить эффективность работы системы, подстроить и отрегулировать теплоотдачу радиаторов.
Недостатки
Основное достоинство гравитационной схемы обвязки твердотопливного котла — независимость от наличия электроэнергии. Недостатков намного больше:
Невысокая эффективность и невозможность регулировки. Скорость движения теплоносителя в таких системах невысокая. Поэтому добиться высокой эффективности не получается. Регулировать ее тоже нет возможности. Так что подстроиться под погодные условия невозможно.
- Каждый раз когда система разогревается ( утром, например), температура теплоносителя в обратке очень низкая. Из-за этого образуется конденсат, разъедающий теплообменник. И бороться с этим нет возможности.
- Неэстетичность исполнения. Для обеспечения циркуляции трубы подачи должны располагаться выше радиаторов. Обвязка твердотопливного котла в гравитационной системе делается трубой 32 мм или более. Иногда подачу тянут над ними — на уровне метра (или чуть выше) от пола, иногда — пускают под потолком. А трубы имеют немалый диаметр, так что вид тот еще.
Все эти недостатки приводят к тому, что системы отопления с естественной циркуляцией делают все реже. Люди предпочитают сделать резервированное электропитание (поставить аккумуляторные батареи или/и генератор) и иметь более удобную и регулируемую систему отопления.
Зачем нужна обвязка твердотопливного котла?
Подключенный твердотопливный котел
Итак, что получит владелец ТТ котла, если правильно подключит его ко всем системам? Преимуществ много и они весьма важны:
В системах с естественной циркуляцией теплоноситель будет равномерно циркулировать по всем трубам систем. Во всем, что касается систем с принудительной циркуляцией – там за движение теплоносителя отвечает насос.
Повышается уровень безопасной работы – это особенно актуально, если давление воды в системе резко увеличивается. Если никак не компенсировать его, то котел, как и сама обвязка могут быть повреждены
А если в этот момент рядом с агрегатом будут находиться люди, то могут пострадать и они.
Удаляется воздух из системы – это очень важно, так как воздушные пробки в трубах могут привести к тому, что какая-то часть радиатора останется холодной, не прогреется. А значит и дом не будет равномерно прогреваться.
Оптимизируется работа нескольких контуров – вы можете задать нужную вам температуру для радиаторов, теплых полов и других систем обогрева.
Помните, что любой твердотопливный котел, в отличие от других видов котлов, поставляется без циркуляционного насоса, расширительного/мембранного бачка и других атрибутов автоматики. Вам придется устанавливать их самостоятельно.
Расчет объема накопительного бака
Данное решение заключается в том, что теплоаккумулятор, сделанный своими руками, представляет собой обычную утепленную емкость с двумя патрубками для присоединения к системе отопления. Суть заключается в том, что котел в процессе работы частично направляет тепловой носитель в накопительный бак, когда радиаторы в этом не нуждаются. После отключения источника тепла происходит обратный процесс: работа системы отопления поддерживается водой, поступающей из аккумулятора. Для этого нужно будет правильно выполнить обвязку накопительной емкости с теплогенератором.
Первым делом надо определить объем бака для аккумуляции тепловой энергии и произвести оценку возможности его размещения в котельной. Кроме того, изготовление теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов необязательно начинать с нуля, есть различные варианты подбора готовых сосудов подходящей вместительности.
Мы предлагаем ориентировочно определить объем бака самым простым способом, основанным на законах физики. Для этого надо иметь такие исходные данные:
- тепловая мощность, потребная на обогрев дома;
- время, в течение которого источник тепла будет отключен и его место займет аккумулирующая емкость для отопления.
Способ расчета покажем на примере. Есть здание площадью 100 м2, где теплогенератор простаивает 5 часов в сутки. Укрупненно принимаем необходимую тепловую мощность в размере 10 кВт. Это значит, что каждый час аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт энергии, а на весь промежуток времени ее надо накопить 50 кВт. При этом вода в баке нагревается минимум до 90 ºС, а температура на подаче в системах отопления частных домов при стандартном режиме принимается равной 60 ºС. То есть, разность температур составляет 30 ºС, все эти данные мы подставляем в хорошо знакомую из курса физики формулу:
Поскольку мы хотим узнать количество воды, что должен содержать тепловой аккумулятор, то формула принимает такой вид:
- Q – общий расход тепловой энергии, в примере равен 50 кВт;
- с – удельная теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж / кг ºС или 0.0012 кВт / кг ºС;
- Δt– разность температур воды в баке и подающем трубопроводе, для нашего примера это 30 ºС.
m= 50 / 0.0012 х 30 = 1388 кг, что занимает ориентировочный объем 1.4 м3. Итак, тепловая батарея для твердотопливного котла емкостью 1.4 м3, наполненная водой, нагретой до 90 ºС, будет обеспечивать дом площадью 100 м2 теплоносителем с температурой 60 ºС в течении 5 часов. Потом температура воды упадет ниже 60 ºС, но еще какое-то время (3—5 часов) понадобится на полную «разрядку» аккумулятора и остывание помещений.
Важно! Для того чтобы тепловой аккумулятор, изготовленный своими руками, успевал полностью «зарядиться» во время работы котла, последний должен иметь не менее чем полуторный запас по мощности. Ведь отопителю надо одновременно обогревать дом и загружать накопительный бак горячей водой
Виды твердотопливных котлов
Данные устройства различаются разновидностями используемого топлива, количеством топок и камер горения, способом подачи топлива, материалом, из которого они изготовлены. Существуют несколько видов твердотопливных котлов .
Нагреватели постоянного горения
Они изготовляются из чугуна или стали, содержат одну или две топки, работают только на угле и дровах, цикл работы составляет 4–6 часов, топливо подается вручную. Схема управления таким оборудованием в основном механическая, температура котла 60–70 градусов, разница между подачей и обраткой 20 градусов.
Потребляемая мощность от 7 до 50 кВт, а КПД – 80–90%.
Это самые недорогие котлы, используются там, где нет газопровода, часто они подключаются к системе отопления как резервные.
Устройства длительного горения
Стальные однотопочные агрегаты – топка расположена сверху, что обеспечивает более длительное горение одной закладки (дрова более 24 часов, уголь – до 144 часов) и равномерный прогрев теплоносителя.
Работает на дровах и их производных (брикеты, опилки, стружка и прочее), а также на угле. Температура котла 70–80 градусов, мощность до 50 кВт, КПД – 90–95%. Подача топлива происходит вручную.
Пиролизные твердотопливные
Они производятся из стали, имеют две камеры, соединенные форсункой. Технология заключается в том, что основное топливо (сухие дрова с влажностью не более 25%), сгорая в первой камере, выделяют горючий древесный газ, который воспламеняется во второй камере.
Цикл работы в случае подключения буферной емкости возможен от 6 часов до суток, рабочая температура котла от 70 до 95 градусов, потребляемая мощность до 120 кВт, КПД 90–95%.
Эти котлы намного дороже других, но эффективней и экологичней, т.к. золы образуется минимум, а сажи нет вообще.
Стальные агрегаты работают на гранулах (пеллетах), изготовляемых из отходов древесины – опилок, стружек и прочее. При наличии съемных колосников есть возможность использовать уголь и дрова.
Достигаемая температура – 70–80 градусов, мощность до 400 кВт, рабочий цикл от 24 до 144 часов.
Схема подачи топлива в таких котлах может быть автоматизирована, управление электронное. Этот вид оборудования используется для отопления помещений с большой площадью.
Закрытый тип с принудительной циркуляцией
Несложная схема с циркуляционным насосом, который перемещает теплоноситель по системе. Уклон как таковой уже не требуется соблюдать. Насос, а также термодатчик (контролирует работу насоса) устанавливаются на обратке (между расширительным баком и котлом), подключаются к электросети.
Схема отопления закрытого типа с принудительной циркуляцией
Данная обвязка отличается большей производительностью из-за использования устройства терморегулировочного. Может использоваться там, где подача электроэнергии стабильна. Иначе при отключении электричества остановится система отопления.
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.
Как подключить твердотопливный котел
Каноническая схема подключения твердотопливного котла содержит два главных элемента, позволяющих ей надежно функционировать в системе отопления частного дома. Это группа безопасности и смесительный узел на основе трехходового клапана с термоголовкой и датчиком температуры, показанные на рисунке:
Примечание. Здесь условно не показан расширительный бак, поскольку он может располагаться в разных местах в различных отопительных системах.
Представленная схема показывает, как подключить агрегат правильно и должна всегда сопровождать любой котел на твердом топливе, желательно даже пеллетный. Вы можете где угодно найти различные общие схемы отопления – с теплоаккумулятором, бойлером косвенного нагрева или гидрострелкой, на которых данный узел не показан, но он там должен быть обязательно. Подробнее об этом рассказано на видео:
Задача группы безопасности, устанавливаемой прямо на выходе подающего патрубка твердотопливного котла, — сбрасывать в автоматическом режиме давление в сети при его росте сверх установленного значения (обычно – 3 Бар). Этим занимается предохранительный клапан, а кроме него элемент оснащен автоматическим воздухоотводчиком и манометром. Первый выпускает появляющийся в теплоносителе воздух, второй служит для контроля над давлением.
Внимание! На отрезке трубопровода между группой безопасности и котлом не допускается установка любой запорной арматуры
Как работает схема
Смесительный узел, предохраняющий теплогенератор от конденсата и температурных перепадов, работает по такому алгоритму, начиная от растопки:
- Дрова только разгораются, насос включен, клапан со стороны системы отопления закрыт. Теплоноситель циркулирует по малому кругу через байпас.
- При повышении температуры в обратном трубопроводе до 50—55 °С, где стоит накладной датчик выносного типа, термоголовка по его команде начинает нажимать на шток трехходового клапана.
- Клапан потихоньку открывается и холодная вода понемногу поступает в котел, смешиваясь с горячей из байпаса.
- По мере того как прогреваются все радиаторы растет общая температура и тогда клапан перекрывает байпас полностью, пропуская весь теплоноситель через теплообменник агрегата.
Данная схема обвязки – самая простая и надежная, ее монтаж можно спокойно выполнить своими руками и таким образом обеспечить безопасную работу твердотопливного котла. Касательно этого есть парочка рекомендаций, особенно при обвязке дровяного отопителя в частном доме полипропиленом или другими полимерными трубами:
- Участок трубы от котла до группы безопасности сделайте из металла, а дальше прокладывайте пластик.
- Толстостенный полипропилен плохо проводит тепло, из-за чего накладной датчик станет откровенно врать, а трехходовой кран – запаздывать. Для корректной работы узла участок между насосом и теплогенератором, где стоит медная колба, тоже должен быть металлическим.
Другой момент – место установки циркуляционного насоса. Лучше всего ему стоять там, где он изображен на схеме – на обратке перед дровяным котлом. Вообще, ставить насос можно и на подаче, но вспомните, о чем говорилось выше: при аварийной ситуации в подающем патрубке может появиться пар. Насос не может перекачивать газы, поэтому при попадании в него пара циркуляция теплоносителя остановится. Это ускорит возможный взрыв котла, ведь он не будет охлаждаться протекающей из обратки водой.
Способ удешевления обвязки
Схему защиты от конденсата можно удешевить, если поставить трехходовой смесительный клапан упрощенной конструкции, не требующий подключения накладного температурного датчика и термоголовки. В нем уже вмонтирован термостатический элемент, настроенный на фиксированную температуру смеси 55 либо 60 °С, как это изображено на рисунке:
Специальный 3-ходовой клапан для твердотопливных отопительных агрегатов HERZ-Teplomix
Примечание. Подобные клапаны, поддерживающие фиксированную температуру смешанной воды на выходе и предназначенные для установки в первичный контур твердотопливного котла, выпускают многие известные бренды — Herz Armaturen, Danfoss, Regulus и другие.
Установка такого элемента однозначно позволяет сэкономить на обвязке ТТ-котла. Но при этом теряется возможность изменения температуры теплоносителя с помощью термоголовки, а ее отклонение на выходе может достигнуть на 1—2 °С. В большинстве случаев эти недостатки несущественны.
Схемы обвязки теплового аккумулятора
Осмелимся предположить, что если вы заинтересовались этой статьей, то, скорее всего, решили сделать тепловой аккумулятор для отопления и его обвязку своими руками. Схем подключения можно придумать много, главное, чтобы все работало. Если вы правильно понимаете процессы, происходящие в контуре, то вполне можете поэкспериментировать. То, как вы подключите ТА к котлу, повлияет на работу всей системы. Давайте для начала разберем самую простую схему отопления с теплоаккумулятором.
Простая схема обвязки ТА
На рисунке вы видите направление движений теплоносителя
Обратите внимание на то, что движение обратки вверх запрещено. Чтобы этого не происходило, насос между ТА и котлом должен прокачивать большее количество теплоносителя, нежели тот, который стоит до резервуара
Только в таком случае будет образовываться достаточная втягивающая сила, которая будет отбирать часть тепла из подачи. Минус такой схемы подключения – это длительное время разогрева контура. Чтобы его сократить, нужно создать кольцо прогрева котла. Его вы можете увидеть на следующей схеме.
Схема обвязки ТА с контуром прогрева котла
Суть контура разогрева заключается в том, что термостат не подмешивает воду из ТА до тех пор, пока котел не прогреет ее до установленного уровня. Когда котел разогрелся, часть подачи уходит в ТА, а часть перемешивается с теплоносителем из резервуара и поступает в котел. Таким образом, нагреватель всегда работает с уже нагретой жидкостью, что увеличивает его КПД и время разогрева контура. То есть батареи станут теплыми быстрее.
Такой метод установки теплоаккумулятора в систему отопления позволяет использовать контур в автономном режиме, когда насос работать не будет
Обратите внимание, что на схеме показаны только узлы подключения ТА к котлу. Циркуляция теплоносителя к радиаторам происходит по-другому контру, который также проходит через ТА
Наличие двух байпасов позволяет перестраховаться дважды:
- обратный клапан включается в работу, если насос остановлен и шаровой кран на нижнем байпасе перекрыт;
- в случае остановки насоса и поломки обратного клапана циркуляция осуществляется через нижний байпас.
В принципе, в такую конструкцию можно внести некоторые упрощения. Учитывая тот факт, что у обратного клапана высокое сопротивление потока, его можно исключить из схемы.
Схема обвязки ТА без обратного клапана для гравитационной системы
При этом, когда пропадет свет, нужно будет вручную открыть шаровой кран. Следует сказать, что при такой разводке ТА должен находиться выше уровня радиаторов. Если вы не планируете, что система будет работать самотеком, то обвязку системы отопления с теплоаккумулятором можно выполнить по схеме, указанной ниже.
Схема обвязки ТА для контура с принудительной циркуляцией
В ТА создается правильное движение воды, что позволяет шар за шаром, начиная с верхнего, прогревать ее. Возможно, возникнет вопрос, что делать, если не станет света? Об этом мы рассказывали в статье об источниках альтернативного питания для системы обогрева . Это будет экономнее и удобнее. Ведь гравитационные контуры выполняются из труб большого сечения, к тому же должны соблюдаться не всегда удобные уклоны. Если посчитать цену труб и фитингов, взвесить все неудобства монтажа и сравнить это все с ценой ИБП, то идея установки альтернативного источника питания станет очень привлекательной.
