Использование тепловых аккумуляторов в системе отопления оптимизирует сжигание твердого топлива в котлах. Проще говоря, благодаря буферному цилиндру домовладельцу не нужно часто посещать котельную, и дрова будут гореть оптимально. Однако для этого следует правильно выбрать бак, а затем состыковать его с нагревательными приборами, что непременно вызовет трудности у непосвященного человека. Поэтому необходимо подробно разобраться, что такое тепловой аккумулятор для твердотопливного котла, как его выбрать и подключить для отопления частного дома.
Что такое буферная емкость
По сути, тепловой аккумулятор, предназначенный для системы отопления, представляет собой обычный металлический бак расчетной емкости, покрытый теплоизоляционным слоем. Самые простые заводские модели имеют только патрубки для охлаждающей жидкости и гильзы для термометров. Термометры уже встроены в более дорогие буферные емкости, а самые дорогие изделия снабжены теплообменниками в виде змеевиков. Конструкция такой буферной емкости представлена на рисунке:
Как видите, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, поэтому различные мастера адаптировали ее для изготовления своими руками, о чем рассказывается в отдельной теме.
Назначение змеевиков — нагрев воды для обеспечения ГВС и подключение альтернативных источников тепловой энергии — солнечных коллекторов. Очевидно, что эта функция требуется только при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом буферная емкость для отопительного котла предназначена для решения таких задач:
- Создание условий для работы котла СТ с максимальным КПД и минимальным выбросом в атмосферу.
- Комфортная работа теплогенератора, когда нет необходимости загружать дрова в топку каждые 4-6 часов, в том числе в ночное время.
- Отопление и подача питьевой воды 1-2 реципиентам (по желанию).
Большинство производителей твердотопливных отопительных приборов заявляют в сопроводительной документации, что подключение теплового аккумулятора к котлу ТТ крайне желательно. Причина этого в том, что устройство достигает максимальной эффективности при работе в режиме, близком к максимальному. А поскольку выделяемое избыточное тепло необходимо где-то хранить перед подачей в систему отопления, необходим буферный резервуар для воды.
Без термобака мы стараемся «задушить» нагревательный прибор, ограничивая подачу воздуха для горения. Это не только снижает ее эффективность до 40% (как в печи), но и вызывает выброс токсичного окиси углерода в атмосферу. По этой причине некоторые европейские страны запрещают сжигание дров и угля в отопительных котлах без буферной емкости.
При менее частом посещении комнаты с печью все ясно: накопленное в баке тепло будет долгое время использоваться для обогрева дома при условии правильного расчета его объема. Кроме того, при эксплуатации твердотопливного котла в связке с тепловым аккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке устройства снижается практически до нуля.
Тепловые аккумуляторы могут использоваться не только с дровяными теплогенераторами, но и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда потребление электроэнергии в ночное время в 2-3 раза ниже нормы. Пока действует тариф, электрическая система может полностью «заряжать» тепловой аккумулятор, и он будет обеспечивать эту энергию для обогрева дома в течение дня.
В этом варианте необходимо будет удвоить результаты предыдущих расчетов мощности электрокотла, чтобы его тепловой мощности хватило на обогрев дома и загрузку бака в ночном тарифе.
Расчет буферной емкости
Основным критерием выбора буферной емкости для твердотопливного котла является ее объем, который определяется на основании расчетов. Его величина зависит от следующих факторов:
- тепловая нагрузка на систему отопления частного дома;
- мощность отопительного котла;
- Расчетное время работы без использования источника тепла.
Перед расчетом емкости теплового аккумулятора необходимо уточнить все указанные моменты, начиная со средней тепловой мощности, потребляемой системой в зимний период. Не следует учитывать максимальную вместимость, это увеличит размер резервуара и, следовательно, стоимость продукта. Лучше чаще разгружать и заряжать печь, чем платить высокую цену за большой тепловой аккумулятор, который невозможно рационально использовать. И занимает слишком много места.
Мнение эксперта. Для дома площадью 200 м2 достаточно буферной емкости вместимостью 1 тонна теплоносителя, т.е. объемом 1 кубометр, чтобы обеспечить дом тепловой энергией. Это касается центральной зоны РФ, в южных и северных регионах ситуация будет иной.
Нормальная работа системы отопления с тепловым аккумулятором невозможна при небольшом запасе мощности источника тепла. В этом случае никогда не удастся полностью «зарядить» аккумулятор, так как теплогенератор должен одновременно обогревать дом и заряжать накопительный бак. Следует помнить, что выбор твердотопливного котла для подключения к тепловому аккумулятору требует вдвое большей тепловой мощности.
Предлагается проанализировать алгоритм расчета на примере дома площадью 200 м² с 8-часовым простоем котла. Предполагается, что в режиме обогрева вода в баке нагревается до 90 ° C и остывает до 40 ° C. Для обогрева такой поверхности в самый холодный период потребуется 20 кВт тепла, а средний расход составит около 10 кВтч. Это означает, что аккумулятор должен хранить 10 кВт · ч x 8 часов = 80 кВт энергии. Расчет емкости теплового аккумулятора для твердотопливного котла проводится по формуле теплоемкости воды:
m = Q / 1,163 x Δt, где:
- Q — расчетное количество тепловой энергии, подлежащей аккумулированию, Вт;
- m — масса воды в баке, кг;
- Δt — разница между начальной и конечной температурой теплоносителя в баке; составляет 90-40 = 50 ° С;
- 163 Вт / кг ° С или 4,187 кДж / кг ° С — удельная теплоемкость воды.
Для рассматриваемого примера масса воды в тепловом аккумуляторе будет:
m = 80 000/1163 x 50 = 1375 кг или 1,4 м³.
Как видите, расчеты показывают, что размер буферной емкости больше рекомендованного экспертом. Причина проста: введенные данные неточны. На практике, особенно когда дом хорошо изолирован, среднее потребление тепла на площади 200 м² будет менее 10 кВтч. Отсюда вывод: чтобы правильно подобрать размер теплового аккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные выходные данные по теплопотреблению.
Для справки. Также существует расширенная методика расчета, согласно которой на каждый кВт тепловой мощности котла выделяется 25 литров объема теплового аккумулятора.
Подбор теплоаккумулятора
Остальные критерии выбора мощности не так важны и в основном касаются разных вариантов. Один из них — встроенный змеевик для нагрева воды хозяйственного назначения. Может пригодиться, если других вариантов отопления нет, но точно не подходит для дороговизны сети ГВС. Кроме того, теплообменник заберет часть «заряда» теплового аккумулятора, сократив время автономной работы отопления.
Полезный вариант — встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому обогреву система не размораживается в аварийных ситуациях и даже может некоторое время отапливать дом после того, как батарея «разрядится» и котел не будет запущен.
Вторая катушка для подключения солнечной системы пригодится только в южных регионах, где солнечная активность будет загружать аккумулятор тепла. На что следует обратить внимание при выборе, так это на рабочее давление бака. Обратите внимание, что большинство твердотопливных котлов рассчитаны на давление в кожухе до 3 бар, а это значит, что буферный цилиндр должен выдерживать такое же давление.
Схемы подключения
Существует множество вариантов совмещения твердотопливного котла с тепловым аккумулятором и системой отопления. Однако все они вытекают из базовой схемы, представленной ниже. Это позволяет понять, как эти устройства работают в парах, а затем собрать их самостоятельно.
Источник тепла на твердом топливе имеет традиционный котловой цикл со смесительным узлом, который предназначен для предотвращения попадания более холодного тепла в котел. Затем подающий и возвратный трубопроводы подсоединяются к буферному резервуару вверху и внизу соответственно. Таким же образом к буферной емкости подключается система отопления, также оснащенная смесительным узлом. Его задача — поддерживать в системе желаемую температуру воды, добавляя горячую воду по мере необходимости.
Важная заметка. Фактическая мощность циркуляционного насоса в контуре котла должна быть немного выше, чем мощность насосного агрегата системы отопления. В результате потоки в тепловом аккумуляторе будут двигаться в правильном направлении (показано белыми стрелками на рисунке).
На самом деле сетевой насос будет иметь большую мощность, чем котловой, и вот почему. Сопротивление сети труб и радиаторов составляет более 3-5 м трубы от твердотопливного котла до теплового аккумулятора. Для того, чтобы устройство могло преодолеть это сопротивление, ему нужна большая мощность и голова. Следовательно, циркуляционный насос котла меньшего размера сможет обеспечить более высокий расход, но оба устройства должны быть правильно настроены. Есть две возможности:
- Если используются трехскоростные насосы, их производительность можно регулировать, изменяя скорость.
- Балансировочный клапан, с помощью которого можно регулировать, должен быть установлен на обратном потоке системы в буферный резервуар.
Возможен одновременный нагрев радиаторов и послойная загрузка буферной емкости при горизонтальном течении внутри емкости с небольшим преимуществом твердотопливного котла. Возникает вопрос — как это проверить? Ответ — установить термометры на обоих обратных входах в резервуар (как показано на схеме) и отрегулировать, изменяя скорость насосов или поворачивая балансировочный клапан. Важное условие: трехходовой вентиль в системе отопления должен быть полностью открыт вручную.
Система управления должна обеспечивать, чтобы температура на входе в тепловой аккумулятор (T1) была ниже температуры на выходе (T2). Это означает, что некоторая часть горячей воды идет на «зарядку» аккумулятора. Узнайте больше от эксперта, посмотрев это видео:
Альтернативная схема
Такую схему установки буферной емкости и твердотопливного котла предложил пользователь популярного форума. Особенностью данной системы является то, что в случае отключения электроэнергии ее работоспособность сохраняется, хотя за это придется расплачиваться увеличившимся диаметром стальных труб. На рисунке ниже показано подключение теплового аккумулятора к закрытой системе отопления, но при установке лучше открыть, как говорит сам автор.
Вкратце суть такова: благодаря Т-образному входу сверху бака одновременно нагреваются радиаторы и «заряжается» тепловой аккумулятор, сделанный своими руками. Насос котлового контура управляется верхним датчиком в подающей линии, который включает устройство при достижении в нем температуры 60 ° C. Циркуляция в сети регулируется комнатным термостатом, к которому подключен сетевой насос.
Внимание. Предложенная схема трубопроводов была проверена автором на собственном опыте. Все подробности его установки и эксплуатации описаны автором на форуме.
Заключение
Нельзя отрицать, что тепловой аккумулятор улучшает работу обычного твердотопливного котла. Последний сжигает топливо с максимальной эффективностью, а после прогрева количество поездок в котельную сокращается до минимума. Другое дело, что это не дешевый вариант, поэтому львиная доля аккумуляторов, используемых в частном хозяйстве, приходится на бытовые.
