Теплоаккумулятор для твердотопливного котла: особенности

Если правильно подключить к СО тепловой аккумулятор, то можно почти в 2 раза снизить расходы на топливо, будь это газ, дрова или даже электричество.

Отопление твердотопливным котлом с баком — аккумулятором тепла

Среди котлов на твердом топливе самой большой популярностью пользуются твердотопливные котлы на дровах.

Система отопления с твердотопливным отопительным котлом нуждается в аккумуляторе тепла.

В предыдущей статье был рассмотрен вариант отопления дома твердотопливным котлом, где в качестве аккумулятора тепла используется теплый пол с увеличенной толщиной бетонной стяжки.

Лучшим вариантом использования твердотопливного отопительного котла является система отопления, в которой в качестве аккумулятора тепла применяется большой теплоизолированный буферный бак с водой.

Бак включают между котлом и системой отопления. Такой бак обычно называют буферным (буферной емкостью) или аккумулятором тепла, рис.1.

Отопление дома твердотопливным котлом с буферным баком аккумулятором тепла схема
Рис.1. Блок-схема подключения буферной емкости аккумулятора тепла к системе отопления с твердотопливным котлом. 1 – циркуляционный насос (ЦН) контура котла; 2 – ЦН контура отопительных приборов (радиаторов); 3 – регулятор температуры.

Котёл греет воду и при помощи циркуляционного насоса поз. 1 эта вода подаётся в буферную ёмкость. Соответственно, такой же объём воды, но остывшей, возвращается в котёл. Насос поз. 2 подаёт горячую воду из верхней части буферной ёмкости к радиаторам. Такой же объём воды (остывшей) возвращается в нижнюю часть буферной ёмкости.

Насос 1 работает тогда, когда горит котёл. Насосом 2 управляет комнатный регулятор температуры, который может включать-выключать насос в зависимости от температуры в доме.

Буферный бак аккумулятора тепла выполняет несколько функций:

    • Аккумулирует тепло от отопительного твердотопливного котла и отдает его по мере необходимости в систему отопления помещений.
    • Защищает котел от перегрева (кипения) воды, т. к. поглощает весь перегретый теплоноситель, смешивая его с большим запасом теплой воды в баке.
    • Позволяет автоматизировать распределение тепла по различным отопительным контурам в зависимости от температуры воздуха снаружи или внутри помещения и сделать функционирование системы отопления по-настоящему комфортной.
    • Работает в качестве гидрораспределителя — позволяет легко увязать различные теплогенераторы с разными температурными характеристиками (твердотопливный котел, газовый котел, электрокотел и т. д.) в единую систему, согласовать их режим работы с системой отопления.
    • Выполняет роль гидроразделителя между контурами системы отопления. Улучшает температурный режим работы отопительного твердотопливного котла.
    • Обеспечивает сгорание топлива без ограничения «тяги» с максимальным КПД вплоть до догорания топлива, что уменьшает расход топлива на 20-30%.
    • Увеличивает эксплуатационный комфорт, уменьшая периодичность загрузки топлива и обеспечивая отапливаемые помещения относительно стабильной температурой теплоносителя.
    • При наличии встроенного в буферную емкость теплообменника обеспечивает потребителей горячей водой.

    Зачем нужен

    Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.

    Это самое простое определение теплоаккумулятора, однако, назначение и область применения у него гораздо шире.

    Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.

    Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:

    • Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
    • Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
    • К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
    • Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
    • Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.

    Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.

    По конструкции теплоаккумулятор может быть:

    • «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
    • со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
    • со встроенным бойлерным баком.

    С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:

    • Накапливать и сохранять значительный объем тепловой энергии, в первую очередь избыточную, с последующей отдачей его в контур отопления. Даже если пропустить одну или две заправки дров, и котел остановится, температура в доме опустится всего на пару градусов. Для электрокотлов есть возможность установить расписание, по которому трата электроэнергии будет происходить только ночью по сниженному тарифу, тогда как днем тепло будет поступать от теплоаккумулятора;
    • При наличии нижнего теплообменника – подключать дополнительные источники тепла, солнечный коллектор, запасной котел, работающий на газу или дизтопливе, геотермальный тепловой насос;
    • С вмонтированными ТЭНами использоваться в качестве запасного источника тепла на случай, если твердотопливный котел не работает или отключен для профилактики и ремонта;
    • При наличии верхнего теплообменника – для подключения контура ГВС или бойлера косвенного нагрева. Некоторые модели теплоаккумуляторов вместо теплообменника снабжаются готовым бойлером, размещенным внутри основной емкости;
    • Реализовать дополнительную защиту в системах с принудительной циркуляцией на случай отключения электроэнергии, не допуская перегрева воды в котле. Рассматривая емкость как узел гидроразвязки, его можно подключить по смешанной схеме с котлом, выше него и трубами большего диаметра для поддержания естественной циркуляции. В это же время раздача по радиаторам будет осуществляться насосом в принудительном порядке.

    Даже если электричество отключено или циркуляционный насос вышел из строя, то вода в котле не закипит, а будет циркулировать в малом контуре, завязанном на теплоаккумуляторе.

    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.

    Двухэтажный дом в разрезе

    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.

    Расчет объема теплонакопителя

    Слишком малый объем неэффективен, большой нецелесообразен с точки зрения затрат и потери полезной площади помещения. Точный расчет выполнить невозможно ввиду отсутствия информации о теплопотери здания, особенно, если оно находится в стадии проектирования.

    Однако есть возможность рассчитать максимально приближенно. В качестве исходных данных служит мощность котла и суммарная площадь всех отапливаемых помещений. Расчеты производятся следующим образом:

    1. Мощность нагревателя в киловаттах находится в прямой зависимости с площадью. 1КВт способен обогреть 10 м 2 . Если дом 120 м 2 , то котел должен выдавать 12 КВт. Необходимо заложить запас, чтобы оборудование не работало на предельной нагрузке (средний коэффициент – 1,5). Получается, нужно устанавливать котел 18 КВт.
    2. Пренебрегая объемом жидкости в трубах и радиаторах, принимается, что каждый киловатт мощности расходуется на разогрев 25 л. теплоносителя в теплоакуумуляторе. Перемножив две величины, получаем 450 л. Эта величина не предельная, ведь на прошлом шаге был заложен запас мощности 50%.

    Заложенного запаса хватит на самую холодную зиму. Оборудование будет работать не на пределе возможности, а значит, прослужит долго.

    Расчет по формуле

    Существует множество сложных математических формул, позволяющих произвести вычисления

    Самая простая формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,

    • Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
    • m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
    • Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
    • 1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.

    Что учитывать при покупке

    Выбор теплонакопителя

    Выбор накопителя тепла для отопления

    При выборе теплового аккумулятора для индивидуального отопления дома необходимо учитывать объема бака и его технические параметры, которые должны соответствовать параметрам котла и всей системы отопления.

    К ним, в частности, относятся:

    1. Габаритные размеры и вес устройства, которые должны обеспечить возможность его установки. В случае, когда невозможно найти подходящее место в доме для бака с нужной емкостью, допускается замена одного бака на несколько буферных емкостей размером поменьше.

    2. Максимальное давление рабочей жидкости в системе отопления. От этого значения зависит форма буферной емкости и толщина ее стенок. При давлении в системе до 3 бар форма бака не имеет особого значения, но при возможном повышении этого значения до 4-6 бар необходимо использовать емкости тороидальной формы (со сферическими крышками).

    3. Максимальная допустимая температура рабочей жидкости, на которую рассчитан ТА.

    4. Материал аккумулирующего бака для системы отопления. Обычно их делают из углеродистой мягкой стали с влагостойким покрытием или из нержавеющей стали. Емкости из нержавейки отличаются наиболее высокими антикоррозийными свойствами и долговечностью в эксплуатации, правда стоят дороже.

    5. Наличие или возможность установки:

    • электронагревателей (ТЭНов);
    • встроенного теплообменника, для подключения к ГВС, что обеспечивает подачу в дом горячей воды без дополнительных водонагревателей;
    • дополнительных встроенных теплообменников для подключения к другим источникам тепла.

    Плюсы и минусы теплоаккумуляторов

    Плюсы

    • Если отключат электричество, то вы сможете еще 5-10 часов отапливать свой дом;
    • Тепловой аккумулятор отлично защищает котел от перегрева и закипания;
    • В один отопительный контур можно включить сразу несколько теплогенераторов;
    • Большое увеличение КПД, так как за небольшой промежуток времени можно запасти существенное количество тепла в аккумулирующем резервуаре;
    • Снижение топливных расходов;
    • Можно вмонтировать систему для горячего водоснабжения.

    Минусы

    • Накопительная емкость занимает много места в котельной;
    • Общая стоимость отопительной системы сильно повышается, так нужно докупить допоборудование и установить.

    Преимущества и недостатки установки в систему отопления теплового аккумулятора

    При включении в систему отопления дополнительного прибора увеличивается и объем теплоносителя. При этом в отличие от конечных приборов – батарей и радиаторов тепловой аккумулятор не отдает тепло, а наоборот, старается его накопить. Сегодня имеется несколько схем включения этой установки в систему, каждая имеет свои специфические задачи и технические решения, но все эти схемы сводятся к одному — сгладить пиковые значения максимума и минимума температуры и обеспечить максимальный промежуток времени расходования тепла.

    Из этого исходит то, что включение в схему тепловой установки дома дополнительно большого объема аккумулятора теплоты позволит:

    • Увеличить эффективность работы твердотопливных котлов;
    • Увеличить время обогрева помещений от одной закладки дров, угля или другого вида топлива;
    • Экономить энергоресурсы путем смещения провалов температуры из-за охлаждения теплоносителя;
    • Обеспечить использование дополнительных источников энергии, таких, как солнечные энергоустановки;
    • Создать более высокие условия комфорта — применить схему нагрева воды для горячего водоснабжения;
    • Обеспечить экономию электроэнергии посредством включения ТЭН в период самого экономного тарифа.

    Как видно, включение всего одного устройства в схему отопления позволит сэкономить в зависимости от месяца года от 10 до 30% энергоресурсов. Вместе с тем эта установка имеет и свои негативные стороны. Прежде всего, эффективность теплоаккумулятора будет высокой в случае если здание будет иметь хорошую теплоизоляцию. Это важный фактор, влияющий на общий показатель эффективности. Второй момент заключается в том, что включение в схему этого прибора требует дополнительной площади помещений. Нужно учитывать тот факт, что емкости бака обычно равны 500, 800 и даже 1000 литрам, а это довольно большой объем сам по себе, не считая слоя теплоизоляционного материала. Третий момент заключается в том, что для нормального функционирования системы рекомендуется кроме накопителя оснастить систему еще и другими необходимыми устройствами – циркуляционными насосами, датчиками температуры, устройством управления, под чьим руководством и будет происходить большинство процессов.

    Преимущества и недостатки установки в систему отопления теплового аккумулятора

    Система отопления на основе твердотопливного котла с теплоаккумулятором имеет серьезные преимущества перед другими вариантами:

    1. Растет эффективность и коэффициент полезного действия нагревательного оборудования.
    2. Происходит увеличение времени обогрева помещений из расчета на одну закладку твердого топлива.
    3. Достигается высокая экономия топлива за счет минимизации перепадов температуры теплоносителя. К примеру, при падении температуры до минимума приходится увеличивать расход топлива, чтобы поднять температурный показатель. С аккумулятором тепла этого не происходит.
    4. Есть возможность оптимизировать работу системы горячего водоснабжения, используя буферную емкость, как нагреватель воды.

    Некоторые модели теплоаккумуляторов можно подсоединять к солнечным батареям, к ТЭНам. Это расширяет функции прибора и создает определенные благоприятные условия эксплуатации всей отопительной сети в условиях экономичного потребления твердого топлива. Последний показатель варьируется в диапазоне 10-30%. Неплохой результат, зависящий от установки всего лишь одной емкости.

    Недостаток у теплоаккумулятора один – большие габаритные размеры. То есть бак будет занимать немало места.

    Два важных момента:

    1. Эффективность работы аккумулятора тепловой энергии зависит во многом от того, насколько теплоизолировано здание, где прибор установлен. Если утепление слабое, то ждать высокой эффективности работы емкости не приходится.
    2. КПД аккумулятора также зависит от оснащенности отопительной системы. Если в ней установлены циркуляционный насос, блок контроля и управления, то эффективность будет высокой.

    Назначение

    Теплоаккумулирующей емкостью называют бак большого размера, который выполняет ряд важных функций в отопительной системе. Главная его цель – это накапливать избыток перерабатываемой энергии котлом и использовать при необходимости, например, когда снизится температура или твердотопливный котел и вовсе приостановит свою работу. Роль теплоаккумулятора намного шире энергосберегающей функции. Поэтому ознакомьтесь со всеми его возможностями:

    • Буферная емкость позволяет использовать несколько источников тепла и подключать их к единой системе.
    • Используя энергозапасы котла, вы сможете экономить на топливе до 50%.
    • Теплоаккумулятор выступает стабилизатором температурного режима и помогает избежать перегрева системы.
    • Благодаря контролю температуры с помощью теплобака можно избежать остывания помещения и наладить автоматизированный процесс обогрева.
    • Наличие буферной емкости позволяет правильно наладить работу отопительной системы и продлить срок службы котла.
    • Вам не нужно постоянно подкидывать дрова или уголь в котел, с помощью теплоаккумулятора вы сможете освободить себя от подобной задачи на более длительное время.
    • Эксплуатация котла станет удобной и безопасной.

    Это далеко не все преимущества, которые вы получите, если подключите к котлу буферный бак. Так как при работе с тепловым стабилизатором топливо будет сгорать в котле до конца, то в нем будет меньше грязи, а значит, его придется намного реже чистить. То же самое касается и отложения сажи в дымоходе. Правильное использование отопительной системы является залогом ее безопасности и долговечности, не говоря уже о существенной экономии.

    Какой теплоаккумулятор лучше

    Буферная емкость должна занимать мало места, полностью соответствовать по своим техническим характеристикам параметрам котла. Оборудование не должно иметь сложную систему подключения. Теплоизоляция лучшего оборудования полностью соответствует требованиям пожарной безопасности и позитивно действует на КПД системы обогрева, не позволяет обжечь руку при случайном касании. Такая накопительная емкость поможет снизить ежегодные расходы на топливо на 30-50%.

    Наши эксперты проанализировали предложения лучших мировых производителей и, в зависимости от особенностей эксплуатации, рекомендуют следующие модели термоаккумуляторов:

    • Hajdu AQ PT6 500 – компактная модель для небольшого загородного дома;
    • S-Tank Hfwt Duo -1000 – практичная емкость для системы отопления особняка;
    • Electricboiler Heat Tank – накопитель для небольшого производственного предприятия4
    • Oso Accu АS – компактный теплоаккумулятор для дачного домика.

    Какой должна быть буферная емкость, способный ежедневно поддерживать тепло и комфорт в доме, оберегать котел от перегрева на протяжении долгой зимы? Только лучшие накопители с хорошей термоизоляцией могут справиться с поставленной задачей.

    Модель со встроенным теплообменником значительно расширяет возможности системы. Чаще всего применяется нижнее расположение теплообменника, выполненного в виде спирали из нержавейки. Для увеличения площади нагрева может использоваться вместо обычной гладкой трубы гофрированная труба. В зависимости от объема системы может быть несколько теплообменников, переключение потока между ними осуществляется при помощи клапанной группы, расположенной за пределами бака.

    Как выбрать теплоаккумулятор

    Производители предлагают широкий выбор буферных емкостей, работающих на разных принципах. Какой купить теплоаккумулятор для твердотопливного котла в частном доме? От эффективности оборудования зависит, будет ли тепло в комнатах утром, когда прогорит закладка дров или угля. При выборе необходимо уделить основным техническим характеристикам, влияющим на работу системы отопления.

    Объем

    Теплоаккумулятор для частного дома должен иметь объем, который позволит аккумулировать тепло от одной закладки котла, используемого для обогрева. Приблизительно рассчитать эту характеристику не сложно: на 1 кВт мощности требуется 30-50 литров теплоносителя. Более точный расчет учитывает калорийность используемого топлива, объем камеры сгорания, КПД теплового оборудования и теплопотери дома. Если объем недостаточный, то система отопления будет работать неэффективно.

    Для расчета объема буферной емкости можно воспользоваться калькуляторами на специализированных сайтах, но лучше всего – обратиться за помощью к теплотехнику. Специалист учтет специфику установленного котла, теплопроводность внешних ограждающих конструкций и предложит модель накопителя с оптимальным объемом и функционалом.

    Материал бака

    Выпускаются модели из нержавейки, конструкционной и низкоуглеродистой стали. Состав металла и его толщина влияют на такие факторы, как устойчивость к коррозии и высокому давлению. Если вода, поступающая из буферной емкости, будет использоваться в системе горячего водоснабжения, то необходима улучшенная защита от коррозии. Ее обеспечат баки из нержавеющей стали или из металла, покрытого эмалью.

    Дополнительные функции

    Положительные отзывы на теплоаккумуляторы для котла часто связаны с функционалом оборудования. Возможность подключения нескольких контуров позволит использовать накопители для подключения не только к обвязке с радиаторами отопления, но и к системе ГВС, теплому полу. Буферную емкость можно подключать к нескольким источникам тепла, что поможет снизить затраты на коммунальные услуги и избежать аварийных ситуаций.

    Поклонникам «зеленой» энергетики необходимо отдать предпочтение моделям, которые имеют возможность подключения к солнечным панелям или тепловым насосам. Для контроля над основными рабочими параметрами оборудование должно комплектоваться термометрами, манометрами. Наличие встроенного ТЭНа – улучшает функционал и защищает от падения температуры при остановке котла. Возможность нарастить мощность электрических нагревателей – удобное решение для владельцев больших домов или производственных предприятий.

    Читайте также:
    Шкаф на балкон: 5 советов по выбору
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: