Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Как я делал расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

13 февраля 2015

Предыстория

Так получилось, что некоторое время назад я приобрёл частный дом на некотором «удалении от цивилизации». Удалённость от цивилизации определяется главным образом тем, что газ там отсутствует в принципе. А разрешённая мощность электрического подключения не предоставляет технической возможности отапливать дом электричеством. Единственным реальным источником тепла в зимнее время является использование твёрдого топлива. Другими словами, дом был оборудован печкой, которую прежний хозяин топил дровами и углём.

Если кто-то имеет опыт использования печки, то ему не нужно объяснять, что это занятие требует постоянного контроля. Даже в не слишком холодную погоду невозможно заложить в печку дрова один раз и «забыть» про неё. Если положить слишком много дров, то в доме станет жарко. А после прогорания топлива, дом всё-равно быстро остынет. Волей-неволей, для поддержания комфортной температуры нужно постоянно подкладывать дрова понемногу. А в сильные морозы печь нельзя оставить без присмотра даже на 3-4 часа. Если не хочешь проснуться утром в холодном помещении, будь добр хотя бы один раз за ночь к печке подойти…

Разумеется у меня желания работать кочегаром не было. И поэтому я сразу же стал думать о более удобном способе отопления. Конечно, при невозможности использования газа или электричества, таким способом могла стать только современная система отопления на твёрдом топливе, состоящая из твердотопливного котла, теплоаккумулятора и простейшей автоматики для включения и выключения рециркуляционного насоса.

Чем современный котёл лучше обычной печки? Он занимает намного меньше места, в него можно заложить больше топлива, он обеспечивает лучшее сгорание этого топлива при максимальной загрузке, и теоретически с его помощью можно большую часть тепла оставить в доме, а не выпустить в трубу. Но в отличие от печки, твердотопливный котёл практически не возможно использовать без теплоаккумулятора. Я так подробно об этом пишу, потому что знаю множество людей, которые пытались отапливать дом такими котлами, подключая их напрямую к трубам отопления. Ничего хорошего у них не получилось.

Что же такое теплоаккумулятор или, как его ещё называют, буферная емкость? В простейшем случае это просто большая бочка с водой, стенки которой имеют хорошую теплоизоляцию. Котёл за два-три часа своей работы нагревает воду в этой бочке. А потом эта горячая вода циркулирует по системе отопления до тех пор, пока не остынет. По мере остывания, котёл нужно разжигать снова. Простейший теплоаккумулятор легко сделает любой сварщик. Но я, после непродолжительных раздумий, от этой идеи отказался и купил готовый. Поскольку живу я в Украине, то обратился в компанию «Теплобак» и ни разу не пожалел: здесь аккумулирующие баки делают профессионально и очень качественно.

В зависимости от объёма теплоаккумулятора, мощности котла и того, сколько тепла нужно дому, котёл приходится топить не постоянно, а один-два раза в сутки, или даже раз в двое-трое суток.

Как рассчитать объём теплоаккумулятора

При желании в интернете легко найти методики расчёта объёма теплоаккумулятора, но меня ни одна из них не устроила.

Некоторые «специалисты» рекомендуют умножать максимальную мощность имеющегося котла в киловаттах на какой-то коэффициент, причём этот коэффициент на разных сайтах отличается в два раза и более — от 25 до 50. По моему — бред полный. Просто потому, что полученный результат не имеет никакого отношения ни к вашему конкретному дому, ни к вашим пожеланиям как часто вам хочется топить котёл.

Нормальная методика учитывает все факторы: и климат в вашей местности, и теплоизоляцию дома, и ваши представления о комфорте. По-хорошему, этот расчёт также нужно будет провести много раз для разных температурных режимов, и выбрать максимальный объём теплоаккумулятора. И, кстати, мощность котла в правильной методике получается в результате расчётов, а не по принципу «какой был, такой и поставили». Но всё это достаточно сложно, и подходит скорее для котельных, а не для частного домовладения.

Я поступил гораздо проще. Я делал расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла следующим образом.

1. Надо оценить количества тепла, которое требуется дому за сутки. Это самая сложная и ответственная часть работы. Опять таки можно углубиться в расчёты (в учебниках для строительных вузов можно найти все необходимые методики). Но,если есть возможность, то проще и надёжнее провести непосредственное измерение — просто протопив дом в холодную погоду и измерив количество использованного топлива. Мой дом сравнительно небольшой — немного меньше 100 кв. м, и довольно теплый. Поэтому у меня получилось, что при температуре на улице около 0 градусов, для поддержания комфортной температуры требуется с солидным запасом 50 кВт*ч, для — 10 градусов — 100 кВт*ч, для — 20 градусов — 150 кВт*ч.
2. Выбрать котёл очень просто. Самые распространённые котлы имеют мощность порядка 25 кВт и с одной максимальной загрузки дают эту мощность порядка 3 часов. Следовательно одна растопка даёт порядка 75 кВт*ч тепла. Для нулевой температуры, таким образом, даже одной полной загрузки мне будет многовато. А для -20 градусов вполне достаточно будет топить 2 раза в сутки. Меня этот вариант вполне устроил.
3. Теперь собственно объём теплоаккумулятора. Теплоёмкость воды 4,2 кДж на литр на градус. максимальная тепмература в теплоаккумуляторе — 95 градусов, комфортная температура воды в системе отопления — 55 градусов. То есть, 40 градусов разницы. Другими словами, 1 литр воды в теплоаккумуляторе может накопить 168 кДж тепла, или 46 Вт*ч. А 1000 литров, соответственно — 46 кВт*ч. Отсюда следует, что для того, чтобы сохранить тепло от одной полной загрузки котла мне нужен теплоаккумулятор на 1500 литров. Это всё с запасом. На самом деле, требуется немного меньше, но после изучения цен на буферные ёмкости я решил этим пренебречь.

Этот расчёт означает, что в сильные морозы мне приходится топить котёл два раза в сутки, а в очень сильные — и три раза. Причём делать это нужно равномерно в течение суток: утром и вечером или утром, в начале вечера и перед сном. А когда больших морозов нет, я топлю котёл всего один раз — в любое время суток.

Конечно, если поставить теплоаккумулятор ещё больший по объёму, то можно сделать свою жизнь ещё комфортнее. Но тут уже приходится сталкиваться и с тем, что для большой бочки нужно много места.

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла

Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Расчет буферной емкости для котла

Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25—50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома. Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Объем тепловогоаккумулятора, м 3

Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.

Рекомендации по выбору

На подбор теплоаккумулятора для твердотопливного котла влияет наличие свободного пространства в помещении. При покупке большой аккумулирующей емкости нужно будет предусмотреть устройство фундамента, поскольку на обычные полы оборудование со значительной массой ставить нельзя. Если по расчету требуется бак объемом 1 м 3. а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м 3. расположив их в разных местах.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла

Еще один момент – наличие в доме системы ГВС. В том случае, когда котел не имеет собственного контура подогрева воды, есть возможность приобрести тепловой аккумулятор с таким контуром. Немаловажное значение имеет и величина рабочего давления в системе отопления, которая в жилых домах традиционно не должна превышать 3 Бар. В отдельных случаях давление достигает 4 Бар, если в качестве источника тепла используется мощный самодельный агрегат. Тогда теплоаккумулятор для системы отопления придется выбирать специального исполнения, — с торосферической крышкой.

Некоторые заводские аккумуляторы горячей воды укомплектованы электрическим ТЭНом, устанавливаемым в верхней части бака. Такое техническое решение не позволит теплоносителю окончательно остыть после остановки котла, верхняя зона емкости будет подогреваться. Будет действовать подача ГВС на хозяйственные нужды.

Простая схема включения с подмешиванием

Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.

Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.

Схема с гидравлическим разделением

Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

• циркуляционный насос;
• трехходовой термостатический клапан;
• обратный клапан;
• грязевик;
• шаровые краны;
• приборы контроля температуры.

Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.

Преимущества и недостатки

Система отопления с теплоаккумулятором, в которой источником тепла служит твердотопливная установка, имеет массу достоинств:

• Повышение комфортных условий в доме, поскольку после сгорания топлива система отопления продолжает обогревать дом горячей водой из бака. Не нужно вставать среди ночи и загружать порцию дров в топку.
• Наличие емкости защищает от закипания и разрушения водяную рубашку котла. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, установленные на радиаторах, перекрыли теплоноситель по причине достижения нужной температуры, то источник тепла будет нагревать воду в баке. За это время может возобновиться подача электричества или будет запущен дизель-генератор.
• Исключена подача холодной воды из обратного трубопровода в раскаленный чугунный теплообменник после внезапного включения циркуляционного насоса.
• Теплоаккумуляторы могут использоваться как гидравлические разделители в системе отопления (гидрострелки). Это делает работу всех ветвей схемы независимыми, что дает дополнительную экономию тепловой энергии.

Более высокая стоимость монтажа всей системы и требования к размещению оборудования – это единственные недостатки применения аккумулирующих емкостей. Однако за этими вложениями и неудобствами последуют минимальные эксплуатационные затраты в долгосрочной перспективе.

Рекомендуем:

Как сделать отопление в частном доме — подробное руководство Как подобрать расширительный бак для системы отопления Как выбрать и подключить мембранный расширительный бак

Как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу своими руками?

Сейчас многие владельцы частных домов, которые живут вдалеке от центральной магистрали отопления, переходят на твердотопливные котлы. Но эти устройства имеют существенный недостаток – для поддержания в помещении нужной температуры их нужно растапливать дважды за сутки, иначе можно остаться без тепла. Чтобы этого не случилось, в домашнюю систему отопления вводят еще один узел – теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Его еще называют накопителем из-за способности удерживать тепло.

Особенности конструкции теплоаккумулятора

Устройство представляет собой цилиндрическую емкость, выполненную из нержавейки или черной стали. Габариты емкости зависят от его объема, который варьируется от нескольких сотен до десятков тысяч литров. Из-за больших объемов такое устройство сложно разместить в уже имеющейся котельной, поэтому нередко приходится ее достраивать. Существуют модели как с заводской теплоизоляцией, так емкости без неё.

При монтаже теплоаккумулятора нужно учитывать, что толщина утеплителя составляет 10 см. После него сверху на бак надевается кожаный кожух. Внутри емкости находится теплоноситель, который при сгорании топлива в котле быстро нагревается и долго сохраняет тепло за счет слоя утеплителя. После остановки работы котла накопитель отдает свое тепло в помещение, обогревая его. По этой причине растапливать котел будет необходимо не так часто, как раньше.

По своему устройству емкости теплоаккумулятора бывают:

• с расположенным внутри бойлером. Такая конструкция создана для обеспечения жилья горячей водой из автономного источника;
• с одним или двумя теплообменниками;
• пустыми (без теплоносителя).

Для подключения накопителя к котлу и системе отопления дома предусмотрены резьбовые отверстия.

Принцип работы накопителя

Благодаря налаженной работе всей топливной системы, и в частности, теплоаккумулятора для твердотопливного котла, в жилье поддерживается постоянная температура за счет высокого КПД устройства и рационального использования тепла. Взаимодействие всей системы происходит в следующей последовательности:

• Подача в котел холодной воды. После начала работы циркуляционного насоса, расположенного между котлом и накопителем, холодная жидкость из последнего устройства передается в верхнюю часть котла, и горячая вода начинает занимать освободившееся пространство.
• Подача горячей воды в отопительную систему . После включения насоса, установленного между накопителем и радиатором, он нагнетает горячую воду в трубы отопления, а холодный теплоноситель начинает поступать вниз накопительного бака. После достижения в помещении нужной температуры термостат отключает работу накопителя.
• Передача аккумулирующей энергии. Она осуществляется даже после сгорания в топке всех дров. Накопитель будет передавать тепло до тех пор, пока весь его бак не заполнится холодной водой.

Теплоаккумулятор для котлов отопления может отапливать помещение своими силами даже сутки. На продолжительность его работы будет влиять объем емкости, количество радиаторов, продолжительность труб между ними и температура на улице. Продлить его работу помогут встроенные в него змеевики – ТЭНы, подогревающие жидкость.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Это устройство имеет довольно внушительные размеры, поэтому его лучше вносить в первоначальный проект отопления. Существует несколько методик расчета его бака. Приведем самые простые из них:

Буферная емкость выбирается из среднего соотношения 30–50 л воды на 1 кВт мощности котельной установки.

Принять за исходную величину площадь отапливаемого помещения. Зная квадратуру отапливаемого помещения, следует умножить ее на 4 и получить объем бака. Например, нагреть домик в 50 м2 способен накопитель в 200 литров.

Не стоит брать бак слишком большого объема. В этом случае нужно нагреть много воды, а котел может не справиться с поставленной задачей. Его мощность первоначально выбиралась исходя из расчета, что она больше в два раза нужной, а в случае использования габаритной емкости потребуется приобрести котельную установку еще с большим запасом мощности.

При выборе накопительной емкости кроме расчетов следует учитывать еще один показатель: если теплопотребление в пиковые часы сильно отличается от среднечасового, и они занимают продолжительное время, то бак нужно покупать с большим объемом, чем получился при расчетах.

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Подключение осуществляется в упрощенном виде, и может быть выполнено своими руками. Буферная емкость располагается параллельно отопительному устройству, а трубы закольцовывают ее, поэтому такая схема известна еще как обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором.

В подключении участвуют:

• трехходовой клапан;
• циркуляционный насос, расположенный на обратной магистрали между котлом и накопителем;
• змеевик для нагрева воды;
• теплоаккумулятор для котла отопления в виде большого бака, наполненного горячей и холодной водой;
• трехходовой кран;
• циркуляционный насос, находящийся между накопителем и радиатором;
• котел;
• отопительный прибор.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется через патрубки. Более точную информацию о завязке всех приборов отопительной системы можно понять, изучив пошаговую инструкцию.

Инструкция и видео по подключению теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Пошаговая инструкция по подключению агрегата:

1. Вначале устанавливается котел по стандартной схеме. На трубах, идущих от него к накопителю, обязательно нужно установить группу безопасности и трехходовой клапан. Последний защищает котельную установку от конденсата. Если в котле ручная загрузка, то температура воды в обратной магистрали будет не ниже 55 0С, а для его аналога гидролизного типа она лежит в пределах от 65 до 75 0С. Под этот показатель подбирается соответствующий клапан. Перед ним устанавливается циркуляционный насос, нагнетающий горячий теплоноситель в буферный бак.
2. В систему подключается теплоаккумулятор.
3. На верхней трубе устанавливается трехходовой смесительный кран.
4. Подключается насос. Для его подсоединения в систему нужно дополнительно установить на верхней части накопителя обычный релейный термостат, который имеет погружную гильзу.
5. После него необходимо предусмотреть два обратных клапана: лепестковый вид будет расположен на горячей трубе, а пружинный на обратке. Они необходимы для введения в систему газового котла.

Установка, работающая на газу, признана выполнять две функции: она выступает альтернативным источником тепла, а также компенсирует долгий нагрев отопительной системы котлом, уменьшая его от 4 часов до получаса. Газовая установка дает в систему воду, нагретую до 40 0С, а котел нагнетает ее до 600С. Когда такая вода продвигается по системе, в газовом устройстве происходит автоматическое отключение. В случае если в системе температура станет меньше 400С, газовый котел снова включится и начнет обогревать жилье.

В предложенном ролике продемонстрировано, как правильно подсоединить накопитель с котлом на твердом топливе и его аналогом на газу.

Сегодня накопители для топливной системы очень популярны. Они эффективны и экономны. С ними можно оттянуть закладку топлива в котел на сутки, а при продумывании всех деталей системы и на более долгий срок. Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу можно выполнить самому или обратившись за помощью к специалистам. Запуск отопления лучше производить в их присутствии, чтобы они правильно отреагировали при возникновении неполадок.

Источники: http://www.sovets.ru/housewife/flat/otoplenie/11111.htm, http://cotlix.com/teploakkumulyator-dlya-kotlov-otopleniya-rekomendacii-po-vyboru, http://ksportal.ru/804-podklyuchit-teploakkumulyator-k-tverdotoplivnomu-kotlu.html

Как вам статья?