Как выбрать буферную емкость для твердотопливного котла

Содержание

Равномерность работы системы отопления и минимальное время за ее присмотром – мечта каждого владельца собственного дома. Не на последнем месте стоит экономичность. Теплоаккумулятор для отопления (ТА) объединяет и выполняет вышеуказанные функции. Данное специальное устройство самостоятельно в нужный момент уменьшает или увеличивает температуру теплоносителя. В результате достигается тепловой комфорт в отапливаемых помещениях. Вмешательство человека в этом процессе исключается. О том, как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу будет рассказано далее.

Назначение теплоаккумулятора

Установленный в системе отопления он в автоматическом режиме:

• накапливает излишнее тепло;
• отдает накопленное тепло теплоносителю в нужный момент;
• предотвращает закипание воды в котле при отсутствии электроэнергии;
• обеспечивает работу котла без вмешательства человека.

В теплоаккумуляторе накопителем излишков тепла является буферная емкость для воды. (На фото красная). Представляет собой ёмкость для воды со змеевиком, укрытую теплоизоляцией. Пока горят дрова, она накапливает избытки тепла. Как только котел перестает выдавать нужную температуру, излишнее тепло из этой емкости отдается в систему отопления. Вода в радиаторах не остывает. Система отопления в домах не устанавливается без электрических насосов, которые обеспечивают циркуляцию теплоносителя. Не трудно представить, что происходит в момент перебоев с электроэнергией. Дрова горят, тепло выделяется, а вода неподвижно стоит в трубах. Начинается ее закипание в котле.

Если этот момент упустить, то возможен взрыв со всеми вытекающими последствиями. Теплоаккумулятор для отопления препятствует этому. Пока горит топливо, его приходится периодически добавлять. Если не сделать это вовремя, котел потухнет. Чем это опасно в сильные морозы, знает каждый. Имея ТА процесс между закладками дров увеличивается в разы. При этом не создается опасность размораживания системы из-за затухания котла.

Выбираем теплоаккумулятор

ТА выбирают проектируя систему отопления. Правильно подобрать теплоаккумулятор помогут инженеры-теплотехники. Но, если невозможно воспользоваться их услугами, придется выбирать самостоятельно. Сделать это не трудно.

Главными критериями при подборе этого устройства принято считать следующие:

• давление в системе отопления;
• объем буферной емкости;
• наружные размеры и вес;
• оснащение дополнительными теплообменниками;
• возможность установки дополнительных устройств.

Напор воды (давление) в системе отопления — основной показатель. Чем он выше, тем теплее в обогреваемом помещении. Учитывая этот параметр, при выборе теплоаккумулятора для твердотопливных котлов обращается внимание на максимальное давление, которое он способен выдерживать. Теплоаккумулятор для твердотопливного котла, показанный на фото, изготовлен из нержавеющей стали, выдерживает высокое давление воды.

Объем буферной емкости. От него зависит способность накопления тепла для системы отопления при работе. Чем он больше, тем больше тепла накопится в емкости. Здесь нужно учитывать, что повышать предел до бесконечности бессмысленно. Но если воды будет меньше нормы, устройство просто не будет выполнять возложенную на него функцию накопления тепла. Поэтому для правильного выбора теплоаккумулятора придется сделать расчет его буферной емкости. Чуть позднее будет показано, как он выполняется.

Наружные размеры и вес. Это тоже важные показатели при выборе ТА. Особенно в уже построенном доме. Когда расчет теплоаккумулятора для отопления произведен, доставка к месту установки осуществлена, возможно возникновение проблемы с самой установкой. По габаритным размерам он может просто не вписаться в стандартный проем двери. Помимо этого, ТА большой емкости (от 500 л.) устанавливаются на отдельный фундамент. Массивное устройство, заполненное водой станет еще тяжелее. Эти нюансы нужно учитывать. Но выход найти легко. В этом случае приобретается два теплоаккумулятора для твердотопливных котлов с суммарным объемом буферных емкостей, равным расчетному для всей системы отопления.

Оснащение дополнительными теплообменниками. При отсутствии в доме системы ГВС, собственного контура подогрева воды в котле, лучше сразу приобрести ТА с дополнительными теплообменниками. Для проживающих в южных районах полезным будет подключение солнечного коллектора к ТА, что станет дополнительным бесплатным источником тепла в доме. Простой расчёт системы отопления покажет, сколько дополнительных теплообменников желательно иметь в теплоаккумуляторе.

Возможность установки дополнительных устройств. Здесь подразумевается установка ТЭНов (трубчатых электрических нагревателей), КИП (контрольно-измерительных приборов), предохранительных клапанов и других устройств, обеспечивающих бесперебойную и безопасную работу буферной емкости в устройстве. Например, в случае аварийного затухания котла, температуру в системе отопления будут поддерживать ТЭНы. В зависимости от объема обогрева помещений комфортной температуры они могут не создать, но размораживание системы предотвратят обязательно. Наличие КИП позволит своевременно обратить внимание на возможные неполадки, возникшие в системе отопления.

Важно. Выбирая теплоаккумулятор для отопления заостряйте внимание на его теплоизоляцию. От нее зависит сохранение полученного тепла.

Расчет объема буферной емкости котла

Самым оптимальным решением этой задачи станет поручение ее выполнения инженерам-теплотехникам. Расчет объема теплоаккумулятора для всей системы отопления частного дома требует учитывать различные факторы, известные только им. Несмотря на это, предварительные подсчеты можно сделать самостоятельно. Для этого кроме общих знаний физики и математики понадобятся калькулятор и чистый лист бумаги.

Находим следующие данные:

• мощность котла, кВт;
• время активного горения топлива;
• тепловая мощность обогрева дома, кВт;
• КПД котла;
• температуры в трубе подачи и «обратке».

Рассмотрим пример предварительного расчета. Обогреваемая площадь — 200 м², время активного горения котла – 8 часов, температура теплоносителя при нагреве — 90° С, в обратном контуре — 40° С. Расчетная тепловая мощность обогреваемых помещений – 10 кВт. При таких исходных данных тепловой прибор получит 80 кВт (10×8) энергии.

Делаем расчет буферной емкости твердотопливного котла по теплоемкости воды:

Подставив цифры в формулу получим 1375 кг воды или 1,4 м³ (80000/1,163×50). Таким образом для системы отопления дома площадью 200 м² надо установить ТА емкостью 1,4 м³. Зная эту цифру можно смело идти в магазин и смотреть, какой теплоаккумулятор приемлем.

Габариты, цена, комплектация, производитель уже легко определяемы. Сопоставляя известные факторы не трудно сделать предварительный выбор теплового аккумулятора для дома. Такой расчет актуален в случае, когда дом построен, система отопления уже смонтирована. Результат расчета покажет, нужно ли разбирать дверные проемы из-за габаритов ТА. Оценив возможность его установки на постоянное место, делается окончательный расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла, установленного в системе.

Собрав данные по системе отопления выполняем вычисления по формуле:

W = m×c×∆t (1)где:W – количество необходимого тепла для нагрева теплоносителя;m – масса воды;c – теплоемкость;∆t – температура подогрева воды;

Кроме этого понадобится значение k – КПД котла.

Из формулы (1) находим массу:m = W/(c×∆t) (2)

Поскольку КПД котла известен, уточняем формулу (1) и получаемW = m×c×∆t×k (3)откуда находим уточненную массу водыm = W/(c×∆t×k) (4)

Рассмотрим, как рассчитать теплоаккумулятор для дома. В системе отопления установлен котел мощностью 20 кВт (указана в паспортных данных). Топливная закладка прогорает за 2,5 часа. Для отопления дома нужно 8,5 кВт/1 час энергии. Значит, за время прогорания одной закладки будет получено 20×2,5 = 50 кВт

Эта цифра означает, что для сохранения тепла, выработанного котлом необходимо иметь 875 кг теплоносителя. Для этого понадобится буферная емкость для всей системы объемом 0,875 м³. Такие облегченные расчеты позволяют легко выбрать теплоаккумулятор для котлов отопления.

Совет. Для более точного расчета объема буферной емкости лучше обратиться к специалистам.

Способы подключения

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется различными способами.

Но в любом случае существует ряд правил, соблюдение которых обязательно:

• все соединения в системе должны быть резьбовыми или фланцевыми;
• рекомендуется установка запорной арматуры на магистрали ТА;
• оснащение КИП входов и выходов ТА;
• установка фильтров очистки на входах;
• установка манометра и предохранительного клапана на ТА;
• предусмотреть установку клапана воздухоотводчика.

Соблюдение этих требований обеспечивает работоспособность и безопасность всей системы отопления. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором осуществляется по различным схемам. На фото показана одна из них. По своей сути она является упрощенной базовой моделью системы отопления. Поняв принцип ее действия можно приступать к самостоятельному монтажу.

Как выполняется обвязка смотрите на видео:

Смесительный узел котлового контура предотвращает попадание холодной воды в котел. В то же время аналогичный узел контура отопления при необходимости подает часть горячего теплоносителя в систему для поддержания в ней заданной температуры.

Балансировочный вентиль позволяет обеспечить одинаковый нагрев всех приборов отопления, на каком бы удалении от котла они не находились. При наличии дополнительных змеевиков и солнечного коллектора на крыше ТА на определенное время превращается в термоаккумулятор. Это позволяет снизить расход топлива для котла. Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу практически не изменяется.

К сведению. Теплоаккумулятор для котлов отопления можно не только подключить, но и изготовить своими руками, что многими уже опробовано.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла позволяет сжигать топливо с максимальным КПД, и увеличивает время между заброской дров. Наряду с ощутимой экономией топлива и комфортной температурой отапливаемых помещений это устройство становится востребованным в каждой системе отопления. Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу своими силами больших трудностей не создает.

Видео по теме:

Наибольший недостаток твердотопливных котлов – их цикличность: при максимальной загрузке и горении достигается пиковая (часто избыточная) тепловая мощность, которая постоянно снижается до 0 (полное затухание) и возобновляется новой закладкой топлива. Такая цикличность не позволяет обеспечить стабильную, быстро и точно регулируемую систему отопления.

Сгладить неравномерную теплоотдачу ТТ котлов позволяет буферная емкость (она же теплоаккумулятор), накапливающая излишки тепла при пиковой работе котлоагрегата. Однако в выборе и расчете необходимого объема теплоаккумулятора есть немало нюансов.

Что из себя представляет буферная емкость для твердотопливного котла

Буферная емкость (также теплоаккумулятор) – это бак определенного объема наполненный теплоносителем, назначение которого – накапливать излишки тепловой мощности и в дальнейшем более рационально распределять их в целях отопления дома или обеспечения горячего водоснабжения (ГВС).

Для чего нужна и насколько она эффективна

Чаще всего буферная емкость используется при твердотопливных котлах, которые обладают определенной цикличность, при чем это относится и к ТТ котлам длительного горения. После розжига теплоотдача топлива в камере сгорания быстро возрастает и достигает пиковых значений, после чего выработка тепловой энергии угасает, а при затухании, когда новая партия топлива не закладывается, и вовсе прекращается.

Исключением являются лишь бункерные котлоагрегаты с автоматической подачей, где за счет регулярной равномерной подачи топлива, горение происходит с одинаковой теплоотдачей.

При такой цикличности, в период остывания или затухания, тепловой энергии может быть недостаточно для поддержания комфортной температуры в доме. В то же время в период пиковой тепловой мощности температура в доме гораздо выше комфортной, а часть излишнего тепла из камеры сгорания просто вылетает в дымоход, что является не самым эффективным и экономным использованием топлива.

Наиболее понятна эффективность буферного бака на конкретном примере. Один м³ воды (1000 л) при охлаждении на 1°C выделяет 1-1,16 кВт тепла. Возьмем в пример среднестатистический дом с обычной кладкой в 2 кирпича площадью 100 м², теплопотери которого равны приблизительно 10 кВт. Теплоаккумулятор на 750 л, разогретый несколькими закладками до 80°C и остывший до 40°C, отдаст системе отопления около 30 кВт тепла. Для вышеупомянутого дома это равно 3-м дополнительным часам тепла батарей.

Иногда буферная емкость используется и в сочетании с электрическим котлом, оправдано это при отоплении ночью: по сниженным тарифам на электроэнергию. Однако такая схема редко оправдана, поскольку для накопления за ночь достаточного для дневного обогрева количества тепла необходим бак не на 2 и даже не на 3 тыс. литров.

Устройство и принцип работы

Теплоаккумулятор – герметичный, как правило, вертикальный бак цилиндрической формы, иногда дополнительно термоизолированный. Он является посредником между котлом и отопительными приборами. Стандартные модели оснащены врезкой из 2-х пар патрубков: первая пара – подача и обратка котла (малый контур); вторая пара – подача и обратка отопительного контура, разведенного по дому. Малый контур и контур отопления не пересекаются между собой.

Принцип работы теплоаккумулятора в связке с твердотопливным котлом прост:

1. После растопки котла циркуляционный насос постоянно прокачивает теплоноситель в малом контуре (между теплообменником котла и баком). Подача котла подключается в верхний патрубок теплоаккумулятора, а обратка в нижний. Благодаря этому происходит плавное заполнение подогретой водой всей буферной емкости, без выраженного вертикального движения теплой воды.
2. С другой стороны, сверху к буферной емкости подключена подача к радиаторам отопления, а снизу обратка. Теплоноситель может циркулировать как без насоса (если система отопления рассчитана на естественную циркуляцию), так и принудительно. Опять таки, подобная схема подключения минимизирует вертикальное перемешивание, поэтому буферная емкость отдает накопленное тепло батареям постепенно и более равномерно.

Если правильно подобрать объем и прочие характеристики буферной емкости для твердотопливного котла, потери тепла можно свести к минимуму, что отразится не только на экономии топлива, но и на комфорте топки. Накопленное тепло в хорошо термоизолированном теплоаккумуляторе сохраняется на протяжении 30-40 часов и более.

При чем за счет достаточного, значительно большего, чем в системе отопления, объеме, аккумулируется абсолютно все выделенное тепло (в соответствии с КПД котла). Уже спустя 1-3 часа топки, даже при полном затухании, в распоряжении имеется полностью «заряженный» теплоаккумулятор.

Типы конструкций

Фото	Устройство буферной емкости	Описание отличительных особенностей
	Стандартная, описанная ранее, буферная емкость с прямым подключением сверху и снизу.	Такие конструкции наиболее дешевые и наиболее часто применяемые. Подходят для стандартных систем отопления, где во всех контурах одинаковое максимально допустимое  рабочее давление, одинаковый теплоноситель, а температура подогреваемой котлом воды не превышает максимально допустимую для радиаторов.
	Буферная емкость с дополнительным внутренним теплообменником (обычно в виде змеевика).	Устройство с дополнительным теплообменником необходимо при более высоком давлении малого контура, которое недопустимо для радиаторов отопления. Если дополнительный теплообменник подключается отдельной парой патрубков, можно подключить дополнительный (второй) источник тепла, например, ТТ котел + электрокотел. Также можно разделить теплоноситель (например: в дополнительном контуре вода; в системе отопления антифриз)
	Накопительный бак с дополнительным контуром и еще одним контуром для ГВС. Теплообменник для горячего водоснабжения изготовлен из сплавов, не нарушающих санитарные нормы и требования к воде, применяемой для приготовления пищи.	Применяется как замена двухконтурному котлу. Кроме того, имеет преимущество в виде практически мгновенной подачи горячей воды, в то время как двухконтурному котлу требуется 15-20 секунд на ее подготовку и доставку до точки потребления.
	Аналогичная предыдущей конструкция, однако теплообменник ГВС выполнен не в виде змеевика, а в виде отдельного внутреннего бака.	Помимо вышеописанных преимуществ, внутренний бак устраняет ограничения в производительности горячей воды. Весь объем бака ГВС может быть использован за неогрниченное одновременное потребление, после чего необходимо время на подогрев. Обычно, объема внутреннего бака хватает как минимум на купание 2-4 человек подряд.

Любой из вышеописанных типов буферной емкости может иметь большее количество пар патрубков,  что позволяет разграничить параметры системы отопления по зонам, дополнительно подключить водяной теплый пол и т.д.

Отзывы о бытовых теплоаккумуляторах для котлов: преимущества и недостатки

Преимущества	Недостатки
Гораздо более эффективное использование твердого топлива, что увеличивает экономию	Система оправдана лишь при постоянном использовании. При непостоянном проживании в доме и растопке, например, лишь на выходные, системе требуется время для нагрева. В случае кратковременной работы эффективность будет сомнительной.
Продление цикла и снижение частоты закладок твердого топлива	Система требует принудительной циркуляции, которая обеспечивается циркуляционным насосом. Соответственно, такая система энергозависима.
Повышение комфорта за счет более стабильной и настраиваемой работы системы отопления	Для обустройства системы отопления с использованием бойлера косвенного нагрева требуются дополнительные средства. Стоимость недорогих буферных емкостей начинается от 25 тыс. рублей + расходы на обеспечение безопасности (генератор на случай отключения электроснабжения и стабилизатор напряжения, иначе при отсутствии циркуляции теплоносителя в лучшем случае может случиться перегрев и прогорание котла).
Возможность обеспечения горячего водоснабжения	Буферная емкость, особенно на 750 и более литров имеет немалые размеры и требует дополнительные 2-4 м2 пространства в котельной.
Возможность подключения нескольких источников тепла, возможность разграничения теплоносителя	Для обеспечения максимальной эффективности, котел должен иметь по крайней мере на 40-60% большую мощность, чем минимально необходимая для отопления дома.
Подключение буферной емкости – процесс несложный, его можно произвести без привлечения специалистов

Как выбрать буферную емкость

Расчет минимально необходимого объема

Наиболее важным параметром, с которым стоит определиться сразу – объем емкости. Он должен быть как можно большим для максимизации эффективности, но до определенного порога, чтобы мощности котла хватало для его «заряда».

Расчет объема буферной емкости для твердотопливного котла производится по формуле:

m = Q / (k*c*Δt)

• где, m – масса теплоносителя, после расчета ее не сложно перевести в литры (1 кг воды ~ 1 дм³);
• Q – необходимое к-во тепла, рассчитывается как: мощность котла * период его активности — теплопотери дома * период активности котла;
• k – КПД котла;
• c – удельная теплоемкость теплоносителя (для воды это известная величина – 4,19 кДж/кг*°C = 1,16 кВт/м³*°С);
• Δt – разница температур в трубах подачи и обратки котла, снимаются показатели при установившейся работе системы.

Например, для среднестатистического дома с кладкой в 2 кирпича площадью 100 м² теплопотери, грубо, составляют 10 кВт/час. Соответственно, необходимое количество тепла (Q) для поддержания баланса = 10 кВт. Дом отапливается котлом мощностью 14 кВт и КПД 88%, дрова в котором прогорают за 3 часа (период активности котла). Температура в трубе подачи – 85°C, а в обратке – 50°C.

Сначала нужно рассчитать необходимое к-во тепла.

Q = 14*3-10*3 = 12 кВт.

В итоге m = 12 / 0,88*1,16*(85-50) = 0,336 т = 0,336 кубометра или 336 литров. Это минимально необходимый объем буферной емкости. При такой вместимости, после прогорания закладки (3ч), теплоаккумулятор накопит и распределит далее 12 кВт тепла. Для дома из примера это более 1 дополнительного часа теплых батарей на одной закладке.

Соответственно, показатели зависят от качества топлива, чистоты теплоносителя, точности исходных данных, поэтому на практике результат может отличаться на 10-15%.

Калькулятор расчета минимально необходимой емкости теплоаккумулятора

Количество теплообменников

После подбора объема, второе, на что стоит обратить внимание – наличие теплообменников и их количество. Выбор зависит от желаний, требований к СО и схемы подключения бака. Для самой простой системы отопления достаточно пустой модели без теплообменников.

Однако если в контуре отопления планируется естественная циркуляция, нужен дополнительный теплообменник, поскольку малый контур котла может функционировать лишь при принудительной циркуляции. Давление в таком случае выше, чем в отопительном контуре с естественной циркуляцией. Для обеспечения ГВС или подключения теплых полов также потребуются дополнительные теплообменники.

Максимально допустимое давление

При выборе буферной емкости с дополнительным теплообменником, следует обратить на максимально допустимое рабочее давление, которое должно быть не ниже, чем в любом из контуров отопления. Бак моделей без теплообменников в большинстве случаев рассчитаны на внутреннее давление до 6 бар, чего более чем достаточно для среднестатистической СО.

Материал внутренней емкости

На данный момент существует 2 варианта изготовления внутреннего бака:

• мягкая углеродистая сталь – покрыта непромокаемым антикоррозийным покрытием, имеет более низкую себестоимость, используется в недорогих моделях;
• нержавеющая сталь – более дорогая, но более надежная и долговечная.

Некоторые производители также устанавливают в емкости дополнительные средства защиты стенок. Чаще всего это, например, магниевый аноидный стержень по центру бака, обеспечивающий защиту стенок бака и теплообменников от нарастания слоя твердых солей. Однако такие элементы нуждаются в периодической очистке.

Другие критерии выбора

После определения с основными техническими критериями, можно обратить внимание на дополнительные параметры, повышающие эффективность и комфорт от использования:

• возможность подключения ТЭН для дополнительного подогрева от электросети, а также дополнительных контрольно-измерительных приборов, которые монтируются резьбовым или муфтовым (но ни в коем случае не сварным) соединением;
• наличие слоя теплоизоляции – в более дорогих моделях теплоаккумуляторов между внутренним баком и наружной оболочкой имеется слой теплоизолирующего материала, способствующий еще более долгому сохранению тепла (вплоть до 4-5 дней);
• вес и габариты – все вышеперечисленные параметры влияют на вес и размеры буферной емкости, поэтому стоит за ранее определиться как она будет заноситься в котельную.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Sunsystem PS 200

Стандартный недорогой теплоаккумулятор, отлично подходящий для твердотопливного котла в небольшом частном доме площадью до 100-120 м². По устройству это обычный бак, без теплообменников. Объем емкости – 200 л при максимально допустимом давлении 3 бар. За небольшую стоимость модель имеет 50 мм слой полиуретановой теплоизоляции, возможность подключения ТЭН.

Цена: в среднем 30 000 рублей.

Hajdu AQ PT 500 C

Одна из лучших за свою цену моделей буферных емкостей, оснащена одним встроенным теплообменником. Объем – 500 л, допустимое давление – 3 бар. Отличный вариант для дома площадью 150-300 м² с большим запасом мощности твердотопливного котла. В линейке имеются модели разных объемов.

Начиная с объема 500 л модели (опционально) оснащаются слоем полиуретановой термоизоляции + кожухом из искусственной кожи. Возможна установка ТЭН. Модель известна исключительно положительными отзывами владельцев, надежностью и долговечностью. Страна-производитель: Венгрия.

Стоимость: 36 000 руб.

S-TANK AT PRESTIGE 300

Еще одна недорогая буферная емкость объемом 300 л. По конструкции представляет из себя накопительный бак без дополнительных теплообменников с максимально допустимым рабочим давлением 6 бар. Внутренние стенки, как и в предыдущих случаях, исполнены из углеродистой стали. Главным отличием является существенный, экологически чистый слой теплоизоляции из полиэфирного материала по технологии NOFIRE, т.е. высокого класса термо- и огнестойкости. Страна-производитель: Беларусь

Стоимость: 39 000 руб.

ACV (АЦВ) LCA 750 1 CO TP

Производительная дорогостоящая буферная емкость объемом 750 л с дополнительным трубчатым теплообменником для ГВС, предназначенная для котлов с большим запасом мощности.

Внутренние стенки покрыты защитной эмалью, имеется высококачественный 100 мм слой теплоизоляции. Внутри бака установлен магниевый анод, предотвращающий накопление слоя твердых солей (в комплекте имеется 3 запасных анода). Возможна установка ТЭН и дополнительных контрольно-измерительных приборов. Страна-производитель: Бельгия.

Стоимость: 168 000 руб.

Цены: итоговая таблица

Модель	Объем, л	Допустимое рабочее давление, бар	Стоимость, руб
Sunsystem PS 200, Болгария	200	3	30 000
Hajdu AQ PT 500 C, Венгрия	500	3	36 000
S-TANK AT PRESTIGE 300, Беларусь	300	6	39 000
ACV (АЦВ) LCA 750 1 CO TP, Бельгия	750	8	168 000

Схемы обвязки и подключения

Упрощенная наглядная схема (нажмите для увеличения)	Описание
	Стандартная схема подключения «пустых» буферных емкостей к твердотопливному котлу. Используется, когда в системе отопления (в обоих контурах: до бака и после) единый теплоноситель, единое допустимое рабочее давление.
	Схема аналогичная предыдущей, но предполагающая установку термостатического трехходового клапана. При таком обустройстве доступна регулировка температуры отопительных приборов, что позволяет еще более экономно расходовать накопленное в баке тепло.
	Схема подключения теплоаккумуляторов с дополнительным теплообменников. Как уже не раз упоминалось, используется в случае, когда в малом контуре предполагается использование иного теплоносителя или более высоких показателей рабочего давления.
	Схема организации горячего водоснабжения (при наличии в баке соответствующего теплообменника).
	Схема, предполагающая использование 2-х независимых друг от друга источников тепловой энергии. В примере это электрический котел. Источники подключаются в порядке убывания теплового напора (сверху-вниз). В примере сначала идет основной источник – твердотопливный котел, ниже – вспомогательный электрокотел.

В качестве дополнительного источника тепла, например, вместо электрокотла, может использоваться трубчатый электронагреватель (ТЭН). В большинстве современных моделей уже предусмотрена его установка посредством фланцевого или муфтового крепления. Установив в соответстсвующий патрубок ТЭН можно частично заменить электрический котел или лишний раз обойтись без растопки твердотопливного котла.

Важно понимать, что это упрощенные, не полные схемы подключения. Для обеспечения контроля, учета и безопасности системы, на подаче котла устанавливается группа безопасности. Кроме того, важно позаботиться о работе СО в случае отключения электроснабжения, т.к. для питания циркуляционного насоса недостаточно энергии вырабатываемой термопарой энергонезависимых котлов. Отсутствие циркуляции теплоносителя и скоплении тепла в теплообменнике котла с высокой вероятностью приведет к разрыву контура и аварийному опорожнению системы, не исключено прогорание котла.

Поэтому в целях безопасности, необходимо позаботиться об обеспечении работы системы по крайней мере до полного прогорания закладки. Для этого используется генератор, мощность которого подбирается в зависимости от характеристик котла и длительности горения 1 закладки топлива.

Где купить буферную емкость для твердотопливного котла

В Москве и МО

1. MirCli (https://mircli.ru/bufernye-nakopiteli/) – 8 (495) 666-2219.
2. Тепломатика (https://www.teplomatica.ru/vodonagrevateli-i-kolonki/bufernye-emkosti.html) – +7 (495) 369-62-54, г. Москва, ул. Дорожная 3 корпус 1.

В Санкт-Петербурге

1. Теплоторг (https://teplotorg.ru/baki/bufernye-emkosti/) – +7 (812) 612-40-02, г. Санкт-Петербург, ул. Якорная, д. 10.
2. Теплодвор СПб (http://spb.teplodvor.ru/baki/bufernye-emkosti/) – +7(812)628-13-33, г. Санкт-Петербург, ул. Витебский проспект, 3 196105.

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
3. Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

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.

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.

 Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

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

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Альтернативная схема

Данная схема обвязки буферной емкости и твердотопливного котла предложена одним из участников популярного форума. Ее особенность состоит в том, что при отключении электроэнергии работоспособность схемы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб. Ниже на рисунке изображено подключение теплоаккумулятора к закрытой системе отопления, но при монтаже ее лучше сделать открытой, о чем говорит и сам автор.

Вкратце суть такова: благодаря Т-образному вводу сверху бака происходит одновременный нагрев радиаторов и «зарядка» термоаккумулятора, сделанного своими руками. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая агрегат по достижении в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного термостата, с которым связан сетевой насос.

Примечание. Предложенная схема обвязки проверена ее создателем на собственном опыте. Все подробности ее монтажа и эксплуатации описаны автором на форуме

Заключение

Нельзя отрицать тот факт, что теплоаккумулятор улучшает условия эксплуатации обычного твердотопливного котла. Последний сжигает топливо с максимальным КПД, а после прогрева число походов в котельную сокращается до минимума. Другое дело, что данное удовольствие – не из дешевых, из-за чего львиная доля работающих в частных домах аккумуляторов – самодельные.

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, м3	0.35	0.5	0.8	1	1.5	2	3	3.5
Величина отдаваемого теплапри разности температур в 40 ⁰С, кВт/ч	20	30	45	58	85	115	170	210

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 м³, а пространства для его установки недостаточно, то можно приобрести 2 изделия по 0.5 м³, 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

Элементы блока:

• 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.

Используемые источники:

• https://profiteplo.com/tverdotoplivnye/27-teploakkumulyator-dlya-kotlov-otopleniya.html
• https://gradusplus.com/kotly/obustrojstvo-kotelnoj/bufernaya-emkost-dlya-tverdotoplivnogo-kotla/
• https://otivent.com/kak-rasschitat-teploakkumulyator-i-vypolnit-ego-obvyazku
• https://cotlix.com/teploakkumulyator-dlya-kotlov-otopleniya-rekomendacii-po-vyboru