> Статьи > Расчет и подключение теплоаккумулятора для твердотопливного котла. Буферная емкость для твердотопливного котла
Расчет и подключение теплоаккумулятора для твердотопливного котла. Буферная емкость для твердотопливного котла
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.
Буферная емкость предназначена для работы в автоматическом режиме
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.
Чертежи для изготовления теплоаккумулятора
Теплоаккумулятор можно сделать своими руками. Достаточно рассчитать объем бака, подобрать подходящий материал и изоляцию.
Теплоаккумуляторы бывают красивы:
Принцип действия устройства
Каждый отопительный прибор имеет свой, особый принцип действия. Одни котлы отличаются равномерным режимом работы (газовое и электрическое нагревательное оборудование), другие, наоборот, отличаются нестабильным процессом. Интенсивность нагрева зависит от способа подачи топлива и наличию устройств, контролирующих процесс горения. С приборами, работающими на природном газе или от электричества, все обстоит просто и понятно. Что бы регулировать температуру нагрева теплоносителя достаточно уменьшить или вообще прекратить подачу газа, отключить электропитание. Постоянное энергоснабжение обеспечивает бесперебойную работу котельного оборудования. И днем и ночью котел работает в автоматическом режиме, самостоятельно регулируя температуру нагрева теплоносителя.
Твердотопливные котлы — агрегаты с большой инерционностью. Заложенное в топку топливо горит постоянно, и быстро прекратить этот процесс физически невозможно. Получаемая в процессе горения тепловая энергия не должна тратиться впустую. Избыток тепла накапливается вместе с теплоносителем в специальной емкости, которая выступает в роли аккумулятора тепловой энергии.
Аналогично обстоит ситуация со снижением интенсивности работы котла. При сгорании топливной массы, котел резко теряет свою производительность, котловая вода в отопительном контуре начинает стремительно остывать. Без очередной порции топлива возникает угроза снижение температуры в отапливаемых помещениях. Выход конечно есть. Новая закладка дров или угля решит проблему. Другой вопрос, как часто вы сможете заниматься подобной процедурой, особенно если топка оказалась пустой в ночное время.
Твердотопливный котел, соединенный с буферной емкостью — комплекс, способный за вас решить проблему теплоснабжения жилых помещений. Установка буферной емкости освобождает вас от частой и тяжелой работы по загрузке камеры сгорания нагревательного прибора очередным количеством дров.
На заметку: подсчитано, правильно рассчитанный теплоаккумулятор (буферная емкость) существенно уменьшает количество загрузок топки топливным материалом. В среднем число загрузок уменьшается, зависимости от модели и типа котла, в 2 раза. Налицо реальная экономия вашего личного времени и топливного ресурса (на 30-50%).
Понять принцип действия буферной емкости можно на примере работы автомобильного аккумулятора. Пока в машине включен двигатель, параллельно работает генератор электрического тока. Вырабатываемая генератором электроэнергия накапливается в аккумуляторе. При остановке основных двигателей, аккумулятор отдает обратно в автомобильные системы необходимую энергию.
Аналогично работает и буферная емкость. Есть тепло, теплоаккумулятор его накапливает, как только нагревательная установка перестает вырабатывать тепло, из накопительной емкости горячая вода расходуется на обогрев все системы отопления.
Способы подключения
Если вы рассчитали необходимый объем емкости и приобрели подходящий теплоаккумулятор, тогда остается только его установить. Лучше всего доверить это дело профессионалам, так как любая неточность может привести к неправильной работе системы отопления, не говоря уже о повреждении отдельных агрегатов или перегреве котла. Но на предварительном этапе вы можете ознакомиться с несколькими способами подключения твердотопливного котла к аккумулирующей емкости, а также дополнительными элементами, которые также будут обязательными в отопительной системе и в сохранении ее безопасности.
Итак, начнем с самой простой схемы. Она больше подходит для небольших помещений или домов с маленькой площадью, где не требуется установка мощного котла. Данный способ является не только самым простым, но и самым дешевым. Итак, система состоит из следующих элементов:
Твердотопливный котел
Буферная емкость
Трубопровод
Циркуляционные насосы (для перемещения тепла от источника к потребителю).
При этом подобный вариант является уместным, если давление по всей системе одинаковое, иначе могут происходить сбои в работе. Если вы хотите более надежную отопительную систему и при этом быть уверенным, что необходимого количества тепла хватит даже в самое холодное время или при расширении площади, тогда лучше изначально прибегнуть к более сложной схеме подключения. Она включает в себя такой набор элементов:
Твердотопливный котел.
Буферная емкость среднего или большого объема.
Теплообменник из металлических нержавеющих трубочек.
Манометр – для стабилизации давления.
Термометр – датчик температуры воды.
Магниевый анод – для предотвращения накипи в теплобаке.
В последней схеме к теплоаккумулятору котел будет подключаться через верхнюю точку – для подачи тепла, а через нижнюю – для входа холодной воды. Для более корректного использования накопленной тепловой энергии в вышеприведенную схему добавляется смесительный блок, он позволит контролировать уровень температуры и сохранить на долгое время тепло, выработанное твердотопливным котлом. Смесительный блок подключается к возвратному и подающему трубопроводу. А если у вас стоит цель автоматизировать отопление в жилом доме, тогда здесь используются более сложные конструкции и подключением занимаются только ответственные службы.
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.
Теплоаккумулятор для твердотопливного котла
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.
Как подходить к выбору буферной емкости?
Основные критерии выбора теплоаккумулятора
При выборе теплоаккумулятора необходимо учитывать ряд нюансов, касающихся как конструкции самого прибора, так и особенностей его монтажа.
Прежде всего, «тепловой заряд» буферной емкости напрямую зависит от ее вместимости. Общее количество воды должно быть таким, чтобы ни один киловатт энергии «не ушел на сторону», чтобы все избыточное тепло накапливалось в аккумуляторе. Объем рассчитывается по специальному алгоритму, и ниже в статье этому вопросу будет уделено внимание.
Важное значение имеет допустимое давление, на которое рассчитана емкость. Этот показатель должен быть не ниже, чем давление в любом из контуров отопления.
Оба указанных выше параметра накладывают свой отпечаток на габариты и массу буферной емкости. Для теплоаккумуляторов, рассчитанных на высокие показатели давления, обычно применяются емкости с тороидальными верхней и нижней крышками. Если приобретается прибор к уже существующей системе отопления, следует сразу продумать вопрос, как он будет заноситься в котельную – возможно, придётся снимать или даже расширять двери. При оценке массы изделия необходимо учитывать вес воды при полном заполнении емкости. Иногда для буферного бака приходится даже усиливать площадку (подливать плиту фундамента).
При выборе буферной емкости приходится учитывать множество нюансов – от объёма и материала изготовления до габаритов и возможности размещения в планируемом помещении
В зависимости от выбранной схемы подключения и от возлагаемых на теплоаккумулятор задач выбирается модель с требуемым количеством теплообменников или без них.
Важным критерием является материал изготовления внутренней емкости теплоаккумулятора. Предпочтительнее, конечно, выбирать нержавейку – она надежнее и долговечнее, но с позиций стоимости более выгодными кажутся баки из углеродистой стали со специальным покрытием, предотвращающим коррозию.
Важнейшим условием эффективности работы буферного бака является высококачественная термоизоляция.
Следует ознакомиться с возможностью подключения к выбираемому теплоаккумулятору трубных контуров, дополнительных ТЭНов, контрольно-измерительных приборов, устройств обеспечения безопасности эксплуатации. При этом обязательно учитывается то обстоятельство, что совершенно исключаются сварные соединения – допустимы только фланцевые или резьбовые муфтовые.
В непосредственной близости от теплоаккумулятора (в некоторых моделях – прямо на баке) устанавливается группа безопасности – манометр и предохранительный клапан. Проверяйте по паспорту изделия – если они не входят в заводской комплект поставки, то их надо докупить отдельно.
Приобретая буферную емкость, следует подумать о том, что на все используемые патрубки желательно сразу установить запорные краны и приборы визуального контроля за уровнем температуры (желательно – еще и давления). Если эти элементы не входят в комплект поставки теплоаккумулятора, придётся сразу покупать их отдельно, но так, чтобы они точно подошли к выбираемой модели.
На всех входах в буферную емкость рекомендуется установка фильтров-грязевиков.
Некоторые модели комплектуются автоматическим воздухоотводчиком. Если его нет – придется приобрести для установки в специально предусмотренное гнездо в верхней части прибора или же в самом верхнем патрубке емкости.
Запомните правило: вносить какие–либо собственные «усовершенствования» в конструкцию буферной емкости – категорически запрещено, так как это напрямую связано с проблемами обеспечения общей безопасности проживания в доме.
Цены на теплоаккумуляторы для систем отопления
теплоаккумуляторы
Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляют биметаллические радиаторы отопления какие лучше
Как рассчитать требуемую емкость теплоаккумулятора?
В том случае, если система отопления создается «с нуля», проведение ее расчетов всегда целесообразнее доверить опытным специалистам. Однако, случаются ситуации, когда к некоторым вычислениям приходится прибегать и самостоятельно. Например, в здании уже эксплуатируется твердотопливный (или электрический) котел, но для более эффективной работы системы хозяева решились на приобретение буферной ёмкости. Какой минимальный объем для этого потребуется?
Расчет основан на формуле количества тепловой энергии, необходимой для разогрева некоторой массы вещества на определенное количество градусов:
Q = m × с × Δt
Q – необходимое количество тепла;
m – масса вещества
с – его удельная теплоемкость
Δt – разница температур.
В нашем случае мы имеем дело с водой, так что табличное значение теплоемкости веещества известно
с =4,19 кДж/кг×°С = 1,164 Вт×ч/кг×°С и = 1,16 кВт/м³×°С.
Преобразуем выражение, чтобы получить значение массы:
m = Q / (с × Δt)
Так как тепловые потери неизбежны в любом случае, учитываем еще и коэффициент полезного действия котла k (по его паспорту):
m = Q / (k × с × Δt).
Казалось бы, всё? Нет, так как в процессе топки котла часть энергии будет не накапливаться, а сразу расходоваться на нужды отопления, и аккумулировать ее не придется. Значит, необходимо вычислить то значение, которое покажет разницу между вырабатываемой котлом тепловой энергией и текущим ее потреблением.
Паспортная мощность котла хозяевам известна (считать необходимо, исходя из максимальной). Если котел уже эксплуатировался, то наверняка хозяевам знаком его «норов», то есть время, за которое происходит полное прогорание топливной закладки (это можно условно назвать периодом активности котла).
Про расчет потребного количества тепла для отопления дома – упоминалось выше: пройдя по рекомендуемой ссылке, читатель сможет выполнить его самостоятельно.
Значит, определение остаточного количества тепла, подлежащего накоплению в буферной емкости, превращается в простейшую арифметическую операцию.
И теперь останется определиться с Δt. А это – ничто иное, как разница температур в трубах подачи и обратки на входах в котел. Необходимые значения можно получить обычным опытным путем – снять показания температуры при нормальной, установившейся работе системы отопления.
С наличием всех исходных данных несложно провести окончательный расчет. Правда, значение будет получено в килограммах, но, наверное, для воды не станет большой ошибкой его перевести в объемные единицы, исходя из примерной плотности 1 кг = 1 дм³.
Методика расчета для электрического котла – такая же. Разница лишь в том, что период активности оборудования здесь, естественно, не время прогорания топливной закладки, а длительность действия ночного льготного тарифа, скажем, 6 часов, с 00.00 до 6.00.
Многих пугают физико-математические формулы, заставляя отказываться от самостоятельных вычислений. Не беда – ниже расположен удобный калькулятор, в котором уже заложены все упомянутые соотношения, и который проведет расчет быстро и точно.
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:
m=Q/1,163×∆t где: m – масса воды в емкости (кг); Q – количество тепла (Вт); ∆t – разность температуры воды в трубе подачи и «обратке» (°С); 1,163 – удельная теплоемкость воды (Вт/кг °С).
Расчет буферной емкости твердотопливного котла
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 получаем W = m×c×∆t×k (3) откуда находим уточненную массу воды m = 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
На отопление помещений будет израсходовано 8,5×2,5 = 21,5 кВт
Лишнее произведенное тепло 50 – 21,5 = 28,5 кВт сохраняется в ТА.
Температура, на которую нагревается теплоноситель составляет 35° С. (Разность температур в трубе подачи и «обратки». Определяется замером во время работы системы отопления). Подставляя искомые значения в формулу (4) получаем 28500/(0,8×1,163×35) = 874,5 кг
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.
Функции, которые берёт на себя электроника в котлах отопления
Общество уже привыкло к тому, что в современном мире большинство процессов, которые касаются обеспечения жизнедеятельности, управляются с помощью электроники. То же самое относится и к системам горячего водоснабжения и отопления в доме.
Для чего нужна электроника в данном случае? Например, чтобы постоянно поддерживать нужную температуру воздуха в помещении. Этого можно добиться, если теплоноситель всегда будет горячим. Умная электронная система, которая встроена в теплоаккумулятор, контролирует уровень температуры воды. В случае необходимости включается циркуляционный насос для подачи воды-теплоносителя в отопительную систему. Электроника вовремя откроет заслонки для нагрева. Если возникнет необходимость, перекроет клапаны трубопроводов, чтобы теплоноситель устремился в радиаторы напрямую от котла.
Возможности системы позволяют переправить горячую воду от котла в трубопровод горячего водоснабжения.
Более того, электросистема поможет контролировать работу котла, работающего на твёрдом топливе. В аккумуляторе может быть установлен дополнительный патрубок для подключения солнечного коллектора. А это ещё одна существенная экономия энергоресурсов. Правда, стоимость такого прибора будет выше.
Применение дополнительных котлов
В схему обвязки твердотопливного котла можно включить довольно необычный элемент – это электрический котел. Его нельзя назвать обвязкой, это скорее простое дублирующее дополнение. Такие схемы задействуются при отсутствии места под размещение теплоаккумулятора. Электрокотел работает в паре с дровяным агрегатом, автоматически включаясь при фиксации падения температуры в контуре. Преимущества схемы:
Поддержание стабильной температуры в отоплении;
Не нужно тратиться на бак – самый простой электрокотел стоит всего несколько тысяч рублей;
Возможность обогрева при временном отсутствии дров;
Спокойный ночной сон, так как не нужно выскакивать из теплой постели для заброски следующей порции дров в ненасытную топку.
Есть и недостатки:
Помимо прочего использование резервного электрокотла крайне неэффективно, если в вашем районе случаются частые перебои с электричеством.
Резервный электрокотел потребляет много электроэнергии, что приводит к удорожанию эксплуатации системы отопления – это не самая выгодная схема;
Для питания мощного котла потребуется отдельная линия и хорошая электропроводка;
Особо мощные модели электрокотлов требуют подключения к трехфазной сети.
Поэтому вклад в покупку теплоккумулятора будет более выгодным.
Как произвести расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла?
Использование твердого топлива позволяет эффективно отапливать дом при небольших расходах. Установив теплоаккумулятор для твердотопливного котла, можно сделать его работу более рациональной. При этом уменьшается расход топлива и увеличивается срок эксплуатации отопительного оборудования.
Возможность накапливать тепло позволяет реже производить загрузку топлива и использовать котел в летнее время для горячего водоснабжения. Чтобы правильно выбрать теплоаккумулятор, необходимо произвести расчет его объема, исходя из мощности котла и условий его работы.
Преимущества использования теплоаккумулятора
Особенность работы твердотопливных котлов заключается в том, что наибольшую эффективность сжигания топлива получают в режиме номинальной мощности. При этом часто теплоноситель разогревается сильнее, чем это требуется.
Избыток тепла можно сохранить, используя аккумуляторный бак, чтобы использовать его после остановки котла. Принцип действия таков:
во время работы котла, после того как теплоноситель достиг нужной температуры, происходит нагрев жидкости в дополнительной емкости;
аккумуляторный бак, имеющий надежную теплоизоляцию, сохраняет поступившее тепло;
после остановки котла и остывания теплоносителя в системе горячая жидкость из теплоаккумулятора направляется с помощью насоса в систему отопления.
При необходимости запуск котла производится несколько раз на высокой мощности до нужной степени нагрева воды в баке. После этого система отопления может функционировать без включения котла, пока сохраняется достаточная температура теплоносителя.
В зависимости от объема теплоаккумулятора и площади отапливаемого дома этот процесс может длиться до двух суток. Кроме возможности уменьшить частоту регулярных загрузок топлива, накопительный бак дает и другие преимущества:
сохранение избыточного тепла для дальнейшего использования;
предохранение котла от перегрева;
возможность параллельного использования отопительных котлов разного типа;
увеличение КПД котла;
продление срока службы отопительного оборудования;
уменьшение расхода топлива;
подогрев воды для бытовых нужд.
Совет! Использование резервного аккумулирующего бака снижает ограничение на использование горячей воды в часы пикового потребления.
Расчет емкости теплоаккумулятора
Методика, по которой производится расчет, может быть разной в зависимости от схемы применения. Вот примерная схема подсчетов:
Определение максимальной загрузки топлива. Например, в топку вмещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт·ч энергии. Таким образом, при сжигании одной закладки дров котел отдаст 20·3,5=70 кВт·ч тепла. Время, за которое сгорает полная закладка, можно определить опытным путем или рассчитать. Если мощность котла, например, 25 кВт 70_25=2,8 ч.
Температура теплоносителя в отопительной системе. Если система уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери.
Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.
Расчет теплоаккумулятора
Если за час теплопотери помещения, например, составляют 6,7 кВт, то за сутки это составит 160, кВт. В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определено выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт·ч тепловой энергии.
Потребность на обогрев дома 6.7·3=20,1 кВт·ч, запас аккумулирующего бака составит 70-20,1=49,9, то есть примерно 50 кВт·ч. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 ч. Значит на сутки требуется две полных заклаки и одна неполная.
Исходя из этих расчетов, рассмотрев несколько вариантов, останавливаемся на таком: в 23 часа делается неполная загрузка, в 6.00 и 18.00 – полная. Если начертить график уровня заряда теплоаккумулятора, видно, что максимальный заряд приходится на 60 кВт·ч в 9 утра.
Так как 1 кВт·ч=3600 кДж, запас должен составить 60·3600=216000 кДж тепловой энергии. Запас по температуре (разность максимального показателя воды и необходимого показателя подачи) 95-57=38°С. Теплоемкость воды 4,187 кДж. Таким образом, 216000/(4,187·38)=1350 кг. В этом случае необходимый объем теплоаккумулятора составит 1,35 м3.
Рассмотренный пример дает общее представление о том, как производится расчет емкости аккумулирующего бака. В каждом отдельном случае необходимо учитывать особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.
Особенности установки теплоаккумулятора
Перед установкой оборудования должен быть составлен детальный проект. Необходимо учесть все требования производителей отопительного оборудования. При установке накопительного резервуара должны соблюдаться следующие правила:
Поверхность емкости должна иметь надежную теплоизоляцию.
На входе и выходе должны быть установлены термометры для контроля температуры воды.
Объемные баки чаше всего не вписываются в дверной проем. Если нет возможности внести резервуар до окончания строительства, придется использовать разборный вариант или несколько баков поменьше.
На входной трубе желательно наличие фильтра грубой очистки.
Рядом с резервуаром должны быть вмонтированы предохранительный клапан и манометр. В самом баке также должен быть воздухоотводящий клапан.
Должна быть предусмотрена возможность слива воды из бака.
Совет! Довольно часто наличие теплоаккумулятора является необходимым условием предоставления гарантии производителем твердотопливного котла.
Использование теплоаккумулятора в системе с твердотопливным котлом увеличивает эффективность работы теплогенератора и срок его службы, а также позволяет более экономно расходовать топливо. Возможность более редкой закладки топлива делает пользование отопительным котлом удобнее для потребителя. Расчет необходимой емкости аккумулирующего резервуара должен учитывать тип котла, особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.
Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла Произвести расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла нужно для того, чтобы сделать правильный выбор. Gрибор увеличивает срок службы теплогенератора.
Особенности эксплуатации твердотопливных котлов
Процесс горения древесины или угля несколько сложнее, чем сжигание того же метана (природного газа). Метан – простое неорганическое соединение, разлагающееся при высокой температуре на углекислый газ и воду с некоторой примесью угарного газа. Дерево и уголь – это сложные органические вещества, которые при сжигании образуют несколько веществ и газов, часть из них агрессивны. Это накладывает свой отпечаток на долговечность работы теплогенератора. Индивидуальная обвязка твердотопливных котлов делается для того, чтобы создать оптимальный рабочий режим и тем самым продлить им срок эксплуатации.
Одна из особенностей работы водогрейных агрегатов, сжигающих твердое топливо, проявляется после розжига топки и выхода на рабочий режим. Если монтаж трубопроводов отопления выполнить напрямую к отопительной установке и во время разогрева пропускать через водяную рубашку агрегата холодную воду, то на внутренних стенках топки начнет интенсивно выделяться конденсат. Он вступает в реакцию с продуктами горения, смешивается с золой и намертво пристает к металлической или чугунной поверхности. Результаты следующие:
Чугунная топка не так подвержена коррозии, но ее шероховатая поверхность способствует прилипанию налета, который удалить очень трудно. Такой же налет появится и на стенках камеры из стали.
Для успешной борьбы с конденсатом надо выполнить малый контур циркуляции с трехходовым клапаном, подключение твердотопливного котла к системе отопления не рекомендуется осуществлять напрямую.
Из правила есть одно исключение-при подключении теплогенератора к самотечной системе отопления, функционирующей без циркуляционного насоса, монтаж допускается осуществлять напрямую. Теплоноситель здесь течет по принципу конвекции, по мере разогрева увеличивая скорость движения, конденсат при этом не появляется. Правда, это возможно лишь при малой мощности отопительного оборудования и в небольших домах.
Еще одна особенность работы отопительных установок на дровах – инерционность. Когда температура воды в системе достаточна, автоматика закрывает доступ воздуха в топку и останавливает процесс. Тем не менее еще какое-то время горение продолжается, температура теплоносителя превышает заданную. Такое же явление наблюдается при остановке циркуляционного насоса в результате отключения электроэнергии. Вода в рубашке может вскипеть, образуя пар, и разрушить оболочку либо порвать трубы. Чтобы этого избежать, на подающий трубопровод или прямо в бак котловой воды устанавливается группа безопасности со сбросным клапаном, настроенным на определенное критическое давление.
Немного о назначении и конструкции
Прежде чем давать рекомендации по изготовлению этого важного узла, вкратце определимся, для чего он нужен и рассмотрим его заводскую конструкцию. Итак, аккумулирующие емкости с водой применяются в случаях периодического отопления дома, а точнее:
при работе электрического котла с многотарифным счетчиком, когда нагреватели могут экономно функционировать лишь в ночное время. Агрегат, работая на полную мощность, обогревает дом и накапливает тепловую энергию в баке с водой;
накопление теплоты необходимо и для котлов на твердом топливе, которые наоборот, останавливаются в ночное или другое время, если некому заложить в топку новую порцию дров или угля;
Агрегаты заводского изготовления представляют собой бак круглой формы, заполненный водой. В нее погружены несколько змеевиков, в них циркулирует теплоноситель котлового и других контуров отопления. Конструкция достаточно сложна в производстве и оттого недешева, в этом можно убедиться, посмотрев чертежи теплоаккумулятора.
Если попытаться взять за основу подобное устройство, чтобы самостоятельно изготовить теплоаккумулятор, то в конечном счёте он обойдется ненамного дешевле заводского. Медные или нержавеющие трубки и работа по навивке из них змеевиков, герметизация вводов и утепление отнимут у вас массу времени и денежных средств. Для домовладельцев, желающих произвести сборку и установку самодельного накопителя тепла, есть более простое решение, описанное ниже.
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
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.
