Как выбрать буферную емкость для твердотопливного котла

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.

Наглядная схема подключения буферной емкости, отображающая принцип ее работы.

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

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.

Объем буферного бака аккумулятора

Давайте разберемся в том, какой объём теплоаккумулятора должен быть. Есть расхожие мнения, которые основываются на расчете исходя из:

• площади помещения;
• мощности котла.

Давайте разберемся с каждым из них. Если отталкиваться от площади помещения, то точных рекомендаций быть не может. Так как есть много факторов, влияющих на время автономной работы системы без котла, основной из которых – это теплопотери помещения. Чем лучше утеплен дом, тем дольше буферная емкость сможет обеспечивать жилье теплом.

Конечно, чем больше резервуар, тем лучше, но чтобы нагреть большее количество теплоносителя понадобиться больше мощности нагревателя. Расчет мощности котла делается исходя из отапливаемой площади. Один киловатт прогревает десять метров. Можно поставить и пятитонный резервуар, только если котел не потянет такие объёмы, смысла никакого в установке такого большого теплоаккумулятора не будет. Значит, нужно вносить коррективы в расчет мощности самого котла.

Получается, что, возможно, правильнее делать расчет исходя из мощности котла. Возьмём для примера все тот же дом 200 м кв. Приблизительный расчет объёма буферной емкости следующий – один киловатт энергии прогревает 25 литров теплоносителя. То есть если стоит нагреватель мощностью 20 Вт, то объём ТА должен быть около 500 литров, чего явно недостаточно для такого жилья.

По итогам расчетов можно сделать вывод, что если вы собрались ставить теплоаккумулятор, то нужно учитывать это при подборе мощности котла и брать не один, а два киловатта на десять метров отапливаемой площади. Только тогда система будет сбалансированная. Объём ТА также влияет и на расчет вместительности экспанзомата. Экспанзомат – это расширительный бак, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Чтобы посчитать его объём нужно взять общий объём теплоносителя в контуре, включая вместительность буферной емкости, и поделить на десять.

Отзывы о бытовых теплоаккумуляторах для котлов: преимущества и недостатки

Что такое теплоаккумулятор?

Теплоаккумулятор – это буферная емкость, предназначенная для аккумулирования переизбытков тепла от котла системы отопления. Накопленный ресурс в дальнейшем применяется для различных нужд: длительного обогрева дома, горячего отопления и так далее.

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

Кроме аккумулирования излишков тепла, данная емкость осуществляет защитную функцию котла от растрескивания, которое случае при резком температурном перепаде.

Если такую систему оснастить различными датчиками и клапанами для многоуровневого сбережения, то теплоотдача увеличится, а расходы на покупку топлива существенно сократятся.

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

Медные внутренние теплообменники накопительного бака.
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.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

• по отапливаемой площади;
• по мощности котла;
• по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м² / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров. Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

• Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
• Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.
• Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.
• Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

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.

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.

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

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.

Расчет

Мощность ,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.

Формула:

• Q = m*С*(T2-T1);
• m – масса, кг;
• С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
• (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.

Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

• Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
• Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
• Мощность основного источника тепла.

Для периодической работы котла в течение суток

Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.

Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.

Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.

Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.

Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.

Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.

Цены: итоговая таблица

Схемы обвязки и подключения

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.

Монтаж теплоаккумулятора

Вне зависимости какого типа аккумулирующую емкость вы устанавливаете, вам в любом случае потребуется следующее:

• Шаровые краны;
• Циркуляционные насосы;
• Полипропиленовые трубы различного диаметра;
• Обратные клапаны;
• Термодатчики;
• Клапан сброса давления;
• Электропроводка;
• Электронный блок управления насосами;
• Теплоаккумулятор;
• Расширительный бачок;
• Инструменты (различные ключи, паяльник для труб, ФУМ-лента и так далее).

Важный совет! Рекомендуется устанавливать теплоаккумулятор ближе к котлу. Это вам сэкономит некоторое количество средств, а также существенно уменьшатся теплопотери.

Из СО выливают всю воду или антифриз (его обычно сливают в специальную емкость, так как покупка нового вышла бы слишком накладно).

1. К верхней открытой части аккумулирующего контура подключается емкость для теплового расширения воды, к ней подсоединяется в обязательном порядке предохранительный клапан, на случай превышения давления в системе.
2. На патрубки бака монтируют краны. Можно в общем-то этого не делать, но если вы хотите проводить ремонтные работы без слива теплоносителя, то установить шаровые запирающие краны придется.
3. К нижней выходящей трубе теплоаккумулятора подсоединяется насос.
4. Напорный вывод системы отопления присоединяют к верхнему выводу теплоаккумулятора.
5. На этом же участке устанавливают термодатчик и электронный блок управления системой теплового накопителя. Если вы не знаете как настраивать работу блока, то следует обратиться за помощью к специалисту.
6. К соседнему выводу, находящемуся вверху тепловой емкости, подсоединяют основную части СО по которой циркулирует теплоноситель.
7. На обратной магистрали аккумулятора подключают 2-ой насос для циркуляции воды. Этот аппарат нужен для перемещения основному отопительному контуру.
8. Затем встраивают автоматику для регулировки нормального функционирования второго циркуляционного насоса.
9. Если ваш теплоаккумулятор имеет второй накопительный контур внутри бака, то он также параллельно подключается к СО.
10. Если дополнительное оборудование и термодатчики не имеют штатных питающих проводов, то вы полняются работы по подключению электропитания.
11. В последнюю очередь система подключается к заземлению, после чего проводится диагностика усовершенствованной системы отопления и первый запуск.

Обратите внимание! Все системы безопасности и допоборудование лучше всего устанавливать через быстроразъемные фитинги, которые обычно называют «американками».