Теплоаккумулятор для отопления – что это такое, принцип действия, правила выбор, разновидности, расчет, подключение

Схема №3

Для защиты котла от конденсата можно использовать не только трехходовой клапан, но и насос на подмес. Во многих моделях твердотопливных котлов имеется выход для насоса подмеса. У системы автоматического управления котлом имеются датчики, которые устанавливаются как можно ближе ко входу твердотопливного котла. Все это работает таким образом: вместе с главным циркуляционным насосом запускается насос подмеса, которые добавляет горячий теплоноситель к обратке, возвращающейся из системы, таким образом максимально предохраняя котел от конденсата. Автоматика ориентируется на датчик на входе, и как только температура достигает, к примеру, 55 градусов — подмес выключается и работает только циркуляционный насос.

Какие недостатки данной схемы обвязки твердотопливного котла? Дело в том, что эта схема называется «количественный подмес», и если мощности котла и самой системы отопления подобраны неверно, насос подмеса будет постоянно пытаться поднять температуру на входе в котел, но (если мощности котла недостаточно) все равно не сможет предотвратить образование конденсата. Именно поэтому эта схема проигрывает схеме №1 (так называемый «качественный подмес»). В схеме №1 все понятно: клапан подаст на вход котла именно такую температуру воды, при которой котел не будет конденсировать, несмотря на все огрехи и ошибки в расчетах мощности.

Варианты конструкций и схем их подключения

Буферные емкости для систем отопления могут быть прямоугольными либо плоскими. Но мера эта вынужденная, определяется условиями монтажа в конкретной котельной. В качестве теплового носителя могут использоваться обычная вода или антифриз.

Чтобы улучшить эффективность работы емкости, ее рекомендуется утеплять слоем на четыре – десять сантиметров. Кроме этого, буферная емкость для котла отопления может комплектоваться:

• встроенными электрическими нагревательными элементами (ТЭНами);
• медными или стальными змеевиками, изготовленными из нержавеющего материала или черного металла. Их основное предназначение – готовить ГВС, подключать дополнительные тепловые источники, гелиосистемы, «теплые полы»;
• резервуарами для подготовки ГВС вместимостью на сто – двести литров.

Теперь рассмотрим наиболее распространенные варианты подключения буферной емкости к системе отопления.

Основное предназначение смесительного узла – не пускать холодную воду из обратки в теплогенератор. Трехходовой клапан, отрегулированный на температурный режим не ниже сорока пяти градусов, направляет тепловой носитель по малому кругу, пока он не нагреется до заданного параметра. После этого через клапан начинает дозировано поступать холодная жидкость. Чтобы очищать систему от накипи, до клапана рекомендуется установить фильтр-грязевик. При этом необходимо помнить, что вертикальная схема монтажа – ошибочное действие.

Большинство изготовителей настоятельно советуют пользоваться теплоаккумуляторами (буферными емкостями). Обусловлено это определенными причинами:

• после закрытия заслонки в камере тлеет древесина с минимальным количество кислорода, от чего повышается количество угарного газа, растет уровень загрязнения окружающей среды. По этой причине котел должен функционировать на средних или максимальных показателях, излишки тепла сосредотачивая в емкости;
• как только дрова прогорят, тепловой энергии, накопившейся в буферной зоне, будет достаточно, чтобы какое-то время обогревать все помещения. Продолжительность такого варианта обогрева зависит от величины бака.

Вариант подключения, альтернативный предыдущему способу – обвязка котла, работающего на твердом топливе, с буферным баком. Способ подключения буферной емкости к системе отопления отличается тем, что бак не накапливает тепло, а разделяет котел от трубного контура отопительной системы, которых может быть несколько, с разными температурными режимами теплоносителей.

Зачастую твердотопливные котлы устанавливаются в качестве дополнительного элемента в домах, в которых уже имеются электрические установки. Чтобы совместная работа проходила корректно, потребуется выполнить правильную обвязку, в которой предусмотрена для агрегатов подстраховка друг друга. К примеру, в котле прогорает уголь. В это момент автоматически активируется электрический либо газовый котел.

Применение буферной емкости

Схема обвязки твердотопливного котла с баком аккумулятором не отличается широким распространением. Она довольно громоздкая, но позволяет обеспечить более корректную работу отопления. Ее преимущества:

• Стабилизация температуры в системе за счет повышенного объема воды в контуре;
• Возможность снижения количества подходов для закладки горючего в топку котла за счет аккумуляции избыточного количества тепла в баке-аккумуляторе;
• Возможность аккумуляции явно лишних избытков тепловой энергии при использовании слишком мощного котла или избыточной закладки дров.

Схема с теплоаккумулятором имеет один недостаток – необходимо выделить место под само устройство. Объем используемой емкости достигает нескольких сотен литров, поэтому для размещения бака понадобится свободное пространство.

Существует множество схем подключения буферных емкостей. Самые простые из них подразумевают применение одного и того же теплоносителя в котле и в отопительной системе. Более эффективная схема – с применением трехходового клапана с термостатом, чем обеспечивается более равномерный и экономный расход тепловой энергии из буферной емкости.

Также применяются схемы с двумя контурами. В этом случае теплоаккумуляторы систем отопления оснащаются теплообменниками, подключаемыми к твердотопливным котлам. Теплообменники нагревают воду в баке, которая является теплоносителем контура отопления. Этот вариант отличается своей экономичностью и более равномерным нагревом.

Данная схема с буферной емкостью является щадящей для твердотопливных котлов, которые не рассчитаны на большое давление в отоплении. А в этом случае теплоносители будут разделены, давление в баке и в радиаторах никак не повлияет на давление в самом котле и теплообменнике.

Использование одноконтурного твердотопливного котла часто вынуждает искать схемы организации горячего водоснабжения. Для этих целей можно приспособить накопительный или проточный водонагреватель. Также возможно применение более продвинутого бака-теплоаккумулятора со встроенным змеевиком контура ГВС. Такая схема обвязки станет оптимальным и выгодным решением, так как решит проблему с горячим водоснабжением.

Схема №1

Состав: циркуляционный насос, трехходовой термостатический клапан (для защиты котла от конденсата), экспанзомат (расширительный бачок), собственно, сама система отопления (трубы, радиаторы), группа безопасности.

Плюсы и недостатки схемы

Эта схема обвязки угольного котла отопления максимально надежна. В ней на входе котла гарантированно стабильная температура, а это означает, что внутри камеры не будет образовываться конденсат.

Конденсат внутри котла всегда означает его ускоренную коррозию и износ, а также образование на внутренних поверхностях котла всевозможного рода грязи и смолы, что сильно снижает КПД агрегата.

Недостаток схемы в том, что в систему может подаваться теплоноситель температурой не менее 55 градусов. Для осени или весны эта температура уже является некомфортной, и понизить ее никак не возможно, так как используется трехходовой термостатический клапан. При 45 градусах ваш котел будет просто стоять в режиме ожидания и топливо просто будет расходоваться впустую. Кроме того, дрова в режиме тления опять-таки способствуют образованию смол на стенках котла и снижению его КПД.

Именно поэтому, приобретая клапан, необходимо заранее спланировать, каким видом топлива вы собираетесь топить свой котел. От этого зависит температура теплоносителя на входе в котел и в систему отопления (это два принципиально разных значения).

Рекомендация: к приведенной схеме лучше добавить источник бесперебойного питания. Дело в том, что при внезапном отключении электроэнергии, например, ночью, останавливается циркуляционный насос и кислородный вентилятор. Температура котла при этом повышается, растет давление. Аварийный клапан сброса давления, сработавший один раз на номинальном значении давления, второй раз может не сработать на том же давлении. Как видим, ситуация уже становится опасной, хотя, казалось бы, ничего катастрофического не произошло.

Особенности работы твердотопливного котла

При подсоединении типовых агрегатов к отопительной системе нужно учитывать особенности работы конкретной модели.

Два основных фактора, напрямую влияющих на КПД и безопасность использования котельного оборудования — это:

1. Инерционность. Для остановки работы твердотопливного отопительного оборудования требуется время. Прекращение поступления кислорода не останавливает процесс горения сразу. Пока топливо не сгорит до конца, система будет продолжать функционировать. Это может привести к закипанию жидкости при прогреве и выделению большого количества пара. Также корпус котла может деформироваться, а отдельные элементы системы отопления — выйти из строя.
2. Конденсат. Избыток влаги образовывается по причине разницы температур теплоносителя на входе и выходе. Часто это случается, если котел напрямую подсоединен к системе. Конденсат может вызывать корродирование внутренних поверхностей печи. Смесь воды и продуктов горения оседает внутри на стенках в виде кремообразного едкого налета, трудно поддающегося удалению.

Избавится от негативных последствий помогает добавление в схему подключения твердотопливного котла группы безопасности.

Зачем нужна

Буферная ёмкость, её ещё называют теплоаккумулятором, используется в отопительной системе для накапливания и сохранения тепла. По внешнему виду это устройство напоминает цилиндрический резервуар, имеет утеплённые стенки, что позволяет долгое время сохранять температуру теплоносителя. В качестве теплоизоляции используется термостойкий поролон.

По мнению экспертов, теплоаккумулятор считается одним из основных приборов в отопительной системе. С его помощью происходит распределение тепла по всем помещениям загородного дома или любого другого здания. Основной задачей буферной ёмкости считается аккумулирование тепла, которое может поступать от разных устройств, будь то электрический или твёрдотопливный котёл.

Основным элементом ёмкости считается теплоаккумулирующее вещество, отвечающее за сохранение и дальнейшее распределение тепла. Рассматриваемые изделия могут работать:

• На пару;
• С использованием жидкости;
• С дополнительными нагревательными приборами.

Также они могут быть:

• Термохимическими;
• Твёрдотельными.

В большинстве систем отопления, в том числе тёплых полах, применяют антифриз, хотя для нагрева лучше всего использовать воду. Каждый из баков буферной ёмкости имеет выходы для входа в котёл и трубы отопления. Вверху ёмкости установлен специальный клапан, защищающий устройство от избыточного давления. Его основным предназначением считается вывод накопившегося воздуха.

Внизу резервуара устанавливается сливной кран для спускания жидкости в случае необходимости. В резервуаре есть гнёзда для крепления датчиков, указывающих на давление и температуру жидкости.

Работа рассматриваемого устройства основана на повышении вместимости теплоносителя (воды или незамерзающей жидкости — антифриза). После закрепления бачка появляется дополнительный объём для жидкости, в результате чего повышаются показатели инертности конструкции.

Обратите внимание! При нагревании буферного бачка любым из отопительных приборов в ёмкости накапливается теплоноситель определённой температуры. Распределение тепла по зданию происходит по мере остывания жидкости, причём тепловая энергия может передаваться даже во время прекращения процессов горения в отопительных приборах

Рассмотрим принцип действия теплоаккумулятора на примере твёрдотопливного котла. В данном случае между этими двумя приборами устанавливается насос, который служит для равномерного распределения тепла во всех комнатах здания.
Холодная вода перемещается из нижней части бака в котёл, где происходит её прогрев.

После нагрева теплоноситель попадает в верхнюю накопительную часть резервуара. При работе насоса, который закрепляют в обратном трубопроводе, холодная вода из системы небольшими порциями поступает в нижнюю часть ёмкости, вытесняя горячую жидкость, которая направляется в систему отопления.

После отключения котла происходит беспрерывная подача тепла. Заметим, что этот процесс идет до тех пор, пока холодный теплоноситель не вытеснит полностью горячую воду из бака. Продолжительность работы буферной ёмкости после остановки отопительного прибора (котла) будет зависеть от таких факторов как объём бачка, температуры воздуха за окном дома, а также количества источников нагревания.

Принцип функционирования буферной емкости

Основными преимуществами буферной ёмкости является:

• Равномерная подача тепла по системе. Большинство котлов неравномерно обогревают помещение, и это связано с интенсивностью горения или возможным затуханием паллетов, газа, дров. Использование буферной ёмкости позволит избежать подобного явления. Во время интенсивного горения в резервуаре накапливается лишнее тепло, которое будет подано в систему после затухания котла;
• Независимость от графика работы отопительных приборов. Дело в том, что в твёрдотопливные котлы нужно постоянно подбрасывать дрова или другие виды топлива, делать это ночью неудобно. Использование буферной ёмкости позволит подавать теплоноситель в ночное время суток за счёт накопленных ресурсов. В данном случае увеличивается интервал между растопками котла. При использовании электрических отопительных приборов и наличии двух тарифного счётчика можно запрограммировать работу котла на ночное время суток;
• Защита от возможного перегрева;
• Экономия топлива (до 30% по сравнению со стандартной отопительной системой).

О специфике работы буферной ёмкости на практике

В буферную ёмкость при помощи циркулярного насоса 1 подаётся вода, нагретая котлом. Столько же воды (но уже остывшей) соответственно возвращается в котёл. Из верхнего отдела буферной ёмкости насос 2 подаёт горячую воду к радиаторам. А в нижнюю часть буферной ёмкости возвращается соответствующее количество остывшей воды. Насос 1 функционирует во время горения котла. А работа насоса 2 регулируется при помощи комнатного термостата: в зависимости от того, какая температура в помещении, он может выключить или включить насос.

Рассмотрим подробнее механизм аккумуляции невостребованной мощности в буферной ёмкости. Котлом нагретая вода, иными словами тепловая мощность, передаётся в буферную ёмкость. Для примера возьмем показатель в 15 кВт из ситуации, описанной выше. Эта мощность с помощью насоса 2 передаётся в радиаторы (возмещаются теплопотери). Представим, что уровень производительности обоих насосов одинаковый. В таком случае объем тепловой мощности,

который поступит в буферную ёмкость, будет равен объему, который поступит в радиаторы (то есть, обозначенные 15 кВт). Но напомним, что во дворе ранняя осень, температура 0°С, а теплопотери дома составляют 8 кВт. Мы транспортируем в радиаторы слишком много нагретой воды. Что будет происходить? В доме температура станет увеличиваться, дойдет до комфортной (указанной на термостате – к примеру, 20°С) и выключится насос 2. Спустя время остывают радиаторы, снижается и температура в помещении. Когда температура в доме станет меньше указанной на термостате, включится насос 2 и начнет снова подогревать радиаторы. То есть, как мы уже отмечали, насос 1 функционирует постоянно, а насос 2 – попеременно. Исходя из того, что производительность одинакова, а работают они разное количество времени, в буферную ёмкость поступает больший объем горячей воды, чем убывает. А значит, температура в ней будет увеличиваться, и именно так аккумулируется тепло.

Далее рассмотрим, как буферная ёмкость отдаёт накопленное тепло. Итак, котел отработал, и насос 1 отключен – в буферную ёмкость больше не поступает тепло. Но ведь насос 2 еще функционирует, как и ранее: откачивает горячую воду из буферной ёмкости и возвращает холодную. Вследствие этого температура в буферной ёмкости понижается.

Понимание котла простым языком

Итак, твердотопливный котел по сути — это большая металлическая емкость, внутри которой горит «костер» на твердом топливе. Основная проблема такого принципа обогрева (с этой проблемой сталкивается и производитель котельного оборудования, и пользователь, устанавливающий и эксплуатирующий это оборудование) — это проблема контроля интенсивности горения внутри котла. Если с газовым и электрическим оборудованием все предельно ясно, то в случае твердого топлива контроль становится действительно проблематичным.

Однако производители постоянно работают над улучшением характеристик своей продукции, и 99,9% производимых твердотопливных котлов контролируют процесс горения с помощью автоматики, которая управляет насосами котла, и (самое важное) вентилятором, который подает внутрь камеры воздух. При замедлении или остановке вентилятора подача воздуха прекращается, образуется нехватка кислорода (для поддержания горения), и котел снижает интенсивность горения. Отметим, что снижается именно интенсивность горения, полного прекращения процесса не происходит. Именно в этом и кроется корень проблемы, и он отражается в двух аспектах:

1. Если ваша система отопления уже нагрелась, но внутри котла все-таки присутствует еще некоторое количество несгоревшего топлива, в доме будет становиться все жарче. Фактически это означает, что остаточное топливо расходуется бесполезно (тепло «улетает в трубу»).
2. Аспект безопасности: если произошло внешнее отключение электроэнергии, остановился насос и вентилятор, температура внутри камеры будет расти, котел может «вскипеть», и ситуация может стать опасной вплоть до физического разрушения котельного оборудования.

Именно поэтому главное требование к твердотопливному котлу — наличие грамотно рассчитанной и подобранной автоматики, которая сможет использовать топливо максимально эффективно и безопасно. Для повышения эффективности и безопасности рекомендуется устанавливать в систему теплоаккумуляторы.

Приступаем к разбору схем обвязки твердотопливных котлов. Заранее отметим, что все схемы приведены для закрытых систем отопления, работающих под избыточным давлением и не имеющих в своем составе открытого расширительного бачка, напрямую связанного с атмосферой.

Схема со встроенным ТЭНом

Представленный выше пример проекта не единственный возможный вариант решения задачи – способов много. Один из самых  очевидных – помимо теплоаккумулятора со своим блоком ТЭНов, параллельно установить электрокотел и организовать переключение потоков теплоносителя по описанному выше алгоритму – либо трехходовым клапаном, либо двумя отдельными насосами.

Тепловая схема котельной

Источник 1 – Теплоаккумулятор со встроенным блоком ТЭНов. Объем ТА и мощность ТЭНов подобраны из расчёта нагрева от минимальной до максимальной температуры за период действия ночного тарифа.

Источник 2 – Простейший электрокотел или теплообменник с блоком ТЭНов и блоком управления.

трехходовой клапан М – Переключение источников тепловой энергии.

Трехходовой клапан ТС – поддержание температурного графика в системе внутрипольного отопления. Можно заменить приводом с погодозависимым управлением.

Насос – обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления.

Плюсами схемы является простота, минимальный набор оборудования и возможность параллельного нагрева ТА по ночному тарифу и работы электрокотла на систему отопления – если это позволяет выделенная на дом электрическая мощность. Релейной логикой  можно реализовать любой алгоритм на основании своих пожеланий.

Из минусов – замена блока ТЭНов в теплоаккумуляторе проблематична, весь объем теплоносителя из буферной емкости придется сливать. Чтобы этого избежать, можно  вместо ТЭНов подключить к ТА ещё один электрокотел с насосом и группой безопасности (как подключают твердотопливный котел к ТА), но это приводит к удорожанию котельной.

Возможность подключения других источников тепловой энергии

Иногда имеет смысл предусмотреть возможность расширения проектируемой котельной и системы отопления в будущем, в зависимости от обстоятельств. Тарифы и доступность различных видов топлива – очень непостоянные величины, в любой момент всё может измениться на 180 градусов. Могут быть и другие причины, по которым приобретение и монтаж  оборудования можно разделить на два этапа.

Ниже пример такой схемы.

Тепловая схема — оборудование первой очереди

Оборудование первой очереди: электрокотел, буферная емкость, система внутрипольного отопления и заложенные на будущее трубопроводы системы радиаторного отопления без отопительных приборов.

Тепловая схема — добавлено оборудование второй очереди

Оборудование второй очереди: Можно добавлять любые источники тепла. В качестве примера на схеме твердотопливный котел и газовый котел, принципиально отличающиеся по способу подключения к потребителям, система радиаторного отопления, бойлер ГВС косвенного нагрева.

Завершающий этап

Последними действиями перед началом эксплуатации будут:

1. Зачистка, грунтовка и покраска внутренней стороны бака. Грунтовать и красить следует несколько раз.
2. После подключаются заранее подготовленные змеевики (теплообменники).
3. Проверяется герметичность и надёжность конструкции. Это делается при помощи подачи воды под давлением.
4. Красится бак с наружной стороны.
5. Устанавливается теплоизоляционный материал. На заранее подготовленные крепления монтируется наружная обшивка из листовой оцинкованной стали.

Если есть возможность доверить это дело профессионалам или купить заводскую буферную ёмкость – лучше так и сделать. Так как самостоятельное её производство требует большого опыта работы со сваркой и навыков в тепло- и гидротехнике. К тому же на это потребуется немало ресурсов, сил и времени.

Виды обвязки котла, работающего на твердом топливе

Выделяют следующие современные варианты обвязок ТТ котла для различных отопительных систем:

• с естественной циркуляцией;
• с принудительной циркуляцией;
• с гидрострелкой;
• с теплоаккумулятором;
• для 2-х котлов одновременно;
• с подключением косвенного водонагревателя.

Рассмотрим особенности монтажа обвязки в каждом случае.

Открытая система с естественной циркуляцией

Обвязка включает всего несколько элементов (запорные механизмы, регулирующие устройства и т. п.) и полностью энергонезависима.

Основные технические правила и показатели, которые нужно учесть при монтаже:

1. Радиаторы должны находится на 0,5 м выше уровня расположения котла.
2. Расширительный бак подбирают открытого типа и устанавливают его выше всех прочих элементов системы — для этой цели отлично подходит отапливаемый чердак.
3. Трубы располагают под небольшим уклоном.

У такой организации обвязки есть свои минусы. Температура теплоносителя не регулируется. Соответственно, воздух, который попадает в патрубки через открытый бак, пагубно влияет на внутренние стенки трубопровода.

Закрытая система с естественной циркуляцией

Схема подключения обвязки котла к системе отопления похожа на предыдущую. Главное отличие состоит в том, что на обратном патрубке монтируется расширительный бак с мембраной. При этом объем емкости должен содержать запас не менее 10% от обычного объема теплоносителя.

Если для обвязки котла будет использоваться полипропилен, то для обеспечения безопасности работы системы вам потребуется установить металлические трубы на 2-х участках, а именно:

• на отрезке от теплогенератора до группы безопасности;
• на обратном патрубке, на который монтируют датчик и трехходовой кран.

Это необходимо сделать по причине низкой теплопроводности полипропилена, которая замедляет реакцию оборудования на изменение температуры.

Обвязка с принудительной циркуляцией закрытого типа

Системы закрытого типа оснащены насосом, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя. За счет этого трубы можно располагать горизонтально и без уклона.

Термодатчик и насос обязательно монтируют между расширительным баком и отопительным прибором. Система является энергозависимой. Такая обвязка обеспечивает более быстрый и комфортный нагрев помещений.

Коллекторная обвязка с принудительной циркуляцией

В состав такой системы входят коллекторы (гребенки) — патрубки большого сечения с несколькими выходными отверстиями, в которые подключают теплопотребители. Данный коллектор устанавливают между подающим и обратным патрубками.

Коллекторная обвязка котлов на твердом топливе в основном обеспечит эффективное управление системой, но относится к значительно сложной в подключении, и для нее необходимо использовать большее количество труб.

Обвязка с гидрострелкой

Гидрострелка — это вертикальный патрубок большого диаметра. Грамотно установив такой элемент в систему, можно подключать тепловые потребители на разной высоте, таким образом гибко регулируя температурный режим каждого прибора по отдельности для необходимой теплоотдачи.

Подключается по тому же принципу, что и коллектор — сразу после расширительного бака перед разводкой на обогревательные элементы, к трубам подачи, обратки и т.д.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Бак представляет собой буферную емкость, позволяющую накапливать и сохранять выработанное котлом тепло.

Прибор ощутимо повышает эффективность работы компонентов оборудования, позволяя сократить расход топлива.

Схема подключения образовывает 2 контура:

• котел — буфер тепла;
• аккумулятор — тепловые приборы.

В процессе циркуляции теплоноситель заполняет буферный бак. Когда котел работает в интенсивном режиме, буферный резервуар аккумулирует тепло. Это позволяет после прогорания закладки еще какое-то время поддерживать температуру теплоносителя. С целью регулировки температурного режима сразу после буфера устанавливают трехходовый клапан. На это же место монтируется насос.

Обвязка для 2-х котлов

В целях увеличения надежности, безопасности электрокотла и правильной бесперебойной работы отопительной системы дополнительно к твердотопливному можно подключить еще один, котел работающий на газе или электричестве.

В данном случае то обстоятельство, на каком топливе работает дополнительная топка, значения не имеет — схема подключения будет одна и та же.

Зачастую устанавливают теплоаккумулятор, который выполняет функцию гидрострелки. Тепло от котлов накапливается в нем, а далее уже направляется к теплому полу, полотенцесушителю, радиаторам (за счет чего устройства прогреваются).

Существует и альтернативная схема. Здесь аппараты на твердом топливе выполняют роль основного генератора тепла, а газовое или электрическое оборудование служит для поддержания температуры в системе. Поэтому можно сэкономить на покупке теплоаккумулятора.

Как работает данная схема? Когда топливо прогорает, температура в системе снижается. Датчик фиксирует этот процесс и подает сигнал на запуск дополнительного котла. Параллельно происходит отключение основного котла. Активируется газовое или электрическое устройство, которое будет поддерживать температуру теплоносителя до момента новой закладки топлива в основной котел, способствовать эффективному длительному обогреву, после чего по той же схеме происходит обратная смена активного прибора.

Подключение косвенного обогревателя в обвязку

С помощью твердотопливного котла можно нагревать горячую воду в бойлере, если подключить его к теплообменнику. В этом случае нагрев будет косвенным. В холодное время года такая система позволит максимально сэкономить на электроэнергии, а летом, когда отопление не работает, для нагрева бойлера можно использовать ТЭНы.

Обвязку этого типа можно подключать как к системам с электронасосами, так и к отоплению с естественной циркуляцией теплоносителя.

Подмес горячей воды и добавка клапанов

Чтобы система заработала надо обеспечить автоматический подмес горячей воды в обратку. Таким образом повышаем температуру воды, заходящей в котел. Если в него будет попадать слишком холодный теплоноситель, котел может быстро выйти из строя. Существует несколько распространенных схем обвязки с добавлением обратки. Мы используем трехходовой смесительный термостатический клапан. Установка этого клапана позволяет образовать малый круг обращения теплоносителя, в результате чего разогрев котла ускорится. Такой подход предотвращает образование конденсата, тем самым оберегает теплообменник от поломок из-за значительной разницы температур.

Представим смоделированную ситуацию. Встроенный лепестковый клапан выставим на срабатывание при достижении температуры 55 градусов. При запуске котла вода в системе не нагрета и пока она холодная, клапан закрывается и пускает носитель по малому кругу. После того, как подаваемая вода нагрелась до порогового значения 55 градусов, клапан приоткрылся и начал подмешивать охлажденную воду из обратки. На следующем этапе нагревается вся бочка, при этом температура обратки также поднимется выше 55 градусов. В этот момент клапан полностью переключится и пустит воду по большому кольцу.

После подключения обратки схему обвязки твердотопливного котла добавляем клапан сброса давления. Он необходим на случай превышения рабочих показателей. В твердотопливном котле предусмотрено специальное отверстие для монтажа клапана. В других моделях клапан можно установить через тройник. Включаем в систему расширительный бак. После него для завершения обвязки со стороны теплогенератора необходимо подключить электрокотел. Он включается в схему параллельно уже установленному твердотопливному котлу.

У нас образовались две подачи, на каждой из них необходимо установить обратные клапаны. Это делается для того, чтобы насос одного из котлов не качал воду по рабочему контуру в противоход другому. Напомним, на твердотопливном котле используем не обычный, а лепестковый клапан.

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:

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).

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

На отопление помещений будет израсходовано8,5×2,5 = 21,5 кВт

Лишнее произведенное тепло50 – 21,5 = 28,5 кВтсохраняется 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) получаем28500/(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.

Как сделать своими руками

Самый простой способ изготовления теплового аккумулятора для отопления своими руками подразумевает наличие готовой стальной бочки.

Бочка для теплоаккумулятора

Если же необходимая емкость отсутствует, то ее нужно сварить из стальных листов, толщина которых должны быть 2 мм. Если подключение теплоаккумулятора происходит в качестве гидравлического разделителя, то снизу нужно врезать два штуцера и сверху два, длина этих приспособлений должна быть идентичной толщине утеплителя. К нижним патрубкам необходимо присоединить тройники с термометрами. Далее бочку нужно обвернуть фольгой, а после утеплителем

В качестве утеплителя важно использовать материал, который контактируя с горячими поверхностями, не выделяет ядовитых испарений. Последний этап: емкость, предварительно обитую теплоизолятором закрыть снаружи кожухом из тонколистовой стали или жести

Если же теплоаккумулятор параллельно будет использован в качестве нагрева горячей воды, то необходимо изготовить еще змеевик. Материалом выступает медная труба, диаметр которой составляет 20 мм.

https://youtube.com/watch?v=w3PRcRkcIaI%3Ffeature%3Doembed

Еще один способ, которому обыватели отдают большее предпочтение — это изготовление теплоаккумулятора из еврокуба ёмкостью 1000 литров. Рекомендуется использовать еврокубы, высокое качество которых подтверждено международным сертификатом качества.

Прежде чем начать изготавливать термоаккумулятор из еврокуба, следует помнить, что температура жидкости, которая будет находиться в такой резервуаре не должна превышать 72°С, поэтому стандартные еврокубы для отопительных систем с высокой температурой не подходят.

Для того, чтобы самостоятельно соорудить тепловой аккумулятор из еврокуба нужны следующие материалы:

• еврокуб из пищевых материалов;
• тэн 3000 Вт, 3 штуки;
• футорка с прокладками G2″ на G1″1/4, 5 штук;
• муфта D32 — G1 1/4″, 2 штуки;
• адаптер-переходник G1″1/4, 2 штуки;
• контргайка G1″1/4, 5 штук;
• сгон G1″1/4 30 см, 2 штуки;
• сантехнический лён или специальная паста;
• герметик;
• карданный ключ.

Теплоаккумулятор из еврокуба на 1000 л

Сборка осуществляется следующим способом:

1. Дрелью в корпусе контейнера нужно сделать врезку под тэны, далее в отверстия вставить футорки с применением прокладок и силиконового клея-герметика, с внутренней стороны закрепить футорки контргайками и установить тэны.
2. Затем необходимо обеспечить подачу воды в теплообменник, это осуществляется при помощи штатной сливной горловины через переходники.
3. Следующий этап: в верхнюю часть еврокуба врезается “обратка” и подключается, после чего нужно разметить место под врезку и установку теплообменника, а также врезать футорки и вкрутить в них сгоны.
4. С внутренней стороны сгонов надо прикрутить муфты для подсоединения гофру, затем ее закрепить и равномерно распределить по объему теплового аккумулятора для отопления.
5. Подключая тепловой аккумулятор, на место монтажа устройства нужно установить лист ЭППС, толщина которого должна составлять 10 см, а также по задней стенке проложить ПСБ толщиной 15 см.

Утепляется тепловой аккумулятор при помощи 10 сантиметрового листового пенопласта. Его нужно приклеить к корпусу еврокуба.

Помимо твердотопливных котлов, использовать теплоаккумулятор выгодно для газовых и электрических отопительных устройств:

• Используя газовые котлы, экономия достигается из-за переменного использования теплоаккумулятора и самого котла. При этом газ расходуется в меньших количествах, так как газовая горелка включается намного реже.
• Для электрокотлов теплоаккумулятор достаточно включать на полную мощь только в ночью, так как тарифы на электроэнергию в это время намного ниже.  В дневное время, когда котел отключен, обогрев осуществляется за счет тепла, которое накопилось за ночь.

В теплоаккумуляторе отсутствуют подвижные механические элементы и работа его статична. А это означает, что данное устройство надёжно и долговременно в использовании.

Схема №6

Отличается от предыдущей тем, что в нее добавлен трехходовой клапан с сервоприводом, который обязательно должен быть подключен к электронике твердотельного котла. Во-первых, если система отопления низкотемпературная (к примеру, используется много теплых полов, рассчитанных на температуру 45 градусов), этот клапан будет понижать температуру теплоносителя и приводить в равновесие систему отопления и котел по мощности. Преимущества такой схемы подключения твердотопливного котла в том, что котел защищен от конденсации, а также (в осенне-весенний период) в систему можно подавать более холодный теплоноситель.

Во-вторых, главное преимущество управляемого электронного клапана — в параметрах настройки выставляется минимальный процент открытия, таким образом, чтобы ни происходило в системе, в отличие от трехходового термостата-клапана электронный преднастроенный клапан никогда не закроется. Таким образом, это предохраняет котел от перегрева и аварийных ситуаций. Кроме того, эта схема и этот тип клапана позволяет максимально точно отбалансировать систему отопления и котел по мощности.

Правила безопасной эксплуатации

К тепловым аккумуляторам, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляют особые требования безопасности:

1. Горячие элементы резервуара не должны прилегать или как-то иначе контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого пункта может спровоцировать возгорание отдельных объектов и пожар в котельном помещении.
2. Закрытая отопительная система предполагает постоянное высокое давление теплоносителя, циркулирующего внутри. Для обеспечения этого пункта конструкция резервуара должна быть полностью герметична. Дополнительно можно усилить ее корпус ребрами жесткости, а крышку на баке оснастить прочными резиновыми прокладками, устойчивыми к интенсивным эксплуатационным нагрузкам и повышенным температурам.
3. Если в конструкции присутствует дополнительный ТЭН, необходимо очень тщательно заизолировать его контакты, а бак – обязательно заземлить. Таким способом удастся избежать удара током и короткого замыкания, способного вывести систему из строя.

При соблюдении этих правил эксплуатация сделанного своими руками теплоаккумулятора будет полностью безопасной и не доставит хозяевам никаких проблем и хлопот.

Пример проекта котельной электрокотел + теплоаккумулятор

Данная тепловая схема возможно не является оптимальной с точки зрения количества используемого оборудования, но тем не менее она успешно и без нареканий работает на нескольких объектах, и, поэтому, заслужила место в данной статье.

Тепловая схема котельной

Котельная работает в трех режимах:

— Электрокотел включается днем и работает напрямую на систему отопления по двум условиям – остыл теплоаккумулятор (температура теплоносителя опустилась ниже минимальной рабочей температуры) и есть запрос тепла от С.О.(комнатный термостат сообщил системе, что дом пора греть);

— Электрокотел работает ночью на нагрев ТА, при условии отсутствия запроса тепла или на систему отопления при наличии запроса тепла. При работе на нагрев ТА котел выключается при достижении верхнего предела температуры в ТА. О полностью нагретом состоянии сигнализирует термостат в нижней части ТА.

— Система отопления работает от теплоаккумулятора только при дневном тарифе, только если есть запрос тепла и только до тех пор, пока в ТА рабочая температура теплоносителя (термостат в верхней части).

Трехходовые клапаны с двухпозиционными приводами М1,М2 переключают поток теплоносителя, насос Н1 обеспечивает циркуляцию теплоносителя в заданном направлении.

трехходовой клапан с трехпозиционным приводом М3 (либо термостатический клапан TC) и насос Н2 – это классический насосно-смесительный узел системы внутрипольного отопления.

Мощность котла: По дневному тарифу котел включается на выбранное пользователем количество ступеней (от 1 до 3). По ночному тарифу котел включается на максимальную мощность (3 ступени).

Как автоматизировать? Двумя способами – релейная логика или микроконтроллер.

Релейное управление доступно каждому человеку со знанием школьного курса физики. Требуется 2 термостата с погружным датчиком – для выставления минимальной и максимальной температуры в буфере, один комнатный программируемый термостат для формирования запроса тепла, реле времени (для переключения ночной/дневной тариф), три промежуточных реле, один автоматический выключатель для удобства обслуживания, провода, щиток на 10 модулей. Всё. Этого достаточно чтобы правильно управлять нагревом и переключать потоки теплоносителя.

Электрическая схема щита управления котельной «электрокотел + теплоаккумулятор»

Комнатный термостат должен быть суточным программируемым, чтобы во время действия ночного тарифа не мешал нагревать буферную емкость. Нагревать ночью и дом и теплоаккумулятор хорошо, но выделенная на дом электрическая мощность, увы, этого сделать не позволит — что-то одно. На комнатном термостате ночная температура выставляется на 2-3 градуса ниже дневной, и, если температура упадет, электрокотел по приоритету сначала нагреет дом, и затем, насколько останется времени, будет работать на буферную емкость.

Второй способ автоматизации – использование контроллера на микропроцессорном управлении.

удаленный мониторинг всех параметров котельной, изменение параметров.

Управление трехходовым клапаном системы отопления в погодозависимом режиме, автоматическое изменение нижнего порога рабочей температуры в буфере.

Минусы: на рынке нет готовых решений для нестандартных котельных. Собрать устройство и написать программу для своей котельной придется самостоятельно, благо сейчас это популярное направление и информации в интернете достаточно. Стоимость комплектующих получится намного дешевле, чем вариант с релейной логикой.

Как удешевить устройство обвязки твердотопливного котла

Чтобы сократить расходы на обвязку нагревательного котла, профессионалы рекомендуют устанавливать трехходовой смесительный клапан упрощенной конструкции. В этом случае вам не потребуются термоголовка и накладной температурный датчик.

В таком смесительном клапане уже есть термостатический элемент, который обеспечивает подачу жидкости температурой не менее 55-60°С к котлу.

У описанного варианта есть незначительные недостатки: нет возможности настроить температуру поступающей жидкости, а погрешность термостатического элемента составляет 1-2 °С. На работу системы это почти не влияет, но понимать разницу важно.

2 Устройство и принцип действия

В основу действия этого агрегата заложена высокая теплоемкость воды. Если в период максимальной мощности котла нагреть некоторое количество воды, тогда впоследствии ее энергетический потенциал можно будет использовать для нужд отопления.

Например, вода при остывании на 1° C может нагреть 1 м³ воздуха на 4° C. Самый простой теплоаккумулятор для котлов отопления представляет собой вертикальную емкость с четырьмя врезанными в разные стороны патрубками. Существуют теплонакопители с разнообразными аккумулирующими материалами:

• твердотельные;
• паровые;
• жидкостные;
• термохимические;
• с нагревательным элементом (ТЭНом).

С одной стороны корпуса два патрубка подсоединяются к трубопроводам котла, а с другой — к системе отопления. После запуска нагревателя циркуляционный насос начинает прокачивать теплоноситель через буферный бак.

В нижнюю часть накопителя поступает холодный теплоноситель, а в верхнюю — горячий. Из-за существенной разницы в плотности вода перемешиваться не будет, а горячий теплоноситель постепенно заполнит всю емкость.

На место горячего теплоносителя в буферную емкость через нижний патрубок из обратной линии трубопровода снова поступает остывшая вода. При использовании электрического котла схему отопления с теплоаккумулятором можно использовать в ночное время, когда действует льготный тариф.

https://youtube.com/watch?v=qKJ2uCUTVv0%3Ffeature%3Doembed

Утепление арматуры

Рассмотрим вопрос необходимости утепления арматуры. Большая протяженность труб, много фитингов и высокие рабочие температуры в системе приводят к потерям тепла. На готовых объектах не утепленное должным образом отопительное оборудование перегревает окружающее пространство. В помещении, где установлен котел и теплоаккумулятор, температура может достигать плюс 27 градусов в сильный мороз. Топливо расходуется нерационально, а эффективность системы снижается. После утепления труб удается отвоевать несколько градусов и снизить расход топлива.

Утепляя арматуру надо помнить о том, что при работе со стороны котлов трубы сильно нагреваются, так как могут транспортировать воду горячее 100 градусов. Пенополиэтиленовая изоляция в этом случае не подходит. Ее можно ставить только в другой части контура со стороны радиаторов системы отопления. В котельной на горячие трубы лучше надеть более устойчивую к нагреву каучуковую изоляцию. Стоит дополнительно изолировать также фитинги и другую арматуру.

По технике безопасности не рекомендуется изолировать насосы. Это оборудование имеет ограничение, не допускающее превышения норматива по температуре окружающей среды. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо.

Твердотопливные котлы и их подключение

Некоторые требования к установке ТТ котлов

Твердотопливный котел Viadrus U22C-5

• Корректность работы отопительной системы зависит, в первую очередь, от самой системы, так как правильно подключить твердотопливный котел (с водяным контуром или без) можно лишь в том случае, если разводка труб и радиаторов выполнена профессионально. Ведь, по сути, у водонагревающего устройства дано го типа есть только вход и выход, куда врезается остальная схема.
• Чтобы твердотопливный котёл работал с наибольшей отдачей и имел наибольший срок бесперебойной  службы, инструкция по эксплуатации предполагает минимальную температуру на выходе – 55⁰C, а на входе (обратка) — 45⁰C. В противном случае, конденсат на холодных стенках агрегата снизит его временные показатели, разрушив металл. Этого можно избежать, используя различные схемы подключения котла к отопительной системе.

• Не менее важна и установка агрегата, потому что котёл должен стоять строго вертикально, на жёстком основании, а это подразумевает цементную стяжку не менее 5 см толщиной с подсыпкой (полушкой) такой же толщины. Расширительный бачок открытого типа должен находиться выше всей системы отопления и для этого чаще всего его определяют в чердачное помещение.
• Дымоход у котла должен быть оборудован клапаном из нержавеющей стали, а в нижней его части необходимо устроить сборник для конденсата. Чтобы иметь возможность очищать канал от сажи, по его длине можно сделать небольшие, легкодоступные  люки. В неотапливаемой части помещения, через которую проходит труба для отвода копоти следует утеплить её своими руками, чтобы продлить срок эксплуатации.

Схемы подключения ТТ котлов

Подключение ТТ котла

Схем на подключение твердотопливного котла существует множество и все они в тех или иных случаях являются наиболее приемлемыми, а иногда – даже незаменимыми. Но, тем не менее, вовсе не обязательно заучивать все чертежи, чтобы добиться самого оптимального результата – достаточно хорошо знать принцип работы агрегатов на твёрдом топливе, их преимущества и недостатки.

Самая простая и популярная схема подключения пиролизного котла

Чтобы рассчитать идеальную схему отопления, нужно как можно лучше совместить работу твердотопливного агрегата с баком аккумуляции тепловой энергии. Дело в том, что рабочая температура водоподогревающего устройства постоянно колеблется в районе 60⁰C-90⁰C и удержать её в постоянном режиме практически невозможно. Ведь котёл, работающий на дровах или угле – это инертное устройство, в отличие от аналогичных газовых, электрических и даже дизельных установок (схему подключения твердотопливного котла вы можете посмотреть в этом материале).

Подключение твердотопливного котла без принудительной циркуляции

Не всегда есть возможность для установки водяного насоса для принудительной циркуляции теплоносителя и причины для этого могут быть самые банальные. Одна из них – это частые перепады напряжения в сети, которые сложно выровнять стабилизатором или вообще, полное отсутствие ЛЭП вблизи дома. Конечно, цена на такую систему будет ниже за счёт отсутствия дополнительного оборудования, но дл её монтажа понадобится особая тщательность для соблюдения уклонов.

Ещё одна схема подключения ТТ котла к системе отопления

Между котлом и баком в системе отопления будут не лишними предохранительные линии на входной и выходной трубе, как можно ближе к водонагревателю

Также соединение котла с расширительным бачком должно происходить наиболее коротким путём, на котором нельзя врезать краны или предохранительные клапаны.
Обратите внимание на расстояние h на схеме, которое определяет подъём расширительного бачка над верхней точкой системы отопления. Если по каким-либо причинам невозможно поднять бак, таким образом, что циркуляционный насос следует врезать в прямую трубу

В противном случае вы откроете возможность для всасывания воздуха в верхние радиаторы.

Принцип врезки циркуляционного насоса

Циркуляционный насос устанавливается на трубе возврата (обратке) поблизости от котла отопления. Это делается для того чтобы в случае сбоя с энергообеспечением система продолжала функционировать без принуждения. Этот агрегат монтируется по обводному пути и в случае необходимости его можно отключить от сети, а обвод перекрыть кранами.

https://youtube.com/watch?v=eX8RuZe8cKU%3Ffeature%3Doembed

Схема №2

Практически аналогична первой схеме, главное отличие — добавлен бойлер косвенного нагрева. Загрузка бойлера происходит до трехходового клапана, т. е. между клапаном и котлом не требуется насос для загрузки бойлера.

Часто люди все-таки врезают в это место насос по той простой причине, что со змеевика бойлера будет возвращаться холодный теплоноситель, тем самым заставляя котел конденсировать. Однако, если мощность змеевика бойлера косвенного нагрева подобрана верно, то по мере роста температуры внутри змеевика бойлера его мощность будет падать, а значит, и разность температур на входе и выходе бойлера будет уменьшаться, это не позволит образовываться конденсату в котле.

Эта схема подключения твердотопливного котла обладает рядом преимуществ. Первое — возможность организовать приоритет нагрева бойлера путем отключения насоса. В этом случае вся мощность котла направляется на нагрев бойлера, ускоряя его нагрев.

Кроме того, в этой схеме можно организовать следующую логику работы. Допустим, вы греете бойлер, но одновременно идет активный водоразбор — в этом случае бойлер может греться достаточно долго, и правильным решением будет включение насоса. Теперь мощность котла будет расходоваться и на нагрев бойлера, и на поддержание температуры в системе отопления. Таким образом организуется максимально правильная и эффективная работа системы.

Схема 2

Дорабатываем схему №1 – все потребители снабжаются отдельными насосными группами – прямыми или смесительными, не зависящими друг от друга.