Схема завязки твердотопливного котла буферным баком. Твердотопливный котел с буферной емкостью: в чем его польза

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, - это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
мощность котла отопления;
предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м2 достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м3. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
m – масса воды в резервуаре, кг;
Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

Схемы подключения

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

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

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

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

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

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

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

Альтернативная схема

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

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

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

Заключение

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

Многие владельцы загородной недвижимости сталкиваются с проблемой экономии ресурсов при отоплении жилья в зимний период. Выходом из сложившейся ситуации станет буферная емкость для твердотопливного котла. Подобное устройство поможет эффективно распределить тепло по всему дому, а также минимизировать затраты на обслуживание отопительной системы.

Обратите внимание! Котлы, работающие на твёрдом топливе в автоматичном режиме, позволяют нагревать воду до 90 градусов, дизельные или газовые установки – до 70 градусов.

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.

Устройство теплоаккумулятора

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).

Схема подключения

Обратите внимание! Основным правилом установки аккумулирующей ёмкости считается подсоединение бака параллельно к котлу. Рассмотренный способ считается одним из самых эффективных.

При подключении буферной ёмкости в системе отопления должны предусматриваться следующие приборы:

Твердотопливный котёл или любой другой прибор для обогрева;
Буферный бак;
Насос, установленный между отопительным прибором и аккумулирующей ёмкостью;
Первый теплообменник, из которого подаётся горячая вода;
Второй теплообменник служит для подключения к дополнительным источникам тепловой энергии

Во время подключения верхний патрубок резервуара соединяют с выходом котла, второй выход должен соединяться с центральной магистралью системы отопления. Теперь один из нижних патрубков соединяют до входа к котлу, устанавливают циркуляционный насос между трубопроводом и отопительным прибором.

При помощи такого механизма жидкость будет попадать от котла в резервуар. Следующий патрубок выводят к обратной трубе. Здесь также нужно установить циркуляционный насос, который будет подавать горячий теплоноситель в систему.

Наряду с газовыми отопительными котлами не менее популярными остаются твердотопливные печи, при помощи которых можно найти альтернативу популярному топливу в виде дров или угля. На современном рынке отопительных устройств существует множество моделей, отличающихся между собой мощностью и комплектацией. Но у них всех есть существенный недостаток – необходим постоянный контроль над наличием дров или торфа в топке.

Эту проблему поможет решить дополнительное устройство – буферная емкость для системы отопления. С момента ее установки можно не только сократить время на постоянную беготню к котлу, но и значительно улучшить эффективность его работы.

Цель установки

Активная работа солнечных аккумуляторов приходится на день, а электрический прибор более эффективен ночью, так как стоимость электроэнергии в ночное время рассчитывается по низкому тарифу, а значит, можно сэкономить.

Учитывая такие факторы, выясняется, что буферная емкость в одно время суток работает на накопление тепла, а во второе – на его отдачу.

КПД системы

Идеально сочетается аккумулирующий бак с газообразующим или твердотопливным котлом. В данном случае помимо экономии времени и топлива он выступает в роли системы безопасности. Наивысшую степень эффективности можно достичь при комбинации буферного устройства с газогенератором.

КПД достигает своего максимума при оптимальных условиях сжигания топлива. Дерево преобразуется в газ при температурном режиме в 400 градусов. При некотором изменении параметров (давление, температура, плотность топлива в камере сгорания котла) соотношение древесного газа и кислорода становится нерациональным, и топливо уходит в дымоход, заметно снижая КПД топки и приводя к увеличению расхода дров.

Чтобы улучшить показатели КПД, отходящий из топки газ должен удерживать температуру на уровне 90 – 120 градусов. В то же время при таком температурном режиме в трубе образуется конденсат, а это грозит попаданием воды в котел с последующим его выходом из строя. Следовательно, такой режим сгорания нельзя назвать оптимальным.

Чтобы улучшить эффективность нагревателя, необходимо обеспечить ему цикличный режим работы в виде нескольких закладок топлива в топку с максимальным режимом выработки энергии, которая будет поглощена буферным баком. Затем котел может простаивать в течение нескольких суток.

Преимущества

Срок спящего режима топки зависит от объема буферной емкости (объем необходимо подбирать с учетом мощности отопительного устройства), из которой поступает энергия в дни ее простоя. При таком режиме обогрева можно отметить следующие преимущества:

высокий уровень КПД отопительного котла;
минимизация топливных расходов;
выработка комфортной стабильной температуры;
уменьшение временных затрат на обслуживание системы.

Технические параметры

При очевидных положительных характеристиках буферный бак все же имеет недостаток – громоздкие габариты. Небольшая котельная вряд ли сможет вместить самую минимальную емкость, объемом 500 литров, габариты которой достигают 1,8 м в высоту с диаметром 0,6 м (с утеплителем размеры увеличиваются).

Такие конструкции сложно протиснуть в дверь, а значит, для их монтажа нужно немалое помещение. Как показывает практика, площадь котельной, в которой устанавливается буфер, должна быть не менее 12 м².

Возможные конструкции

Некоторые специалисты предлагают создавать такие емкости непосредственно на месте установки или при их производстве применять эластичные материалы. Стоит отметить, что аккумулирующий бак может быть различной формы (в виде прямоугольника, цилиндра, внутренней межстеновой перегородки, печной лежанки и т. д.).

Также можно использовать ее вместо радиаторов или теплых полов. Если укомплектовать резервуар змеевиком, то будет решена проблема с подогревом воды для хозяйственных нужд. Правда, стоимость таких устройств будет немаленькой.

Расчет объема

Перед тем как приступить к расчетам, нужно выяснить средние показатели интенсивности теплопотерь здания. В качестве примера возьмем дом площадью 200 м². При наружной температуре + 20 градусов теплопотери строения будут равны 0. Чем ниже температура на улице, тем большими становятся затраты тепла.

Если при температуре воздуха +15 градусов теплопотери составят 2 кВт/час, то с каждым ее снижением на 5 градусов они увеличатся на 2 кВт. Это усредненные данные, а для более точных профессиональных расчетов потребуется изучение нескольких характеристик здания (материалы, утепление, климатическая зона).

Чтобы восполнить потери тепловой энергии, необходимо устанавливать отопительный котел, способный их компенсировать и обеспечить некоторый запас энергии на случай падения температуры ниже обычного минимума. Так, для морозов - 35 градусов достаточно будет котла в 20 кВт.

Стоит помнить, что в случае с твердотопливными устройствами управлять их мощностью достаточно сложно (дрова либо горят, либо нет).

Значительного улучшения невозможно добиться и при уменьшении доступа кислорода путем перекрытия заслонки – эффект будет едва ли заметным.

Не лучше обстоит ситуация и с отоплением дома в осеннее-весенний период, когда наружная температура держится на уровне 0 градусов и потери тепла в доме не превышают 8 кВт, а рабочие показатели котла равны 15 кВт.

В данном случае расходуется большее количество топлива, чем необходимо, и впустую затрачивается 7 кВт энергии, которая уходит либо на перегрев радиаторов, либо на кипение в системе, что может привести к аварийной ситуации. Для этого и устанавливается аккумулирующая емкость, которая поглощает избыточную мощность.

При помощи циркуляционного насоса горячая вода выходит из котла и попадает в буферный резервуар. Такой же объем остывшего теплоносителя возвращается обратно. Далее из верхней части аккумулирующей емкости при помощи второго насоса горячая вода уходит к радиаторам, из которых остывшая жидкость поступает в нижнюю часть бака.

Насос №1 функционирует во время работы топки, а насос №2 снабжен термостатом, который регулирует работу механизма в зависимости от температурного режима в помещении. Соответственно, насос в котле работает постоянно, а насос в буферном баке включается и выключается при необходимости (понижении-повышении температуры в комнатах).

К примеру, мощности насосов идентичны и у них одинаковая производительность. Это означает, что вся тепловая мощность (15 кВт) из буферной емкости уйдет к радиаторам.

Если теплопотери дома составляют 8 кВт, то мы придем к перегреву радиаторов, и температура в доме вырастет, достигнет выставленного максимума на термостате (к примеру, 22 градуса) и насос №2 отключится автоматически. Когда радиаторы остынут, температура в помещении тоже упадет ниже выставленной на термостате отметки, а насос №2 снова начнет функционировать.

Если учесть, что производительность насосов одинакова, то станет понятно – в буферный бак поступит больше горячего теплоносителя, чем израсходуется на циркуляцию по системе и его температура вырастет. Именно так и аккумулируется тепло.

Отдача тепла происходит в определенном порядке. Когда котел нагрелся и насос №1 отключился, тепло прекращает поступать в буферную емкость. Насос №2 продолжает функционировать в обычном режиме и выкачивает из бака горячий теплоноситель, возвращая на его место остывшую воду, при этом температура в резервуаре падает.

Польза устройства

Изучив все характеристики и рабочие моменты буферного бака можно с уверенностью сказать, что он положительно влияет на работу отопительной системы в целом.

В своем примере мы рассматривали котел с мощностью в 2 кВт, что соответствует примерно 120 секциям алюминиевых батарей, которые вмещают 60 л теплоносителя (не считая воды в трубах, нагревательном устройстве и расширительном баке). Общий же объем составит порядка 100 литров.

Если систему дополнить буфером (к примеру, на 500 л), то объем воды увеличится до 600 л. Естественно, остывать такое количество теплоносителя будет медленнее, а это значит, что после прекращения работы нагревателя температура в помещении начнет снижаться в шесть раз медленнее.

Чтобы увеличить время остывания воды до нескольких суток, возникнет необходимость установки более мощного котла и буферного бака с большей вместимостью.

Дополнительные расходы

Установка аккумулирующего бака повлечет за собой дополнительные затраты в виде покупки самого резервуара, дополнительной насосной установки, термодатчика, расширительного бака, труб для обвязки.
Определенная сумма потребуется на оплату монтажных работ. Однако все расходы вполне оправданы, если учесть, что с установкой такого устройства повысится уровень безопасности отопительной системы и автоматизируется контроль над ее работой.

Также появится возможность регулировки температуры на разных этажах или в отдельных помещениях. К такой системе легко монтировать солнечные коллекторы или тепловые насосы.

Владельцы загородных домов часто сталкиваются с трудностью, рационального отопления своего жилища. Хорошим вариантом, в решении этой проблемы, является использование буферной емкости. Такое устройство эффективно распределяет тепло по всему дому, а затраты на обслуживание сводит к минимуму.

Буферная емкость (теплоаккумулятор, аккумулирующая емкость) – это устройство, с помощью которого накапливается и сохраняется тепло. Он внешне похож на огромный термос, в виде цилиндрического бака с утепленными стенками. Его высота, в несколько раз превышает его объем. Изолирован бак термостойким поролоном, который помогает сохранять и удерживать тепло внутри емкости. Тепловой аккумулятор, является главным элементом в обогреве и распределении тепла во всем помещении. Его основной задачей, является получение и накопление тепловой энергии, от разных источников тепла (твердотопливный или электрический котел), а затем рациональное распределение по отопительной системе и водоснабжение.

Главным элементом буферной емкости, является термоаккумулирующий материал, который сохраняет и распределяет подачу тепла. В зависимости от материала, который используется, тепловой аккумулятор может делиться на несколько видов:

жидкостные;
твердотельные;
термохимические;
паровые;
с дополнительными элементами нагревания.

Для используют антифриз, а для нагрева воды применяют воду. Каждый бак, в верхней и нижней части, укомплектован патрубками, один для подключения к котлу, а другой для соединения с самой отопительной системой.

Верхняя часть емкости оснащена предохранительным клапаном, для автоматического стравливания ненужного воздуха, в случае повышения давления внутри емкости. В нижней части находится дренажный кран, с помощью которого спускается жидкость. Теплоаккумуляторы, могут быть дополнительно оборудованы фланцами, к которым можно подключить датчик температуры и давления.

Принцип работы буферного бака основывается на повышенной удельной вместимости рабочей жидкости (антифриз или вода) в системе отопления. Во время подсоединения бака, количество жидкости стает больше в несколько раз и повышается инерционность всей системы. При этом тепловой аккумулятор, максимально нагретый котлом, сберегает личную температуру на долгое время и распределяет тепло по мере необходимости. За счет, такой слаженной работы обеспечивается непрерывная подача тепла, даже в то время когда котел отключен.

Обратим внимание на работу теплоаккумулятора с использованием твердотопливного котла. В трубопроводе между котлом и аккумулятором тепла, находится циркуляционный насос, который запускается, так начинает работать система. С нижней половины бака, охлажденная вода перемещается в котел, где она и подогревается. Разогреваясь до нужной температуры, жидкость перемещается в верхнюю часть емкости. Горячая вода находится в верхней части бака, а с помощью насоса жидкость, которая находится внизу, перекачивается в котел. Во время включения циркуляционного насоса, который установлен в обратной магистрали системы, холодная вода потихоньку поступает в нижнюю половину буферной емкости. Впоследствии, вытесняется горячая вода из бака и направляется в отопительную систему. После остановки работы топливного котла, тепло из буферной емкости продолжает подаваться в систему, до тех пор, пока холодная жидкость из магистрали не заполнит внутренний объем бака. Время работы теплоаккумулятора, после остановки котла, зависит от температуры воздуха на улице, объема бака и количества приборов обогревания.

Буферная емкость, является уникальным изобретение, которое обеспечивает теплом дом и помогает экономить.

Существует достаточно много причин, по которым стоит использовать эту конструкцию:

График работы котла. Твердотопливные котлы необходимо регулярно оснащать топливом. Ночью такой процесс, совсем неудобен и в таком случае спасает теплоаккумулятор. Теплая вода сохраняется в буферной емкости. А затем распространяется по системе. Установка теплового аккумулятора позволяет увеличить интервалы между топкой котла и поможет значительно уменьшить расход топлива.
Если применяется , то экономия происходит ночью. Так как стоимость на электричество днем и ночью отличается в несколько раз. Монтаж буферного бака позволит запрограммировать работу котла только в ночной период работы.
Неравномерная подача тепла. Практически у всех котлов существует три фазы работы: разгорание, интенсивное горение и затухание. Из-за такого процесса происходят сильные перепады температуры. Буферная емкость поможет избежать такого явления. В период интенсивного горения бак забирает в себя лишнее тепло, а во время затухания постепенно отдает его в систему отопления.
Механическая регулировка работы котла, не позволяет сжигать все вредные вещества. В период работы твердотопливных котлов выделяются вредные вещества (кислоты, деготь). Стандартные котлы обустроены воздушным клапаном, который блокирует подачу кислорода к топливу и провоцирует выделение вредных веществ. Устанавливая буферную емкость можно не только обеспечить дом теплом, но и сохранить здоровье и уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Так, например, в странах Европы запрещено устанавливать твердотопливные котлы без буферной емкости.
Защита от перегрева. Интенсивно работая, котел может перегреться, что повлечет за собой плачевные последствия (выход системы из строя, взрыв). Тепловой аккумулятор надежно защищает котельную установку и систему отопления от перегрева.
Экономия. Устанавливая тепловой аккумулятор можно сэкономить до 30% топлива и электроэнергию.

Принцип работы всех котлов имеет одно важное сходство: вода в них греется за счет сжигания топлива. Есть отопительные системы, где подача топлива и сжигания равномерно распределена (газовый котел). А есть котлы, в которых такая система невозможна (твердотопливный котел). Также существуют котельные установки, в которых постоянное горение приводит к снижению подачи тепла (газогенераторный котел). Есть котлы, постоянный нагрев которых стоит очень дорого (электрический котел).

Все недостатки в котельных установках может решить буферная емкость. Чаще ее устанавливают вместе с твердотопливным котлом. Он дешевый в обслуживании и в установке. Такие котлы нуждаются в регулярной подаче топлива, так как вода в системе, при низкой температуре воздуха, может быстро остыть. Устанавливая тепловой аккумулятор, нагретая вода своевременно расходится по всей системе, своевременно обеспечивая дом теплом. Благодаря этому, увеличивается интервал между топками и значительно экономится расход топлива.

Буферную емкость целесообразно устанавливать и вместе с электрическим котлом, так как такая комбинация экономически выгодна. Ни для кого не секрет, что электрический котел расходует много электроэнергии. На потребление электроэнергии есть дневной и ночной тариф, стоимость которого отличается в несколько раз. Устанавливая теплоаккумулятор можно рассчитать время работы котельной установки так, чтобы он грел исключительно в ночное время (когда тариф ниже).

Как видно, использование буферного бака решает много проблем связанных с топливными котлами.

Поэтому использование теплового аккумулятора имеет много достоинств:

значительно повышает срок службы котла;
максимально увеличивает теплоотдачу котла;
защищает отопительное оборудование от перегрева;
выравнивает перепады температур в помещении, создавая комфортные условия;
регулярно обеспечивает наличие горячей воды;
возможность подключения буферной емкости к нескольким источникам тепла;
экономия топлива и средств.

Тепловой аккумулятор имеет также и некоторые недостатки, к ним можно отнести:

необходимость установки буферной емкости возле отопительного котла, а для этого нужно отдельное помещение необходимой площадью;
бак имеет большие размеры и вес, что усложняет его транспортировку и установку;
имеет достаточно высокую стоимость (полностью окупается через 2–5 лет).

Существует одно важное правило в установке теплового аккумулятора: бак подключается параллельно к котлу отопления, такой способ самый простой и, пожалуй, самый правильный. Ниже будет описано подключение буферной емкости к твердотопливному котлу.

Важные составляющие в подключении теплоаккумулятора:

котел обогревания;
буферный бак;
механизм отопления (радиатор);
циркуляционный насос в обратной магистрали, который расположен между котлом и тепловым аккумулятором;
насос циркуляционный в обратной магистрали, который расположен между отопительными приборами и теплоаккумулятором;
теплообменник для подачи горячей воды;
теплообменник, подключенный к дополнительным источникам тепла.

Для подключения, необходимо верхний патрубок присоединить к выходу котла, а второй подсоединить к основной магистрали.

Затем необходимо один патрубков, который находится внизу, присоединить к входу в котел. В это время, нужно не забыть установить насос, между трубопроводом и котлом. Он будет обеспечивать циркуляцию жидкости от котла в теплоаккумулятор. Второй патрубок необходимо присоединить к обратной магистрали отопительной системы, в которой также установлен циркуляционный насос. Основной задачей насоса, является обеспечить подачу нагретого теплоносителя к приборам отопления.

Теплообменник для подачи горячей воды находится в верхней части бака. Теплообменник для подключения к дополнительным источникам тепла, может располагаться как сверху, так и снизу, все зависит от источника поступающего тепла. Однако, наличие таких теплообменников необязательно.

Расчет буферной емкости необходим для более рационального использования тепла и экономии.

С чего начать:

необходимо определить площадь дома (например, 200м2);
примерно рассчитать потерю тепла при разных температурах воздуха (кВт в час);
рассчитывается количество воды, которая должна пройти по отопительной системе за один час, при самой низкой температуре воздуха;
полученную цифру необходимо умножить на часы между топками котла, так получается необходимая буферная емкость.

В том случае если отопительная система уже установлена, то выполнять расчет необходимой буферной емкости намного проще. Так хозяин дома, знает запас воды в системе и часы между основными топками котла. Для определения размера бака, необходимо объем теплоносителя умножить на время между главными топками котла.

Как показывает практика, что на дом в 200 м2 используется котел мощностью 25–32 кВт. В таком случае объем буферной емкости должен составлять 1000 л. Такого размера многовато для температуры в 0 °C, но в самый раз для мороза в 25 °C.

Можно ли сделать буферную емкость своими руками, вопрос спорный. Одни говорят, что реально соорудить теплоаккумулятор собственноручно. Однако, как рекомендуют специалисты, лучше не рисковать и все-таки приобрести тепловой аккумулятор в специализированных магазинах.

Есть несколько причин, по которым лучше отказаться от такой затеи:

форма бака будет выглядеть не эстетично;
необходимо использовать 5 мм металл, что усложняет сварочные работы;
верхние крышки емкости необходимо изготавливать сферическими, так как при нагревании увеличивается давление внутри бака;
нужны большие затраты на необходимый материал;
фирменные теплосберегающие емкости дополнительно оснащены змеевиками для подключения к водоснабжению и подачи горячей воды, собственными руками это не получится сделать.

Очевидно, что изготавливая буферный бак своими руками, не получится сэкономить, лучше приобрести новый. Покупая емкость можно не тратить время на покупку необходимых материалов, а также на проведение сварочных работ. Новый теплоаккумулятор будет более надежный и функциональный.

Приобретать буферную емкость необходимо только в специализированных магазинах и обязательно проверять наличие сертификатов.

При покупке теплового аккумулятора необходимо обращать внимание на следующие важные моменты, от которых будет зависеть функциональность бака:

на размер и вес, может так случиться, что для такой объемной конструкции не найдется места в доме, тогда эту проблему нужно будет решать;
разные по объему, производители выпускают емкости разного литража, чтобы удовлетворить потребности всех покупателей. Самые востребованные емкости от 300 до 5000 литров;
максимальное давление воды в отопительной системе. От этого зависит толщина стенок бака и его форма;
максимальная допустимая температура воды, на которую рассчитана буферная емкость;
материал, из которого изготовлен бак. Как правило, для его изготовления необходима, мягкая углеродистая сталь с непромокаемым покрытием или нержавеющая сталь (имеет более высокую цену, но показатели долговечности выше);
емкости бывают с использование изоляции и без нее;
конструкция может быть оснащена дополнительными перегородками, которые разделяют ее на отдельные секции с разной температурой, что позволяет увеличить эффективность подачи тепла;
наличие дополнительных функций (электронагреватель, встроенный теплообменник для подачи горячей воды и подключения к разным тепловым источникам). Если теплоакумулятор с нижним теплообменником, то его назначение нагревать горячую воду солнечным коллектором. В том случае если в емкости используется верхний теплообменник, то он способен подогревать горячую воду для питья. Если в баке теплообменник находится посредине, то его главная задача, нагревать аккумулирующую емкость с помощью твердотопливного, газового или электрического котла;
резиновые фланцы могут входить в комплектацию тепловой установки. Такое оборудование позволяет теплой воде собираться в верхнем отделе бака и использоваться для потребностей отопления. Вода с более низкой температурой остается в средней части бака и за счет патрубка направляется на отопление полов в помещении.

Используя тепловой аккумулятор в и в водоснабжении горячей водой, обеспечивается регулярная подача тепла к отопительным приборам, независимо от того работает котел в это время или он выключен. Тепловой аккумулятор урегулирует комфортную температуру в доме и позволит экономить затраты на топливный материал.

Установка в жилом доме твердотопливного котла — задача одновременно проста и понятно, однако при детальном рассмотрении, связана с многочисленными техническими и технологическими сложностями. Сегодня многие граждане стремятся оборудовать свой дом нагревательным прибором, работающим на твердом топливе. Это объясняется хорошими эксплуатационными характеристиками отопительного оборудования данного вида, отсутствием необходимости получать разрешение на монтаж твердотопливного нагревательного прибора. Не последнюю роль в плане выбора отопительной техники играет стоимость топливного ресурса и его относительная доступность.

Однако выбрать котел и его в доме – этого мало. Для нормальной работы системы автономного отопления потребуется дополнительная установка различных устройств, приспособлений и механизмов. Большая часть таких приспособлений обеспечивают нормальное функционирование всего отопительного комплекса и его безопасность. Буферная емкость или теплоаккумулятор, для твердотопливного котла как раз относится к разряду таких устройств, без которых ни один нагревательный агрегат не сможет полноценно работать. Что же такое буферная емкость, разберемся детально?

Не каждый из нас в состоянии осмыслить и представить, как должна выглядеть в оптимальном варианте домашнее отопление и как должен работать тот или иной механизм. Отопительные приборы являются только источником тепловой энергии, с помощью которой происходит нагрев теплоносителя, расходящегося уже по отопительному контуру. Для того, что бы весь процесс протекал максимально эффективно и при этом, была обеспечена безопасность работы нагревательного агрегата, в обвязку обязательно включается буферная емкость.

Без этого устройства ваш твердотопливный котел (любой нагревательный аппарат) будет представлять собой бомбу замедленного действия, которая при малейшем сбое в системе, может доставить массу хлопот и неприятностей.

Ответить на вопрос, для чего дома нужно устанавливать такой большой по размеру агрегат, поможет анализ принципа работы твердотопливного котла.

На заметку: установка твердотопливных агрегатов, эксплуатация котлов без буферной емкости в США, во многих странах Европы запрещена.

По сути, название устройства, объясняет его назначение. Его основная задача, играть роль буфера между работающим котлом и системой отопления. Задача буфера заключается в снижении или в повышении теплоемкости теплоносителя, циркулирующего в отопительном контуре. За счет своего объема, емкость в состоянии влиять на температурный режим степени нагрева котловой воды.

С точки зрения механики, емкость является обычным термосом, т.е. металлический целостный сосуд, утепленный снаружи изоляционным материалом. По месту расположения, это устройство неразрывно связано с нагревательным прибором. Устанавливается накопитель в непосредственной близости от котла. Для чего нужен этот громоздкий агрегат в системе отопления? Все объясняет режим работы отопительных аппаратов и особенности их конструкции.

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.

В чем еще польза буферной емкости. Основные преимущества

Помимо своего прямого назначения, накопитель горячей воды выполняет целый ряд других, не менее полезных функций. Отопительные агрегаты, работающие на твердом топливе, как правило, имеют различные стадии горения. Это момент розжига, интенсивное горение и соответственно, процесс затухания. На второй стадии, во время интенсивного горения котел вырабатывает максимальное количество тепловой энергии, больше, чем необходимо для обогрева. В начальной и в конечной стадии, когда топливе только начинает гореть или заканчивается, нагревательные приборы далеки от своей номинальной мощности.

Подобный режим работы твердотопливных аппаратов без дополнительного оборудования обычно вызывает ряд бытовых неудобств. О том, что возможны перепады с температурой теплоносителя в отопительном контуре уже было сказано.

Важно! Накопитель горячей воды не позволит при длительном отсутствии топлива в топке, разморозиться ни самому котлу, ни всей системе отопления. Некоторые модели буферных емкостей способны обеспечивать подачу теплой воды в котел и в отопительный контур на протяжении 12-24 часов. Что немаловажно для жителей отдаленных районов.

При отсутствии теплоаккумулятора, когда в доме интенсивно используется горячая вода на бытовом уровне, проблем не избежать. Буферная емкость, как раз призвана устранять возникающие перепады с обогревом жилых помещений и обеспечивать нормальную работу системы ГВС.

Преимущества использования накопителя очевидны, и зная о них, вы уже не будете скептично смотреть на громоздкий бак, стоящий в вашей котельной. Монтаж буферной емкости в системе домашнего отопления дает следующие преимущества:

работа нагревательных агрегатов на твердом топливе в экономичном режиме;
увеличение временных промежутков между загрузками топлива в котел;
возможность использовать отопительные приборы летом для работы системы ГВС;
техническая возможность использовать нагревательные агрегаты большой мощности в помещениях с низкой теплопотерей;
простая и понятная конструкция устройства не требует специального обслуживания и отличается длительными сроками эксплуатации;
статичное состояние устройства, не создающее бытовых неудобств;

Монтаж емкости достаточного объема позволяет осуществить установку в жилых помещениях других отопительных приборов.

К примеру: когда в систему автономного отопления включены сразу несколько нагревательных агрегатов разного вида. Нередко в частных домовладениях устанавливаются твердотопливные котлы в паре с электрическими приборами. Оба агрегата можно свободно подсоединить к одному теплоаккумулятору, причем для этой цели не потребуется установка дополнительных деталей в системе. Благодаря буферной емкости оба агрегата можно настроить на работу в плане приоритетности, сбалансировать их работу по мере необходимости.

Оценивая преимущества, которые дает системе отопления установка буферной емкости, не стоит забывать о безопасности.

Для любых нагревательных приборов основной опасностью является перегрев. Работающий котел на твердом топливе постоянно нуждается в контроле. Большая инерционность оборудования этого типа часто становится причиной перегрева, в результате чего агрегат может выйти из строя, а в худшем случае, привести к крайне неприятным последствиям. Накопитель горячей воды легко устраняет эту проблему, снимая избыточную нагрузку на обогревательный прибор.

Как правильно выбрать тепловой аккумулятор для своей системы отопления

Перед тем, как осуществлять монтаж системы отопления, определяются с видом основного источника тепла. От мощности твердотопливного котла и того объема задач, который прибор будет решать в процессе эксплуатации, зависит и объем теплоаккумулятора. Размеры и объем накопителя определяется еще и вашими бытовыми потребностями. Приоритетным при выборе буферной емкости становится модель нагревательного агрегата, обладающая лимитом мощности и ограниченным временным ресурсом.

Другими словами:

при работе в паре с твердотопливным котлом буферная емкость должна обеспечить аккумуляцию тепловой энергии во время разовой загрузки топливом, хватающей на раздачу горячего теплоносителя по системе до последующей загрузки топочной камеры.

Здесь уместно сказать несколько слов о расчетных данных, которые влияют на выбор оптимального объема буферной емкости. С помощью расчетов можно определить реальную аккумулирующую способность конкретно взятого объема теплоносителя, оказывающую значение на теплоемкость.

Принято считать: теплоемкость котловой воды составляет 4,187 кДж кг/ 0 С, что в свою очередь означает. Для нагрева 1 кг. воды всего на 1 0 С, потребуется количество тепловой энергии в эквиваленте 4,187 кДж. Для нагревательных приборов это значение составляет 1 ккал = 1,163 Вт/ч.

Для полноты картины считаем. При установке теплового аккумулятора объемом в 1000 л. (1000 кг.), для нагрева воды до температуры 50 0 С, количество тепловой энергии сохраненной в баке составит 1000 х 50 = 50000 ккал или 58 тыс. кВт/ч.

При расходе горячей воды из буферной емкости и снижении температуры воды на 50 градусов, количество тепла соответственно уменьшится на аналогичное значение. Каждая схема подключения имеет свою методику расчетов емкости теплоаккумулятора, однако существуют следующие общие требования, которые необходимо учитывать:

накопительный бак должен быть способным аккумулировать максимальное количество избыточной тепловой энергии за время горения топлива при разовой загрузке;
чем выше пиковый расход тепловой энергии в отопительном контуре и чем длительнее максимальный расход тепла, тем больший объем потребуется для буферной емкости;
при высокой интенсивности горения котла в короткие промежутки времени потребуется установить дополнительный теплообменник, или отдельно, или интегрированный в буферную емкость;
накопитель должен иметь номинальное давление внутри большее, чем в точке подключения устройства к системе;
в накопителях горячей воды с двумя и более встроенными теплообменниками, система с меньшим рабочим давлением подключается к нижним теплообменным устройствам, а с сильным рабочим давлением, наоборот, к теплообменникам, расположенным вверху;
установка теплового аккумулятора обязывает монтаж в системе расширительного бака и предохранительного, термосмесительного клапана.

Заключение

Правильный расчет тепловой емкости теплоносителя, аккумулируемого в накопители, позволит работать твердотопливному котлу в нормальном режиме. Буферная емкость в комплекте к другими предохранительными элементами не только обеспечивает бесперебойную работу отопительной системы, но и нормальное горячее водоснабжение. Буферная емкость, она же теплоаккумулятор, гарантирует не только безопасную работу нагревательных приборов, но и экономически целесообразна.

Единственный нюанс, на который придется обращать внимание при оборудовании системы отопления дома, заключается в выборе места под котельное помещение. Монтаж емкости большого объема потребует от вас технологического решения. В ряде случаев теплоаккумуляторы собираются прямо на месте.