Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу: функции, конструкция и обвязка котла с теплоаккумулятором.

Схема обвязки котельных для частного дома с теплоаккумулятором и стандартным твердотопливным котлом — одна из наиболее надежных и востребованных комбинаций. Построение схемы начинается с расстановки обвязки твердотопливного котла, а также размещения буферной емкости. Этот элемент устанавливается с целью получить дополнительный контур естественной циркуляции. Таким образом создается запасной путь, по которому направится вода с случае незапланированного кратковременного отключения электричества и внезапной остановки насоса.

Простая схема обвязки твердотопливного котла отопления

Как уже отмечалось выше, схема обвязки для твердотопливного котла максимально простая и содержит следующие элементы:

• Теплогенератор – твердотопливный котел.
• Группа безопасности на выходе ТТ котла.
• Подающий трубопровод – металлический участок (в случае ПП труб СО).
• Циркуляционный насос на обратке котла.

Из всего этого стоит пояснить лишь 4 основных момента:

• Группа безопасности ставится на выходе котла и не может быть отделена от котла никакой запорной арматурой.
• Металлический участок на выходе из котлы (примерно 2-3 метра) необходим для того, чтобы в случае использования полипропиленовых труб в системе отопления они не были повреждены при закипании ТТ котла.
• Циркуляционный насос в обязательном порядке должен быть подключен к ИБП и АКБ. В противном случае при отключении электричества ТТ котел легко перегреть и «вскипятить» систему.
• Иногда логично добавить в стандартную систему так называемую «буферную емкость». Это не ТА, это буфер между ТТ котлом и системой отопления.

Что касается буферной емкости, то про нее уже подробно писали и вроде все «разжевали» — смотрите соответствующие материалы в категории «Твердотопливные котлы».

Стоит только сказать, что при наличии буферной емкости появляется возможность использования ТТ котла совместно с теплыми жидкостными полами в доме.

Куда поставить циркуляционный насос

В большинстве схем обвязки теплоаккумулятора с циркуляционным насосом, он стоит в обратном трубопроводе перед котлом. В обратке — потому что тут ниже температуры, но можно поставить и на подаче. Современные насосы рассчитаны на прокачку теплоносителя до 110°C, так что они там неплохо себя чувствуют. Второй момент: при установке на подаче, насос не будет создавать дополнительное давление на теплообменник, что продлит срок его службы.

В любом случае при установке циркуляционного насоса в подаче или на обратке, возможность естественной циркуляции отсутствует. То есть, при отключении электроэнергии, циркуляция остановится, котел неминуемо закипит. Чтобы избежать этого, ставят четырехходовой клапан, через который организуют сброс перегретой воды в канализацию и подпитку холодной водой из ХВС. Так организуется аварийное охлаждение теплообменника и предупреждается закипание теплоносителя.

Один из способов избежать перегрева теплоносителя в котле отопления

Обратите внимание, что реализовывать эту схему можно только на стальных или медных теплообменниках. С чугунными — нельзя. При попадании холодной воды они могут лопнуть.

Есть и другой способ. Он более щадящий по отношению к теплообменнику (подходит и для чугунных) и требует меньше материалов. Можно сделать обвязку между котлом и теплоаккумулятором для отопления так, чтобы сохранить естественную циркуляцию. В таком случае при отключении электропитания котел не закипит — будет продолжать греть воду в емкости.

Для сохранения естественной циркуляции теплоносителя, насос ставят в отдельном, специально созданном контуре. Чтобы схема работала, в контуре ставят лепестковый обратный клапан большого сечения.

Так сохраняется естественная циркуляция даже при отсутствии электропитания

Когда не работает циркуляционный насос, он пропускает поток теплоносителя от ТА. При работе циркуляционного насоса, он своим напором подпирает клапан и теплоноситель идет через насос. На насос идет труба не менее дюйма в диаметре. Только в этом случае может сохраниться естественная циркуляция.

Решаем проблему конденсата

Логичное решение проблемы слишком холодной воды на обратке — добавить горячую с подачи. Реализуется это при помощи перемычки и установленного на отводе регулируемого трехходового смесительного клапана. Клапан должен быть смесительного типа: при достижении выставленной температуры, он плавно начинает сдвигать клапана в двух подключенных трубах. Таким образом получается постепенное и плавное изменение температуры.

Обвязка теплоаккумулятора: добавочный контур для подмеса теплой воды в обратку

Холодная вода в обратном трубопроводе появляется в нескольких случаях: при разгоне котла, когда вода в теплоаккумуляторе сильно остыла (после простоя), а котел в работе. Давайте рассмотрим, как работает эта схема подключения аккумулятора тепла в обоих случаях. Движение теплоносителя показано на иллюстрациях ниже.

Пока котел не разогрелся, теплоноситель совсем холодный. В этом случае трехходовой клапан перекрывает поток теплоносителя на ТА и он движется по малому кругу (рисунок внизу, верхняя левая картинка). Прогрев происходит быстро, так как воды мало, время, образования конденсата минимально. На рисунке принято, что трехходовой клапан настроен на 55°C. Пока вода в малом круге не достигнет этой температуры, она так и циркулирует в нем.

Когда теплоноситель в малом кольце разогревается до 55°C, клапан сдвигает заслонки, включается в работу теплоаккумулятор для отопления. В этом случае одновременно идут три потока (правый рисунок в верхнем ряду):

• малый, как на первой картинке;
• часть теплоносителя идет на ТА через клапан;
• из ТА по обратке, через клапан, на насос и в теплообменник котла (третий круг).

В таком положении все находится до тех пор, пока теплоноситель в баке не прогреется до выставленной температуры (в данном случае до 55°C).

Как работает трехходовой смесительный клапан в схеме с ТА

Когда температура в баке достигает 55°C, трехходовой клапан отсекает подмес. Жидкость движется по большому кругу (нижний рисунок):

• подача — не заходя на клапан — в ТА;
• обратный поток — через клапан, на насос, в котел.

В таком состоянии все работает до тех пор, пока горит топливо. Чтобы обвязка теплоаккумулятора была завершенной, добавим контролирующие элементы — в трубопровод подачи устанавливается группа безопасности: манометр, предохранительный (аварийный) клапан сброса давления, автоматический воздухоотводчик. Для установки аварийного клапана, в некоторых котлах есть специальные штуцера. В противном случае аварийный клапан ставят с остальными компонентами сразу на выходе котла — до первого ответвления.

Окончательный вид обвязки ТА со стороны котла (группа безопасности не нарисована, стоит на подаче после котла)

Еще устанавливается расширительный бак мембранного типа. Он будет принимать в себя лишнюю воду по мере расширения (при нагреве жидкости увеличиваются в объеме). Теплоаккумулятор для отопления к котлу мы подключили. На этом обвязка теплоаккумулятора со стороны котла окончена.

Гравитационный контур

Рассмотрим контур с естественной циркуляцией — гравитационный. При составлении плана избегаем изгибов, стараемся минимализировать количество колен, чтобы не создавать лишних сопротивлений. Исходя из размеров патрубков используемого котла подбираем диаметр труб для контура. Стандартный вариант — не более 1,5 дюймов.

Теплоноситель циркулирует внутри гравитационного контура без помощи насоса за счет создаваемой разницы температур. В случае, если из-за отключения электричества или по другой причине циркуляция горячей воды остановится, твердотопливный котел закипит. Чтобы избежать этой опасной ситуации используется дополнительный гравитационный контур — с целью предупредить аварию в случае остановки насоса.

Иногда температура твердотопливного котла возрастает и может превысить границу в 100 градусов. По этой причине контур обвязываем из металлических труб. Добавляем в намеченный контур насос. Для этого планируем обходной путь, где устанавливаем предохранительный лепестковый обратный клапан на выделенный участок гравитационного контура. Выбираем клапан, обладающий минимальным сопротивлением. Переходник со стандартным сопротивлением может препятствовать циркуляции теплоносителя.

В штатном режиме циркуляционный насос создает давление на клапан, поддерживая его в закрытом состоянии. При этом вода беспрепятственно циркулирует по обычному пути. В момент остановки насоса котел продолжает нагревать воду, но встроенный клапан сработает и не пропустит воду по основному кругу.

Расчет теплоаккумулятора

Чтобы правильно рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора лучше всего обратиться к опытному специалисту. Но в то же время есть методики для расчета, по которым можно приблизительно рассчитать емкость буферного устройства, чтобы как-то сориентироваться, какой по мощности приобретать котел, и определиться с расположением теплового накопителя и размерами котельной.

Есть два метода расчета:

• простой, основанный на практике специалистов;
• по формуле.

Исходя из многолетнего приобретенного опыта, специалисты пришли к мнению, что на 1 кВт мощности котла необходимо 25-50 литров объема теплогенератора. Истина находится где-то посередине. Поставить меньшего объема накопитель, котел будет работать с меньшим КПД, если возьмешь большего объема — дома будет холодно, так как теплонагреватель будет только аккумулировать тепло, а в системе будет его не хватать.

По формуле емкость рассчитывается так: Q = mc (T2-T1), где:

• Q — количество накопленного тепла,
• m — объем воды в емкости,
• c — удельная теплоемкость, равная 4200 Дж/(кг·К) ,
• Т2 и Т1 — показатели температур воды на входе и обратке.

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.

Что такое теплоаккумулятор

Но при эксплуатации агрегата на твердом топливе придется столкнуться с проблемой неоднородности получения тепловой энергии. Пока котел работает — дома тепло или даже жарко. Закончилось топливо – в доме становится холодно. Половина полученного тепла уходит в атмосферу, да и подкладывать дрова приходится часто. Поэтому задумались о том, чтобы сохранять избыточное тепло, а потом потихоньку отдавать его в систему отопления.

Эту проблему и решают, когда начинают эксплуатировать твердотопливный котел с теплоаккумулятором.

В странах Европы запрещено применение агрегатов тепловой энергии без буферной емкости, чтобы не было выбросов угарного газа в атмосферу.

Теплоаккумулятор — это емкость, чаще всего круглая цилиндрическая, наполненная водой, в зависимости от предназначения бывает разных модификаций.

В производственный вариант входят:

• основной корпус, который изготавливается из различных сплавов стали или из нержавейки;
• слой изоляции из базальтовой или минеральной ваты или пенополиуретана толщиной не менее 50 мм;
• наружная обшивка изготавливается или из окрашенного тонкого листового металла, или из чехла из полимерного материала;
• в основную емкость врезают патрубки для подвода и отвода теплоносителя;
• в более дорогих моделях внутри устанавливают змеевик для подогрева воды;
• термометр и манометр служат для контроля за температурой и давлением.

Иногда в тепловой аккумулятор встраивают блок электрических тенов с датчиками и подсоединяют солнечные батареи — это создает дополнительный комфорт при его использовании.

Цены на эти варианты высокие, поэтому народные умельцы чаще всего изготавливают буферные емкости своими руками.

Для чего нужен

Спектр применения аккумулятора тепловой энергии очень широк и определяется согласно модификации и применяемого вместе с ним оборудования.

Самое главное его предназначение:

• накопить как можно больше тепла, а потом, когда закончится топливо в основном теплогенераторе, отдать его в систему отопления;
• предотвращать резкие перепады температуры в системе, тем самым не допускать появления конденсата в котле.

Более современные и дорогие позволяют создать больший комфорт и больше возможностей:

• горячее водоснабжение в доме;
• использовать его вместо электрокотла, если установить в него электрические нагреватели.

Принцип работы

Перед первым использованием рекомендуется изучить схему работы котла и емкости.

Система работает так:

• Затопили котел.
• Нагретая вода попадает в теплогенератор, как бы заряжает его.
• Циркуляционный насос, установленный за емкостью, по трубопроводу, вмонтированному в верхнюю ее часть, доставляет теплоноситель к трубам отопления.
• Возвращаясь, остывшая вода поступает в нижнюю часть теплогенератора.
• Затем она поступает в котел.
• Закончилось топливо — потух котел.
• В работу вступает теплогенератор: при помощи циркуляционного насоса из верхней горячей зоны постепенно разносит сохраненное тепло по трубам и радиаторам.

Второй насос снабжают комнатным датчиком температуры, который при необходимости может отключить его, если температура превысит установленную для него температуру. Тогда котел будет нагревать только теплоаккумулятор. При понижении температуры воздуха в комнатах, включается насос, и вода снова будет нагревать батареи.

Применение аккумулятора тепловой энергии позволяет хозяину домовладения удовлетворить все его запросы.

Недостатки

У связки теплового нагревателя с тепловым накопителем недостатки, конечно, есть, но со временем покупатель поймет, что вложенные средства были потрачены не зря.

Как рассчитать требуемый объем теплоаккумулятора

Слишком большой или слишком маленький резервуар для накопления тепла в виде нагретого теплоносителя– это неэффективное решение, поэтому требуемый объем резервуара подлежит математическому расчету, точные результаты которого получить сложно из-за приблизительных первоначальных данных – тепловых потерь в помещении, свойств утеплителя стен и фундамента дома, теплоизолирующих качеств стройматериалов стен, перекрытий и перегородок, этих же параметров оконных и дверных проемов. Но приблизительно провести расчет теплоаккумулятора все же можно, и рассчитан такой прием именно на незнание точных тепловых потерь здания, тем более, если его только предстоит построить.

Выбор размеров и объема резервуара под тепловой аккумулятор можно сделать, отталкиваясь от следующих параметров:

• Общая площадь отапливаемых помещений;
• Тепловая мощность нагревательного оборудования.

Эти два параметра и определяют объем ТА.

Допустим, необходимо вычислить объем теплового аккумулятора для отопительной системы, исходя из отапливаемой площади помещения. Формула для расчета простая: площадь в квадратных метрах умножается на четыре (Sx 4). Например, для дома общей отапливаемой площадью 50 м2 потребуется резервуар на 200 литров. При таком объеме ТА, как показывает практика, загружать котле твердым топливом можно всего одни раз в сутки. Это – очень хорошая экономия и очень хороший КПД.

Расчет объема теплоаккумулятора отопления

Знающие хозяева скажут, что можно просто установить пиролизный котел, который будет работать так же. Но работа такого котла немного сложнее и менее эффективна, так как:

• Сначала топливо возгорается и разгорается;
• Затем ограничивается подача воздуха;
• Последним активируется тление топлива (пиролиз).

При возгорании топлива температура теплоносителя резко возрастает, а пиролизный процесс поддерживает ее на заданном уровне, причем во время протекания пиролиза много тепловой энергии просто исчезает в трубу дымохода, не обогревая почти ничего. Еще один минус – при на пиках разогрева теплоноситель может закипать и выплескиваться из расширительного бачка, а при использовании ПВХ труб для разводки отопления они быстрее выходят из строя от высокой температуры.

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.

Как подключить буферный накопитель к котлу

Поэтому стоит поподробнее рассмотреть, как при монтаже системы отопления подключить котел на твердом топливе, в том числе и своими руками. Особенности применения Это — буферная емкость самой простой конструкции.

Зачем нужна буферная ёмкость для ТТ или электрокотла

Вариант 2: 4-х ходовой клапан аварийного охлаждения теплообменника 4 с выносным датчиком при перегреве до 95 град. Клапаном поддерживается температура на обратке котла больше чем 60 градусов.

Это продлит срок службы мембраны бака. Но обслуживание отопления станет более комфортным: твердотопливный котел и дымоход нужно реже чистить.

При этом температура теплоносителя в каждой ветви нужна разная. Представьте, что в частном доме на 20—30 минут отключили электроэнергию и циркуляционный насос, прогоняющий воду через твердотопливный котел, остановился. Это сделать достаточно просто, когда в схеме обвязки участвует буферная емкость, поскольку она одновременно играет роль гидрострелки, что и показано на рисунке. Важным критерием является материал изготовления внутренней емкости теплоаккумулятора.
Теплоаккумулятор (буферная емкость) в современной котельной