Как выбрать буферную емкость для твердотопливного котла

Наибольший недостаток твердотопливных котлов – их цикличность: при максимальной загрузке и горении достигается пиковая (часто избыточная) тепловая мощность, которая постоянно снижается до 0 (полное затухание) и возобновляется новой закладкой топлива. Такая цикличность не позволяет обеспечить стабильную, быстро и точно регулируемую систему отопления.

Сгладить неравномерную теплоотдачу ТТ котлов позволяет буферная емкость (она же теплоаккумулятор), накапливающая излишки тепла при пиковой работе котлоагрегата. Однако в выборе и расчете необходимого объема теплоаккумулятора есть немало нюансов.

Что из себя представляет буферная емкость для твердотопливного котла

Буферная емкость (также теплоаккумулятор) – это бак определенного объема наполненный теплоносителем, назначение которого – накапливать излишки тепловой мощности и в дальнейшем более рационально распределять их в целях отопления дома или обеспечения горячего водоснабжения (ГВС).

Для чего нужна и насколько она эффективна

Чаще всего буферная емкость используется при твердотопливных котлах, которые обладают определенной цикличность, при чем это относится и к ТТ котлам длительного горения. После розжига теплоотдача топлива в камере сгорания быстро возрастает и достигает пиковых значений, после чего выработка тепловой энергии угасает, а при затухании, когда новая партия топлива не закладывается, и вовсе прекращается.

Исключением являются лишь бункерные котлоагрегаты с автоматической подачей, где за счет регулярной равномерной подачи топлива, горение происходит с одинаковой теплоотдачей.

При такой цикличности, в период остывания или затухания, тепловой энергии может быть недостаточно для поддержания комфортной температуры в доме. В то же время в период пиковой тепловой мощности температура в доме гораздо выше комфортной, а часть излишнего тепла из камеры сгорания просто вылетает в дымоход, что является не самым эффективным и экономным использованием топлива.

Наглядная схема подключения буферной емкости, отображающая принцип ее работы.

Наиболее понятна эффективность буферного бака на конкретном примере. Один м3 воды (1000 л) при охлаждении на 1°C выделяет 1-1,16 кВт тепла. Возьмем в пример среднестатистический дом с обычной кладкой в 2 кирпича площадью 100 м2, теплопотери которого равны приблизительно 10 кВт. Теплоаккумулятор на 750 л, разогретый несколькими закладками до 80°C и остывший до 40°C, отдаст системе отопления около 30 кВт тепла. Для вышеупомянутого дома это равно 3-м дополнительным часам тепла батарей.

Иногда буферная емкость используется и в сочетании с электрическим котлом, оправдано это при отоплении ночью: по сниженным тарифам на электроэнергию. Однако такая схема редко оправдана, поскольку для накопления за ночь достаточного для дневного обогрева количества тепла необходим бак не на 2 и даже не на 3 тыс. литров.

Устройство и принцип работы

Теплоаккумулятор – герметичный, как правило, вертикальный бак цилиндрической формы, иногда дополнительно термоизолированный. Он является посредником между котлом и отопительными приборами. Стандартные модели оснащены врезкой из 2-х пар патрубков: первая пара – подача и обратка котла (малый контур); вторая пара – подача и обратка отопительного контура, разведенного по дому. Малый контур и контур отопления не пересекаются между собой.

Принцип работы теплоаккумулятора в связке с твердотопливным котлом прост:

1. После растопки котла циркуляционный насос постоянно прокачивает теплоноситель в малом контуре (между теплообменником котла и баком). Подача котла подключается в верхний патрубок теплоаккумулятора, а обратка в нижний. Благодаря этому происходит плавное заполнение подогретой водой всей буферной емкости, без выраженного вертикального движения теплой воды.
2. С другой стороны, сверху к буферной емкости подключена подача к радиаторам отопления, а снизу обратка. Теплоноситель может циркулировать как без насоса (если система отопления рассчитана на естественную циркуляцию), так и принудительно. Опять таки, подобная схема подключения минимизирует вертикальное перемешивание, поэтому буферная емкость отдает накопленное тепло батареям постепенно и более равномерно.

Если правильно подобрать объем и прочие характеристики буферной емкости для твердотопливного котла, потери тепла можно свести к минимуму, что отразится не только на экономии топлива, но и на комфорте топки. Накопленное тепло в хорошо термоизолированном теплоаккумуляторе сохраняется на протяжении 30-40 часов и более.

При чем за счет достаточного, значительно большего, чем в системе отопления, объеме, аккумулируется абсолютно все выделенное тепло (в соответствии с КПД котла). Уже спустя 1-3 часа топки, даже при полном затухании, в распоряжении имеется полностью «заряженный» теплоаккумулятор.

Типы конструкций

Любой из вышеописанных типов буферной емкости может иметь большее количество пар патрубков, что позволяет разграничить параметры системы отопления по зонам, дополнительно подключить водяной теплый пол и т.д.

Особенности конструкционного устройства

Аккумуляторный бак для системы теплоснабжения в простейшем исполнении выглядит как высокая емкость, имеющая цилиндрическое или квадратное сечение и несколько расположенных на разной высоте от основания патрубков. Его объем может быть в пределах от 200 до3000 литров, при этом наиболее востребованы изделия на 0,3 – 2,0 кубометра.

Перечень вариантов выпускаемого для отопления теплового аккумулятора и присущих ему опций следующий:

1. Количество патрубков может составлять от четырех до нескольких десятков. Это обстоятельство зависит от конфигурации теплоснабжающей системы и числа независимых отопительных контуров.
2. Накопительный бак бывает теплоизолированным. Нанесение 5 — 10-сантиметровым слоем вспененного пенополиуретана способно многократно понизить потери тепла в случаях, когда устройство установлено вне отапливаемого помещения. Даже когда бак смонтирован в доме, теплоизоляция ему не будет помехой. Дело в том, что устройство объемом 0,3 — 2 кубометра отдает значительное количество тепла.
3. Для изготовления стенок используют как черную, так и нержавеющую сталь. Срок эксплуатации бака во втором случае будет больше, но и стоимость станет выше. Кстати, находясь в закрытой системе, вода приобретает химическую инертность, в результате чего коррозийный процесс у такого металла как черная сталь значительно замедляется.
4. Накопительный бак для отопления может иметь несколько внутренних горизонтально расположенных перегородок, которые разделяют его на сообщающиеся секции. На устройстве также бывают фланцы для установки трубчатых электрических нагревателей. Если они обладают достаточной производительностью, гидроаккумулятор для систем теплоснабжения сможет выполнять функцию полноценного электрокотла.
5. Емкость, аккумулирующую тепло, иногда оснащают теплообменником для нагрева питьевой воды, функцию которого может выполнять накопительный бак, находящийся внутри основной емкости, а также пластинчатый проточный элемент. Затраты на подогрев жидкости в данном случае по сравнению с количеством тепловой энергии, аккумулированной баком, будут незначительными.
6. В нижней части теплового аккумулятора также может находиться дополнительный теплообменник, предназначенный для подсоединения солнечного коллектора. Его устанавливают исключительно внизу, поскольку так обеспечивается максимально высокая теплоотдача от коллектора даже при незначительной его эффективности.

Отзывы о бытовых теплоаккумуляторах для котлов: преимущества и недостатки

Рейтинг теплоаккумуляторов

Производители выпускают буферные емкости разных типов. На рынке представлены простые модели с пустотелой конструкцией, устройства с одним или двумя теплообменниками, встроенными бойлерами. Наша команда VyborExperta.ru проанализировала теплоаккумуляторы для системы отопления ведущих производителей.

Изучались надежность, ремонтопригодность, устойчивость к внешним воздействиям. Эксперты проверяли функциональность, эффективность теплоизоляции, соответствие технических характеристик паспортным данным. Учитывались отзывы владельцев, мнения теплотехников, доступность сервисного обслуживания.

Особое внимание мы уделили следующим параметрам оборудования:

• Объем емкости – чем больше теплопотери в доме и ниже КПД котла, тем больше потребуется теплоносителя;
• Максимальная и рабочая температура нагрева – от этих показателей зависит экономичность работы котла;
• Максимально допустимое давление в системе – рекомендуемое давление в системе отопления небольшого загородного дома и роскошного особняка в 2-3 уровня имеет разные значение. Характеристики аккумулятора должны соответствовать этим показателям;
• Габариты оборудования – от параметров емкости зависит возможность установки тепловой техники в домашней котельной;
• Наличие теплообменника – улучшает общее КПД системы;
• Используемые материалы – зависит вес буферной емкости, устойчивость к коррозии и перепадам температур.

Не все теплоаккумуляторы соответствовали требованиям, которые предъявляются к надежной тепловой технике. Отсутствие защиты от перегрева, высокий коэффициент теплопотерь, слабая теплоизоляция, непродолжительный срок гарантии – оборудование с такими характеристиками исключалось из рейтинга.

Как выбрать буферную емкость

Расчет минимально необходимого объема

Наиболее важным параметром, с которым стоит определиться сразу – объем емкости. Он должен быть как можно большим для максимизации эффективности, но до определенного порога, чтобы мощности котла хватало для его «заряда».

Расчет объема буферной емкости для твердотопливного котла производится по формуле:

m = Q / (k*c*Δt)

• где, m – масса теплоносителя, после расчета ее не сложно перевести в литры (1 кг воды ~ 1 дм3);
• Q – необходимое к-во тепла, рассчитывается как: мощность котла * период его активности — теплопотери дома * период активности котла;
• k – КПД котла;
• c – удельная теплоемкость теплоносителя (для воды это известная величина – 4,19 кДж/кг*°C = 1,16 кВт/м3*°С);
• Δt – разница температур в трубах подачи и обратки котла, снимаются показатели при установившейся работе системы.

Например, для среднестатистического дома с кладкой в 2 кирпича площадью 100 м2 теплопотери, грубо, составляют 10 кВт/час. Соответственно, необходимое количество тепла (Q) для поддержания баланса = 10 кВт. Дом отапливается котлом мощностью 14 кВт и КПД 88%, дрова в котором прогорают за 3 часа (период активности котла). Температура в трубе подачи – 85°C, а в обратке – 50°C.

Сначала нужно рассчитать необходимое к-во тепла.

Q = 14*3-10*3 = 12 кВт.

В итоге m = 12 / 0,88*1,16*(85-50) = 0,336 т = 0,336 кубометра или 336 литров. Это минимально необходимый объем буферной емкости. При такой вместимости, после прогорания закладки (3ч), теплоаккумулятор накопит и распределит далее 12 кВт тепла. Для дома из примера это более 1 дополнительного часа теплых батарей на одной закладке.

Соответственно, показатели зависят от качества топлива, чистоты теплоносителя, точности исходных данных, поэтому на практике результат может отличаться на 10-15%.

Калькулятор расчета минимально необходимой емкости теплоаккумулятора

Количество теплообменников

Медные внутренние теплообменники накопительного бака.
После подбора объема, второе, на что стоит обратить внимание – наличие теплообменников и их количество. Выбор зависит от желаний, требований к СО и схемы подключения бака. Для самой простой системы отопления достаточно пустой модели без теплообменников.

Однако если в контуре отопления планируется естественная циркуляция, нужен дополнительный теплообменник, поскольку малый контур котла может функционировать лишь при принудительной циркуляции. Давление в таком случае выше, чем в отопительном контуре с естественной циркуляцией. Для обеспечения ГВС или подключения теплых полов также потребуются дополнительные теплообменники.

Максимально допустимое давление

При выборе буферной емкости с дополнительным теплообменником, следует обратить на максимально допустимое рабочее давление, которое должно быть не ниже, чем в любом из контуров отопления. Бак моделей без теплообменников в большинстве случаев рассчитаны на внутреннее давление до 6 бар, чего более чем достаточно для среднестатистической СО.

Материал внутренней емкости

На данный момент существует 2 варианта изготовления внутреннего бака:

• мягкая углеродистая сталь – покрыта непромокаемым антикоррозийным покрытием, имеет более низкую себестоимость, используется в недорогих моделях;
• нержавеющая сталь – более дорогая, но более надежная и долговечная.

Некоторые производители также устанавливают в емкости дополнительные средства защиты стенок. Чаще всего это, например, магниевый аноидный стержень по центру бака, обеспечивающий защиту стенок бака и теплообменников от нарастания слоя твердых солей. Однако такие элементы нуждаются в периодической очистке.

Другие критерии выбора

После определения с основными техническими критериями, можно обратить внимание на дополнительные параметры, повышающие эффективность и комфорт от использования:

• возможность подключения ТЭН для дополнительного подогрева от электросети, а также дополнительных контрольно-измерительных приборов, которые монтируются резьбовым или муфтовым (но ни в коем случае не сварным) соединением;
• наличие слоя теплоизоляции – в более дорогих моделях теплоаккумуляторов между внутренним баком и наружной оболочкой имеется слой теплоизолирующего материала, способствующий еще более долгому сохранению тепла (вплоть до 4-5 дней);
• вес и габариты – все вышеперечисленные параметры влияют на вес и размеры буферной емкости, поэтому стоит за ранее определиться как она будет заноситься в котельную.

Расчет

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

Формула:

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

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

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

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

Для периодической работы котла в течение суток

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

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

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

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

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

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

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Sunsystem PS 200

Стандартный недорогой теплоаккумулятор, отлично подходящий для твердотопливного котла в небольшом частном доме площадью до 100-120 м2. По устройству это обычный бак, без теплообменников. Объем емкости – 200 л при максимально допустимом давлении 3 бар. За небольшую стоимость модель имеет 50 мм слой полиуретановой теплоизоляции, возможность подключения ТЭН.

Hajdu AQ PT 500 C

Одна из лучших за свою цену моделей буферных емкостей, оснащена одним встроенным теплообменником. Объем – 500 л, допустимое давление – 3 бар. Отличный вариант для дома площадью 150-300 м2 с большим запасом мощности твердотопливного котла. В линейке имеются модели разных объемов.

Начиная с объема 500 л модели (опционально) оснащаются слоем полиуретановой термоизоляции + кожухом из искусственной кожи. Возможна установка ТЭН. Модель известна исключительно положительными отзывами владельцев, надежностью и долговечностью. Страна-производитель: Венгрия.

S-TANK AT PRESTIGE 300

Еще одна недорогая буферная емкость объемом 300 л. По конструкции представляет из себя накопительный бак без дополнительных теплообменников с максимально допустимым рабочим давлением 6 бар. Внутренние стенки, как и в предыдущих случаях, исполнены из углеродистой стали. Главным отличием является существенный, экологически чистый слой теплоизоляции из полиэфирного материала по технологии NOFIRE, т.е. высокого класса термо- и огнестойкости. Страна-производитель: Беларусь

ACV (АЦВ) LCA 750 1 CO TP

Производительная дорогостоящая буферная емкость объемом 750 л с дополнительным трубчатым теплообменником для ГВС, предназначенная для котлов с большим запасом мощности.

Внутренние стенки покрыты защитной эмалью, имеется высококачественный 100 мм слой теплоизоляции. Внутри бака установлен магниевый анод, предотвращающий накопление слоя твердых солей (в комплекте имеется 3 запасных анода). Возможна установка ТЭН и дополнительных контрольно-измерительных приборов. Страна-производитель: Бельгия.

Самодельный теплоаккумулятор: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления

У народных умельцев усовершенствование системы отопления последнее время становится одной из самых популярных тем. В качестве материала для теплоаккумулятора используются металлические 200 литровые бочки, емкости для технических жидкостей и даже готовые решения – бочки со списанных пожарных машин и армейских водомаслогреек. При этом последние варианты считаются наиболее предпочтительными – емкости уже имеют теплоизоляцию и достаточный объем. Так, с пожарной машины АЦ-40 резервуар имеет емкость 1,5 тонны, армейский прицеп вмещает 1 тонну воды.

При проектировании используются разные методы расчета, но наиболее быстрый и простой это использование онлайн калькулятора, в который достаточно просто подставить запрашиваемые показатели.

Вместе с тем, несмотря на кажущуюся простоту для правильного расчета и установки теплового аккумулятора для твердотопливного котла также важно правильно подобрать и другое оборудование – насосы, клапаны, краны, управляющее электронное устройство.

Цены: итоговая таблица

Схемы обвязки и подключения

В качестве дополнительного источника тепла, например, вместо электрокотла, может использоваться трубчатый электронагреватель (ТЭН). В большинстве современных моделей уже предусмотрена его установка посредством фланцевого или муфтового крепления. Установив в соответстсвующий патрубок ТЭН можно частично заменить электрический котел или лишний раз обойтись без растопки твердотопливного котла.

Важно понимать, что это упрощенные, не полные схемы подключения. Для обеспечения контроля, учета и безопасности системы, на подаче котла устанавливается группа безопасности. Кроме того, важно позаботиться о работе СО в случае отключения электроснабжения, т.к. для питания циркуляционного насоса недостаточно энергии вырабатываемой термопарой энергонезависимых котлов. Отсутствие циркуляции теплоносителя и скоплении тепла в теплообменнике котла с высокой вероятностью приведет к разрыву контура и аварийному опорожнению системы, не исключено прогорание котла.

Поэтому в целях безопасности, необходимо позаботиться об обеспечении работы системы по крайней мере до полного прогорания закладки. Для этого используется генератор, мощность которого подбирается в зависимости от характеристик котла и длительности горения 1 закладки топлива.

Какой теплоаккумулятор лучше

Буферная емкость должна занимать мало места, полностью соответствовать по своим техническим характеристикам параметрам котла. Оборудование не должно иметь сложную систему подключения. Теплоизоляция лучшего оборудования полностью соответствует требованиям пожарной безопасности и позитивно действует на КПД системы обогрева, не позволяет обжечь руку при случайном касании. Такая накопительная емкость поможет снизить ежегодные расходы на топливо на 30-50%.

Наши эксперты проанализировали предложения лучших мировых производителей и, в зависимости от особенностей эксплуатации, рекомендуют следующие модели термоаккумуляторов:

• Hajdu AQ PT6 500 – компактная модель для небольшого загородного дома;
• S-Tank Hfwt Duo -1000 – практичная емкость для системы отопления особняка;
• Electricboiler Heat Tank – накопитель для небольшого производственного предприятия4
• Oso Accu АS – компактный теплоаккумулятор для дачного домика.

Какой должна быть буферная емкость, способный ежедневно поддерживать тепло и комфорт в доме, оберегать котел от перегрева на протяжении долгой зимы? Только лучшие накопители с хорошей термоизоляцией могут справиться с поставленной задачей.