Как рассчитать буферную емкость для твердотопливного котла

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.

Что такое буферная емкость

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:

  1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
  2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
  3. 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, понадобится 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.
Читайте также:  Как пересадить красную смородину осенью

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:

  1. При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
  2. 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.

« Ноябрь 2019
Пн. Вт. Ср. Чт. Пт. Сб. Вс.
1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30

Дом в Испании

Недалеко от Барселоны можно увидеть стильный дом, в который интегрированы современные технологии для снижения потребления энергии

Лазерный дальномер Maka

Лазерные измерительные приборы все более популярны и востребованы при производстве строительно-ремонтных работ. Во-первых, значительно возрастает точность.

Система контроля протечек

Утечка воды в квартире – довольно неприятное событие. Причем не только для Вашего помещения, но и для соседей снизу. Хотя случается и наоборот.

Читайте также:  Как влияет на здоровье натяжной потолок

Трубы для водяного теплого пола

Водяные системы “Теплый пол” очень популярны у владельцев частных домов и коттеджей. Это обусловлено тем, что такое тепло обходиться.

New PVC profile KBE

As has been repeatedly pointed out, modern PVC windows are a complex and reliable design. And what would this «reliability» You did.

Кровля ICOPAL 3D

Все течет и все меняется.… Эта фраза вполне применима и для кровельных материалов. На сегодняшний день кровля на любой вкус, цвет и.

Пластиковые окна VEKA

Решили купить пластиковые окна? Идея отличная и теперь остается определиться с выбором. И как показывает практика, покупатель в первую очередь выбирает.

Дом из клееного бруса

Клееный брус – популярный строительный материал, который отличается экологичностью и высокими технологическими показателями. Дома возведенные.

Строительство коттеджей

Построить свой дом — мечта многих наших граждан. Но, строительство коттеджа или загородного дома сопряжено не только с большими материальными расходами.

Деревянный дом под ключ

Строительство деревянных домов “под ключ” с каждым годом становится все популярнее. И тому есть объективные причины. Самая.

Блок-хаус

Блок-хаус – это популярный отделочный материал, довольно привлекательный внешне, практичный и универсальный. Поверхность, облицованная блок-хаусом.

Русский дом из бруса

Загородные дома из бруса в традиционно русском стиле – отличная альтернатива современным коттеджам из блоков и кирпича. А если внутренние удобства.

Легкие фундаментные блоки

Легкие фундаментные блоки – отличный вариант основания при строительстве таких объектов, как каркасно-щитовые дома, дома из бруса.

Финские деревянные дома

Деревянные дома из бруса предлагает компания POLAR LIFE HAUS. Она имеет 100-летний опыт в деревообработке и в настоящее время занимается строительством.

Фиброцементный сайдинг CEDRAL

Большинство из нас понятие сайдинг отождествляет с винилом. Однако с развитием строительных технологий, появляются новые отделочные.

Champion replacement windows

It’s time to think about replacing them with modern windows. Champion replacement windows — just those windows that give a number of advantages over.

Полотенцесушитель MARGAROLI

MARGAROLI — качество и элегантность Полотенцесушитель в ванной выполняет две функции: во-первых, сушит полотенца и одежду, а во-вторых, он играет.

Мягкая черепица IKO

Мягкая черепица IKO Гибкая черепица IKO отождествляется с гарантией качества, проверенного временем и практикой. Давно стало аксиомой &ndash.

Мягкая кровля GAF

Мягкая кровля GAF Битумная черепица американской корпорации GAF Materials Corporation является флагманом кровельной продукции.

Гибкая черепица SHINGLAS

Гибкая черепица SHINGLAS – гармония цены и функциональности Гибкая черепица SHINGLAS — это как раз тот кровельный материал.

Статьи » Отопление и ГВС

Буферная емкость – от теории к практике

Расчет мощности котла и буферной емкости.

Твердотопливные котлы на сегодняшний день ничуть не потеряли своей популярности, но все же, как производители не стараются, но от необходимости регулярно подбрасывать в топку “дровишки” никуда не уйти. Но что бы бегать к котлу реже можно смонтировать в котельной буферную емкость. Что это такое, как она устроена и схема включения, рассказано в статье “ буферная емкость в системе отопления” . Но если читать лень, то начнем с повторения:

Буферная емкость – это очень большой “термос” для аккумуляции тепловых запасов, которые по мере необходимости отдаются в радиаторы системы отопления.

Ощутимый эффект от буферной емкости в домах отапливаемых при помощи электрических котлов и солнечных батарей. Хотя с не меньшим успехом ее применяют и с твердотопливными либо газогенераторными котлами. В таком сочетании не только экономиться топливо, но и емкость работает как система безопасности. С газогенераторным котлом и буферной емкостью можно получить максимальный эффект, причем, чем больше буферная емкость, тем реже надо топить котел. Во время простоя котла, тепло в радиаторах сохраняется за счет теплоносителя буферной емкости. Максимальный объем емкости ограничивается мощностью котла. Правильным подбором котла и емкости можно достичь максимального КПД (до 96%) и минимального расхода топлива. Кроме того минимум времени на обслуживание и максимум комфорта!

Если рассмотреть котел мощностью 20 кВт, то примерно такую же мощность при температуре воды 80 градусов отдают 120 ребер алюминиевых радиаторов. Объем воды в них составит порядка 60 литров, а учитывая воду в котле, трубопроводе, расширительном баке получиться около 100 литров. А если установить 500 литровую буферную емкость, то общее количество воды составит 600 литров. Естественно, что 600 литров будет остывать медленнее, чем 100 литров, где то в 6 раз. В таком случае, после остановки котла снижение температуры Вы ощутите не через 3 часа, а через 18-ть. При более мощном котле (25 кВт) и буферной емкости до 2000 литров это время можно увеличить от суток и более.

Расчет мощности котла и объема буферной емкости.

Что бы оптимально рассчитать необходимые мощность и объемы, следует разобраться с таким понятием, как интенсивность теплопотерь. Для этого рассмотрим среднестатистическое отапливаемое строение площадью 200 квадратных метров. Сразу уточним, что приведенные данные – примерные, а для точного расчета необходимо присутствие специалиста и данные о материалах, из которых построен дом, используемые утеплители, количество и размер окон и др. Исходим из того, что при температуре 20 градусов, теплопотери будут нулевые. При понижении температуры, потери можно выстроить следующим образом :

При + 15 теряем 2 кВт/ч

При + 10 — 4 кВт/ч

При 0 — 8 кВт/ч ….. и так далее со снижением на 2 кВт на каждые 5 градусов.

Исходя из этого нетрудно подсчитать, что при температуре -25 градусов, теплопотери дома составят около 18 кВт/ч. Что бы эти потери восстановить, нужен котел такой же мощности, а в идеале несколько большей. Тем более, что морозы могут достигать и -35 градусов. Так что как минимум необходим котел мощностью 20 кВт.

Стоит отметить, что управлять мощностью твердотопливного котла можно только в очень узких пределах. Тут топливо или горит (20 кВт) или не горит (0кВт). Правда, можно в некоторой степени управлять горением при помощи заслонки уменьшая подачу кислорода, но это незначительно. Будет 15 кВт, но вряд ли меньше. Предположим, что на дворе ранняя осень и котел горит на этом минимуме, то есть выдает минимальные 15 кВт. Температура на улице 0 градусов и дом теряет только 8 кВт. Но топлива Вы все равно сжигаете на 15 кВт! Мало того, что это в два раза больше необходимого, другой вопрос – куда деваются остальные 7 кВт? Тут вариантов не много – это перегретые радиаторы и жара в доме или закипевший котел, что уже не безопасно. Как раз буферная емкость и избавит Вас от лишних киловатт, забрав их “в себя”. Нагретая в котле вода с помощью циркуляционного насоса №1 подается в емкость. Такой же объем воды, только остывшей, поступает обратно в котел. Из верхней части буферной емкости насос №2 подает воду в радиаторы, и точно такой же объем воды, но уже остывшей, возвращается в ее нижнюю часть. Первый насос работает только когда горит котел, а ко второму подключен комнатный термостат, который включает и выключает насос №2 в зависимости от заданной температуры. Так что происходит? Насос №1 передает тепло (нагретую воду) в буферную емкость, а в нашем случае – это 15 кВт. Насос №2 отдает мощность и тепло в радиаторы, тем самым возмещает теплопотери. Допустим, что производительность обеих насосов одинакова. Соответственно, сколько тепла придет в буферную емкость, столько же и уйдет в радиаторы, то есть 15 кВт. Но в нашем примере на дворе температура 0 градусов и теплопотери составляют 8 кВт. Значит, в радиатор поступает слишком много горячей воды и температура в доме растет. Но достигнув заданной термостатом температуры, например 22 градуса, насос № 2 отключится и температура в доме начнет снижаться. Как только она опустится ниже заданного на термостате порога, насос №2 снова включиться и радиаторы опять начнут нагреваться. Так что насос №2 работает с перерывами, но насос №1 – постоянно пока горит котел. Так как производительность насосов одинаковая, то горячей воды в буферную емкость будет поступать больше, чем уходить из нее и температура в ней будет повышаться. Таким образом и происходит аккумулирование тепла. Когда топливо в котле полностью сгорит, то насос №1 тоже выключиться и в буферную емкость уже не будет поступать горячая вода. Но насос №2 будет работать в прежнем режиме, запрограммированном термостатом. Он будет забирать в радиаторы горячую воду, и возвращать остывшую. Естественно, температура в емкости будет падать, но чем больше емкость, тем медленнее и что самое главное, в это время котел можно не топить

Читайте также:  Имя на футболке своими руками

А теперь о практике. На практике Вас может постичь разочарование – необходимые объемы и размеры буферной емкости могут несколько шокировать. Особенно, если у Вас маленькая котельная. В статье “ буферная емкость в системе отопления ” сказано, что идеальный вариант объема буферной емкости высчитывается из соотношения: 50 литров на 1 кВт мощности котла. Так подсчитайте объем емкости для котла, приведенного в примере – 20 кВт? А теперь прикиньте его размеры. Например, самая маленькая фирменная буферная емкость объемом 500 литров, имеет диаметр 0.6 метров (с утеплителем 0.8 м) и высоту 1.8 м. Емкость для 1 тонны воды без утеплителя имеет диаметр 0.8 м и высоту 2 м. Так что если площадь котельной менее 5-ти квадратных метров, то это не для Вас. Для нормального размещения такого оборудования желательно иметь котельную 12 – 15 метров квадратных. Стоимость тоже недетская. Например, заводская буферная емкость зарубежного производителя на 1000 литров обойдется около 1300 долларов. А если учесть материальные затраты на монтажные работы и дополнительное оборудование, то придется раскошелиться на 1500 – 2000 евро. Но, при желании можно найти выход. Использовать емкости отечественных производителей. К тому же многие фирмы могут сварить эту емкость прямо в Вашей котельной. Что самое удобное, — есть возможность изготовить емкость различной формы (цилиндр, прямоугольник) и даже со сложным сечением в виде внутренней перегородки дома, русской печки, лежанки и тд. Кстати некоторые варианты исполнения буферной емкости вполне могут заменить теплые полы и радиаторы. Изготовление на заказ обходиться дешевле, а положительный эффект – не хуже.

Чтобы перейти на сайт теплоаккумуляторов, жмите на картинку ->

Буферная емкость, или теплоаккумулятор, применяется в основном в системах с твердотопливным котлом или с электрическим котлом при работе по двухтарифному счетчику.

(твердотопливный котел 20 кВт)

(твердотопливный котел 20 кВт)

Здесь температура начальная будет 0 С, конечная 70.

Нам нужно Q = 3800*1000*(70-0)=266 МДж=73,8 кВт

Теперь все зависит от мощности вашего котла. Делите полученную Q на мощность и кпд котла и получаете время в часах. Например, котел мощностью 100 кВт и кпд 0,6 нагреет эту емкость за:

t=73.8/100/0.6=1.23 ч = 73,8 мин = 1 ч 14 минут.

Вариант 2. Вы живете в доме. Емкость с водой не успевает остыть ниже комнатной температуры 20 С.

Тогда греть нужно меньше.

Q=4200*1000*(70-20)=210 МДж=58,3 кВт*ч

t=58,3/100/0.6=0.97 ч=58 минут

Вариант 1. Зима, вы не были в доме неделю, приехали на выходные. Температура антифриза в емкости 0 С. Сколько по времени нужно греть теплоаккумулятор?

Здесь температура начальная будет 0 С, конечная 70.

Нам нужно Q = 3800*1000*(70-0)=266 МДж=73,8 кВт

Теперь все зависит от мощности вашего котла. Делите полученную Q на мощность и кпд котла и получаете время в часах. Например, котел мощностью 100 кВт и кпд 0,6 нагреет эту емкость за:

t=73.8/100/0.6=1.23 ч = 73,8 мин = 1 ч 14 минут.

Вариант 2. Вы живете в доме. Емкость с водой не успевает остыть ниже комнатной температуры 20 С.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*