Буферная емкость для твердотопливного котла своими руками

От того, насколько правильно сделана обвязка твердотопливного котла, зависит эффективность его дальнейшей работы и срок службы. В этом отношении дровяные и угольные теплогенераторы отличаются от всех прочих и требуют особого подхода к вопросу.

Устройство теплового агрегата

В настоящее время тепловой аккумулятор представляет собой довольно сложную конструкцию. Более простой агрегат по своему устройству напоминает термос. В его конструкцию входят следующие элементы:

  • внутренний бак;
  • внешняя обшивка;
  • утеплитель.

Внутренний бак имеет четыре патрубка: два соединяют с твердотопливным котлом, два — с контуром системы отопления. В верхней части резервуара устанавливают предохранительный клапан для сброса лишнего давления.

В низшей точке бака находится кран для слива жидкости. В схему обвязки встроены два циркулирующих насоса, которые осуществляют движение теплоносителя под определенным давлением.

В общей схеме системы отопления агрегат занимает место непосредственно между котлом и радиаторами.

Если он отсутствует, то для того чтобы процесс проходил равномерно, необходимо постоянно подкладывать дрова в топку. Иногда эту процедуру невозможно выполнить вследствие конструктивных особенностей котлов.

В чем отличие твердотопливных котлов

Помимо того, что эти источники тепла производят тепловую энергию, сжигая различные виды твердого топлива, они имеют ряд других отличий от других теплогенераторов. Эти отличия как раз и являются следствием сжигания древесины, их надо воспринимать как данность и всегда учитывать при подсоединении котла к системе водяного отопления. Особенности заключаются вот в чем:

  1. Высокая инерционность. На данный момент не существует способов резко потушить разгоревшееся твердое топливо в камере сжигания.
  2. Образование конденсата в топливнике. Особенность проявляется во время поступления в котловой бак теплоносителя с низкой температурой (ниже 50 °С).

Примечание. Явление инерционности отсутствует только у одного вида агрегатов на твердом топливе – пеллетных котлов. В них имеется горелка, куда древесные гранулы подаются дозировано, после прекращения подачи пламя угасает почти сразу же.

Опасность инерционности состоит в возможном перегреве водяной рубашки отопителя, вследствие чего теплоноситель в ней вскипает. Образуется пар, который создает высокое давление, разрывающее корпус агрегата и часть подающего трубопровода. Как результат, в помещении топочной много воды, куча пара и непригодный к дальнейшей эксплуатации твердотопливный котел.

Подобная ситуация может возникнуть, когда обвязка теплогенератора выполнена неправильно. Ведь на самом деле нормальный режим работы дровяных котлов – максимальный, именно в это время агрегат выходит на свой паспортный КПД. Когда термостат реагирует на достижение теплоносителем температуры 85 °С и прикрывает воздушную заслонку, горение и тление в топке еще продолжается. Температура воды повышается еще на 2—4 °С, а то и больше, прежде чем ее рост остановится.

Во избежание превышения давления и последующей аварии, в обвязке твердотопливного котла всегда участвует важный элемент – группа безопасности, подробнее о ней будет сказано ниже.

Другая неприятная особенность работы агрегата на дровах – появление конденсата на внутренних стенках топливника из-за прохождения через водяную рубашку еще не разогретого теплоносителя. Этот конденсат – вовсе не божья роса, поскольку представляет собой агрессивную жидкость, от которой быстро корродируют стальные стенки камеры сжигания. Потом смешавшись с пеплом, конденсат превращается в липкую субстанцию, отодрать ее от поверхности не так легко. Проблема решается установкой смесительного узла в схему обвязки твердотопливного котла.

Такой налет служит теплоизолятором и снижает КПД твердотопливного котла

Владельцам теплогенераторов с чугунными теплообменниками, не боящимися коррозии, рано вздыхать с облегчением. Их может ожидать другая беда – возможность разрушения чугуна от температурного шока. Представьте, что в частном доме на 20—30 минут отключили электроэнергию и циркуляционный насос, прогоняющий воду через твердотопливный котел, остановился. За это время вода в радиаторах успевает остыть, а в теплообменнике – нагреться (из-за той же инерционности).

Появляется электричество, включается насос и направляет в разогретый котел остывший теплоноситель из закрытой системы отопления. От резкого перепада температур у теплообменника случается температурный шок, чугунная секция дает трещину, на пол бежит вода. Отремонтировать весьма сложно, заменить секцию удается не всегда. Так что и при таком раскладе узел подмеса предотвратит аварию, о чем будет сказано далее.

Читайте также:  Бойлер своими руками: как сделать накопительный водонагреватель

Аварийные ситуации и их последствия описаны не с целью напугать пользователей твердотопливных котлов или побудить их к покупкам ненужных элементов схем обвязки. Описание основано на практическом опыте, который необходимо учитывать всегда. При правильном подключении теплового агрегата вероятность подобных последствий чрезвычайно низка, почти такая же, как у теплогенераторов на других видах топлива.

Что такое теплоаккумулятор?

О том, как смонтировать теплоаккумулятор, мы и расскажем в следующих строках. Однако поначалу давайте разберёмся, что представляет собой описываемый агрегат, предназначенный для твердотопливного котла. Всё просто: это ёмкость, сберегающая тепловую энергию котла за счёт сбора определённого количества теплоносителя. Установка такого элемента системы решает сразу несколько задач:

  • повышает эффективность отопления — при полной остановке котельного оборудования эта ёмкость пополняет контур обогрева новыми дозами горячей воды,
  • помогает сэкономить твёрдое топливо — за счёт наличия в системе теплоаккумулятора котёл можно не топить ночью,
  • продлевает жизнь всей системы,
  • предотвращает перегрев отопительного контура, принимая излишки тепла на себя,
  • допускает возможность объединения внутри себя альтернативных источников энергии, таких, как тэны от солнечных батарей.

    Схема с теплоаккумулятором

По сути, устройство описываемой ёмкости несложное, при желании легко изготовить теплоаккумулятор исключительно своими руками. Его конструкция, собственно, включает такие элементы:

  • сама ёмкость,
  • утеплитель всего корпуса,
  • входной патрубок-ввод,
  • выходной патрубок-вывод,
  • внутренние змеевики.

Последний элемент — змеевик — имеется, в основном, у покупных тепловых аккумуляторов, изготавливаемых на производстве. То есть, у такого оборудования теплоноситель курсирует по многочисленным трубчатым змеевикам внутри сухой ёмкости. А теплоаккумулятор, который легко сделать своими руками — это просто пустотелый бак без змеевиков. Именно внутри этой ёмкости и хранится собранный теплоноситель. Из данных строк ясно, что существует два вида описываемых агрегатов:

  • ёмкость со змеевиками внутри, предназначенными для сбережения теплового агента,
  • простейший теплоаккумулятор в виде бочки для сбережения теплоносителя.
Что такое теплоаккумулятор?

Теперь должен быть понятен принцип работы аккумулирующего агрегата для твердотопливного котла. При работе оборудования на жёстком горючем теплоаккумулятор пополняется горячей водой. При отключении котла, эта вода подпитывает систему отопления. 

Также легко выявить преимущества и недостатки двух указанных нами видов сберегающих устройств. Если тепловой аккумулятор выполнен со змеевиками, то

  • увеличивается период сохранности тепла,
  • увеличивается общая эффективность системы,
  • однако, такой агрегат невозможно сделать в домашних условиях.

Если же тепловой аккумулятор выполнен без змеевиков, по принципу хранения теплоносителя в бочке, то

  • он очень легко изготавливается своими руками, достаточно иметь минимум средств и подходящую ёмкость,
  • но у него небольшой КПД.

Далее рассмотрим, как сделать такой теплоаккумулятор для твердотопливного котла из простого металлического цилиндра.

Конструктивные особенности теплонакопителя

Конструктивные особенности теплонакопителя

Чертеж бака-аккумулятора

Основным элементом любого ТА является термоаккумулирующий материал, обладающий высокой теплоемкостью.

Конструктивные особенности теплонакопителя

В зависимости от вида применяемого материала теплоаккумуляторы для котла могут быть:

  • твердотельные;
  • жидкостные;
  • паровые;
  • термохимические;
  • с дополнительным нагревательным элементом и т.д.
Конструктивные особенности теплонакопителя

Для отопления и горячего водоснабжения частных домов применяются бак-аккумуляторы горячей воды, где в качестве термоаккумулирующего элемента выступает именно вода, обладающая высокой удельной теплоемкостью.

Вместо воды иногда используют антифриз, предназначенный для систем отопления дома.

Конструктивные особенности теплонакопителя

Примером водяного ТА с дополнительным электронагревательным элементом для системы горячего водоснабжения может служить современный накопительный водонагреватель.

Обычный аккумулятор тепловой энергии представляет собой герметичный металлический бак различного объема (от 200 до 5000 литров и более), как правило, цилиндрической формы, заключенный в наружную оболочку (корпус).

Конструктивные особенности теплонакопителя

Между баком и внешней оболочкой находится утепляющий слой из теплоизолирующего материала.

В верхней и нижней частью бака имеются по два патрубка для подключения к отопительному котлу и к самой системе отопления.

Конструктивные особенности теплонакопителя

В донной части обычно находится дренажный кран для слива жидкости, а сверху располагается предохранительный клапан для автоматического стравливания воздуха при повышении давления внутри буферного бака. Также могут иметься фланцы для подключения датчиков давления и температуры (термометра).

Трубчатые электронагреватели

Конструктивные особенности теплонакопителя

Иногда внутри буферной емкости может быть установлен один или несколько дополнительных нагревателей различного типа:

  • электронагреватель (ТЭН);
  • и/или теплообменник (змеевик), подключаемый к дополнительным источникам тепла (солнечные коллекторы, тепловые насосы и пр.).
Конструктивные особенности теплонакопителя

Основной задачей этих нагревателей является поддержание необходимой температуры нагрева рабочей жидкости внутри ТА.

Также внутри бака может располагаться теплообменник ГВС, обеспечивающий подачу горячей воды за счет ее нагрева рабочей жидкостью системы отопления.

Конструктивные особенности теплонакопителя

Преимущества и недостатки агрегатов

К преимуществам теплоаккумулирующих ёмкостей можно отнести:

  • возможность накопления тепла во время работы котла и последующей отдачи энергии при его отключении;
  • защиту отопительной системы от перегрева;
  • способность соединить в одну схему несколько тепловых агрегатов, работающих на различных видах энергии;
  • значительное повышение КПД котлов за счёт возможности их эксплуатации при повышенных температурах (как известно, в таком режиме происходит минимум потерь от преобразования энергии из одного состояния в другое);
  • уменьшение числа загрузок твердотопливного котла и равномерное временное распределение тепла при его работе;
  • возможность подключения контура горячего водоснабжения.

К явным недостаткам буферного аккумулятора относится его громоздкая конструкция и увеличение стоимости отопительной системы, связанное с необходимостью покупки и монтажа дополнительного оборудования.

Особенности обвязки

Как сделать обвязку котла на твердом топливе? Правила, которые рекомендуется соблюдать: дельта температур подачи и обратки – в пределах 20 градусов. Увеличение разницы приведет к образованию конденсата в корпусе.

Конденсат ускоряет коррозию металлических частей.

Давление тоже должно находиться в рамках допустимых значений. Для контроля обоих параметров в схему должны быть включены соответствующие приборы (автоматика для котлов отопления).

Предпочтительный тип циркуляции – принудительная. Этот вариант проще в монтаже и предоставляет больше возможностей для контроля. В пользу естественной циркуляции говорит только энергонезависимость: нет насоса, а приборы контроля можно использовать автоматические, без подключения к электросети.

Минусы:

  • сложности с соблюдением температур в разных участках контура;
  • сечение труб должно быть больше. Т.к. вода движется не под напором, а под действием силы гравитации, скорость движения низкая. Это можно отчасти компенсировать увеличением количества теплоносителя;
  • трубы должны располагаться под выдержанным уклоном в сторону отопительных приборов, иначе гравитация работать не будет.

Такой способ приемлем только для систем с одним контуром, небольшим по протяженности, в одноэтажных постройках. Иначе часть отопительных приборов останется холодной: теплоноситель будет поступать туда уже остывшим.

Количество запорной арматуры нужно свести к минимуму – это дополнительные препятствия на пути теплоносителя. Расширительный бачок – открытый, его устанавливают в самой высокой точке контура.

Особенности твердотопливного котла

Вышеизложенные рекомендации распространяются на любые котлы, независимо от энергоносителя. А как правильно обвязать твердотопливный котел? Есть ряд отличий в работе ТТ-котлов от аналогов на электричестве и газе.

Одно из них: если трубопровод монтировать к котлу напрямую, холодная вода, поступая в теплообменник, будет способствовать образованию конденсата и, соответственно, коррозии стенок либо образованию налета на них (например, если стенки выполнены из нержавейки). Чтобы этого избежать, котел подключают к системе через малый циркуляционный контур с трехходовым клапаном.

Вторая особенность котла на дровах – инерционность. В отличие от газовых агрегатов, горение нельзя остановить мгновенно. Оно будет продолжаться, пока не прогорит закладка или не выгорит весь воздух в камере (подача перекрывается специальным клапаном, но какое-то количество остается).

Теплоноситель при этом продолжает греться. Чтобы вода в рубашке не вскипала (это чревато аварией), в группе безопасности должен быть сбросный клапан, настроенный на критическое давление.

Теплоаккумулятор

Схема обвязки твердотопливного котла с баком-аккумулятором функционирует с подмешиванием жидкости. Вода из теплообменника проходит через бойлер.

При достижении заданной температуры в контур начинает подмешиваться холодный теплоноситель из бака, а в самом баке объем восполняется за счет разогретого теплоносителя из теплообменника котла. При остановке насоса бак переходит в буферный режим.

Такая схема имеет смысл при постоянном отоплении. Она часто используется в коттеджах с круглогодичным проживанием.

В тех случаях, когда необходим разовый и быстрый нагрев, теплоаккумулятор не просто не нужен, он мешает – увеличивает инерцию системы.

А может Вам нужны котлы пиролизные твердотопливные?

Видео о схеме обвязки твердотопливного котла отопления.

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.

Теплоаккумулятор – емкость, в которой можно накопить теплоноситель с излишками тепла, вырабатываемыми при использовании твердотопливного котла, солнечных коллекторов или любого другого источника. Далее эту энергию можно использовать для отопления или нагрева горячей воды, когда источники неактивны. Более подробно о этих емкостях, схемах подключения и особенностях вы можете прочитать здесь.

Что бы теплоаккумулятор правильно и эффективно работал необходимо рассчитать его объем. В противном случаи, при недостаточном объеме, часть тепла будет теряться и КПД вашей системы отопления будет ниже. При значительно большем объеме, чем нужно, вы потратите лишние деньги на само оборудование, а температура в емкости будет немного ниже. Что бы избежать этих проблем можно воспользоваться формулой расчета емкости или нашим онлайн калькулятором.

Нюансы установки твердотопливного котла

В правильную схему подключения обязательно включается защита и трехходовой клапан. Именно благодаря этим элементам обеспечивается функциональной отопительной системы. Также предусматривается расширительный бак, датчик температуры, система с пластиковыми трубами.

Расширительный бак можно врезать в разных местах в зависимости от системы отопления. Наиболее популярные котлы «Купер», «Корди», «Теплодар», «Будерус».

Любой котел монтируется по заранее созданной схеме. Схема может быть с теплоаккумулятором, бойлером, гидрострелкой. Смесительный узел на проекте не указан, но обязательно предусматривается.

Примечательно, что индукционный котел отопления показывает высокую эффективность работы в системах автоматизированного теплоснабжения. Более подробно ознакомиться с конструкцией котла можно на странице: -doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/induktsionnyj-kotel-otopleniya

Настройка работы узла подмеса:

  1. Твердое топливо начинает разгораться, насос в рабочем режиме, клапан со стороны отопления закрыт. Жидкость передвигается по малому обороту через байпас.
  2. Температура на обратки повышается. Термоголовка по команде выносного датчика нажимает на шток клапана.
  3. При открытии клапана холодная вода просачивается в котел.
  4. При повышении температуры клапан полностью перекрывает бойпас.

Данный метод обвязки достаточно простой и позволяет легко соединить все детали. Но есть определенные правила на счет обвязки электрического дровяного котла полипропиленом или другим пластиком. От пиролизного котла до группы безопасности обязательно происходит монтаж металлическими трубами.

Дополнительные патрубки (теплоаккумулятор)

Датчик температуры – необходимый элемент для автоматизации подачи тепла из теплоаккумулятора в отопительную систему.

Группа безопасности – сбрасывает избыточное давление, возникшее из-за сбоев в работе отопительной системы. Это предотвращает разрыв емкости теплоаккумулятора. Группа безопасности состоит из автоматического воздухоотводчика, манометра (измеряет давление) и сбросного клапана.

Тэн (трубчатый электронагреватель) – резервный источник тепловой энергии. Поддерживает заданную температуру в отопительной системе при затухании котла.

Фланец – применяется для монтажа фланцевого электрического нагревательного элемента. Также во многих изделиях встречается ревизионный фланец для техобслуживания теплообменника. Некоторые модели позволяют дополнительно установить до 3 фланцев.

Также в теплоаккумуляторе предусматриваются патрубки воздухоотвода и для слива теплоносителя.

Преимущества и недостатки буферной емкости

Буферная емкость для котла

К основным преимуществам системы отопления с тепловым аккумулятором относятся:

  • максимально возможное увеличение КПД твердотопливного котла и всей системы при одновременной экономии энергоресурсов;
  • обеспечение защиты котла и другого оборудования от перегрева;
  • удобство пользования котлом, позволяющее осуществлять его загрузку в любое время;
  • автоматизация работы котла за счет применения датчиков температуры;
  • возможность подключения к ТА нескольких различных источников тепла (например, двух котлов различных типов), обеспечивая их объединение в один контур отопительной системы;
  • обеспечение стабильной температуры во всех комнатах дома;
  • возможность обеспечения дома ГВС без использования дополнительных водонагревающих устройств.

К недостаткам аккумуляторов тепла для системы отопления можно отнести:

  • повышенную инерционность системы (с момента розжига котла до выхода системы на рабочий режим проходит гораздо больше времени);
  • необходимость установки ТА вблизи отопительного котла, для чего в доме требуется отдельное помещение необходимой площади;
  • большие габариты и вес, обуславливающие сложность его транспортировки и монтажа;
  • достаточно высокую стоимость промышленно выпускаемых ТА (в некоторых случаях его цена, в зависимости от параметров, может превышать стоимость самого котла).

Интересное решение: теплоаккумулятор в интерьере дома.

В случае с электрокотлом, ТА включается на полную мощность ночью, когда тарифы на электроэнергию значительно ниже. Днем, когда котел отключен, обогрев помещений осуществляется за счет тепла, накопленного за ночь.

Для газовых котлов экономия достигается за счет попеременного использования самого котла и ТА. При этом газовая горелка включается гораздо реже, что обеспечивает меньший расход газа.

Нежелательна установка теплонакопителя в отопительных системах, где требуется быстрый и или кратковременный нагрев помещения, так как этому будет мешать повышенная инерционность системы.