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).

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.

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.

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.

Фото	Устройство буферной емкости	Описание отличительных особенностей
	Стандартная, описанная ранее, буферная емкость с прямым подключением сверху и снизу.	Такие конструкции наиболее дешевые и наиболее часто применяемые. Подходят для стандартных систем отопления, где во всех контурах одинаковое максимально допустимое  рабочее давление, одинаковый теплоноситель, а температура подогреваемой котлом воды не превышает максимально допустимую для радиаторов.
	Буферная емкость с дополнительным внутренним теплообменником (обычно в виде змеевика).	Устройство с дополнительным теплообменником необходимо при более высоком давлении малого контура, которое недопустимо для радиаторов отопления. Если дополнительный теплообменник подключается отдельной парой патрубков, можно подключить дополнительный (второй) источник тепла, например, ТТ котел + электрокотел. Также можно разделить теплоноситель (например: в дополнительном контуре вода; в системе отопления антифриз)
	Накопительный бак с дополнительным контуром и еще одним контуром для ГВС. Теплообменник для горячего водоснабжения изготовлен из сплавов, не нарушающих санитарные нормы и требования к воде, применяемой для приготовления пищи.	Применяется как замена двухконтурному котлу. Кроме того, имеет преимущество в виде практически мгновенной подачи горячей воды, в то время как двухконтурному котлу требуется 15-20 секунд на ее подготовку и доставку до точки потребления.
	Аналогичная предыдущей конструкция, однако теплообменник ГВС выполнен не в виде змеевика, а в виде отдельного внутреннего бака.	Помимо вышеописанных преимуществ, внутренний бак устраняет ограничения в производительности горячей воды. Весь объем бака ГВС может быть использован за неогрниченное одновременное потребление, после чего необходимо время на подогрев. Обычно, объема внутреннего бака хватает как минимум на купание 2-4 человек подряд.

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.

Отзывы о бытовых теплоаккумуляторах для котлов: преимущества и недостатки

Преимущества	Недостатки
Гораздо более эффективное использование твердого топлива, что увеличивает экономию	Система оправдана лишь при постоянном использовании. При непостоянном проживании в доме и растопке, например, лишь на выходные, системе требуется время для нагрева. В случае кратковременной работы эффективность будет сомнительной.
Продление цикла и снижение частоты закладок твердого топлива	Система требует принудительной циркуляции, которая обеспечивается циркуляционным насосом. Соответственно, такая система энергозависима.
Повышение комфорта за счет более стабильной и настраиваемой работы системы отопления	Для обустройства системы отопления с использованием бойлера косвенного нагрева требуются дополнительные средства. Стоимость недорогих буферных емкостей начинается от 25 тыс. рублей + расходы на обеспечение безопасности (генератор на случай отключения электроснабжения и стабилизатор напряжения, иначе при отсутствии циркуляции теплоносителя в лучшем случае может случиться перегрев и прогорание котла).
Возможность обеспечения горячего водоснабжения	Буферная емкость, особенно на 750 и более литров имеет немалые размеры и требует дополнительные 2-4 м2 пространства в котельной.
Возможность подключения нескольких источников тепла, возможность разграничения теплоносителя	Для обеспечения максимальной эффективности, котел должен иметь по крайней мере на 40-60% большую мощность, чем минимально необходимая для отопления дома.
Подключение буферной емкости – процесс несложный, его можно произвести без привлечения специалистов

Как выбрать буферную емкость

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*?t)

• 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);
• ?t – 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

Введите все необходимые исходные данные и нажмите «Рассчитать»

Укажите паспортную мощность котла, кВт:

Время активности котла (время прогорания полной закладки), часов:

К-во тепла, необходимого для отопления дома (грубо, 1 кВт на каждые 10 м2), кВт:

Укажите паспортный КПД котла, %:

Укажите температуру в трубе подачи котла, °C:

Укажите температуру в обратке котла, °C:

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.

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.

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.

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.

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

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.

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.

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

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.

Цены: итоговая таблица

Модель	Объем, л	Допустимое рабочее давление, бар	Стоимость, руб
Sunsystem PS 200, Болгария	200	3	38 000
Hajdu AQ PT 500 C, Венгрия	500	3	33 000
S-TANK AT PRESTIGE 300, Беларусь	300	6	39 000
ACV (АЦВ) LCA 750 1 CO TP, Бельгия	750	8	178 000

Схемы обвязки и подключения

Упрощенная наглядная схема (нажмите для увеличения)	Описание
	Стандартная схема подключения «пустых» буферных емкостей к твердотопливному котлу. Используется, когда в системе отопления (в обоих контурах: до бака и после) единый теплоноситель, единое допустимое рабочее давление.
	Схема аналогичная предыдущей, но предполагающая установку термостатического трехходового клапана. При таком обустройстве доступна регулировка температуры отопительных приборов, что позволяет еще более экономно расходовать накопленное в баке тепло.
	Схема подключения теплоаккумуляторов с дополнительным теплообменников. Как уже не раз упоминалось, используется в случае, когда в малом контуре предполагается использование иного теплоносителя или более высоких показателей рабочего давления.
	Схема организации горячего водоснабжения (при наличии в баке соответствующего теплообменника).
	Схема, предполагающая использование 2-х независимых друг от друга источников тепловой энергии. В примере это электрический котел. Источники подключаются в порядке убывания теплового напора (сверху-вниз). В примере сначала идет основной источник – твердотопливный котел, ниже – вспомогательный электрокотел.

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.

Где купить буферную емкость для твердотопливного котла

1. MirCli (https://mircli.ru/bufernye-nakopiteli/) – 8 (495) 666-2219.
2. Тепломатика (https://www.teplomatica.ru/vodonagrevateli-i-kolonki/bufernye-emkosti.html) – +7 (495) 369-62-54, г. Москва, ул. Дорожная 3 корпус 1.

1. Теплоторг (https://teplotorg.ru/baki/bufernye-emkosti/) – +7 (812) 612-40-02, г. Санкт-Петербург, ул. Якорная, д. 10.
2. Теплодвор СПб (http://spb.teplodvor.ru/baki/bufernye-emkosti/) – +7(812)628-13-33, г. Санкт-Петербург, ул. Витебский проспект, 3 196105.

Бойлеры косвенного нагреваИнструкцииКотлыТвердотопливные котлы