Подключение твердотопливного котла к гравитационной системе отопления
Гравитационная система отопления характеризуется естественной циркуляцией теплоносителя в системе отопления. При нагревании теплоносителя горячая вода от котла вытесняет более холодную, отдавшую тепло посредством радиаторов отопления. Остывшая вода поступает в котел, цикл повторяется и тем самым поддерживается непрерывная циркуляция.
Рассмотрим самую простую схему обвязки твердотопливного котла в системе с расширительным баком открытого типа (система гравитационного типа):
| 1) Твердотопливный котел | |
| 2) Подающая магистраль | |
| 3) Расширительный бак | |
| 4) Отопительный прибор (ОП) | |
| 5) Обратная магистраль |
Несмотря на минимальное количество компонентов, система содержит все необходимое для безопасной эксплуатации котла. Под безопасностью подразумевается защита от перегрева и повышения давления в системе. Постоянная циркуляция воды позволяет не допустить перегрева котла. При этом нужно помнить о важных правилах организации гравитационной системы отопления:
- Одним из важных параметров системы выступает величина циркуляционного напора — расстояние от центра отопительного прибора до центра отопительного котла. Чем выше этот показатель, тем эффективнее работа всей системы. Отопительные приборы должны быть расположены хотя бы на 30 — 50 см выше котла.
- Хотя бы один контур в гравитационной системе должен быть неотсекаемым. Это значит, что циркуляция теплоносителя в нем при работающем котле не должна прерываться ни при каких условиях.
Избежать превышения допустимого давления в котле позволяет расширительный бак. Он может быть как открытого типа, так и мембранным:
- Высота расположения расширительного бака открытого типа относительно котла определяет давление в котле, которое обычно ограничивается значением 2–2,5 бара для стальных котлов и 4 бара — для чугунных секционных. Такой бак являясь местом попадания в теплоноситель кислорода из воздуха не несет почти никакой угрозы долговечности чугунного котла, но грозит сокращением срока службы стального котла из-за коррозии.
- Мембранный расширительный бак превращает систему отопления в закрытый объем и компенсирует объемные изменения теплоносителя, происходящих при его нагреве и охлаждении.
Схема обвязки твердотопливного котла в гравитационной системе отопления с мембранным расширительным баком:
| 1) Предохранительный клапан — обязательный элемент в закрытой системе. В дополнение к нему нужен еще и манометр для визуального контроля давления в котле. | |
| 2) Расширительный бак | |
| 3) Колпачковый вентиль для контроля, технического обслуживания и замены мембранных расширительных баков | |
| 4) Автоматический воздухоотводчик для спуска воздуха | |
| 5) Термостатический смеситель для обеспечения наиболее комфортной температуры воды на выходе | |
| 6) Водонагреватель |
Расположив в одной из ветвей гравитационной системы отопления бак-водонагреватель (установка не менее чем на 30 см выше котла) можно получить горячую воду для бытовых нужд. При этом процесс нагрева воды будет саморегулирующийся. Как только жидкость нагреется, исчезнет разница температур в прямой и обратной линиях, и на выходе из котла циркуляция через контур прекратится. После использования горячей воды температура в баке понизится, что приведет к возобновлению циркуляции теплоносителя. Необходимым элементом такой схемы приготовления горячей воды является термостатический смеситель.
Изготовители твердотопливных котлов регламентируют не только максимальные давление, температуру, но и минимальную температуру котловой воды (50-65°С) или минимальную температуру воды в обратной линии (45-50°С). Чтобы обеспечить соблюдение этого требования в гравитационной системе, необходимо минимизировать перепад температур. Достигается это за счет увеличения скорости протока для меньшего остывания воды в системе отопления. На скорость потока влияет гидравлическое сопротивление системы — чем оно меньше, тем лучше. Уменьшить сопротивление потоку можно за счет применения труб большего диаметра, отопительных приборов с большим сечением каналов.
Для чего нужна буферная емкость
Теплоаккумулятор выступает сохранителем излишнего тепла, выработанного котлом. Поступление в него горячей воды больше чем отдача, соответственно происходит накопление тепла, которое постепенно отдается в систему отопления.
Особенно ощутимо это при средних-низких температурах (около 0 °С), когда вырабатывается гораздо больше тепла, чем требуется на обогрев дома. При сильных морозах, эффекта от применения теплоаккумулятора не будет, так как котел будет вырабатывать столько же энергии, сколько и уходит на теплопотери. Но хочется отметить, таких дней в году не много, а в наших широтах температура в зимнее время варьируется от -10 до +5 °С, для этого периода и необходима буферная емкость.
Выбрать теплоаккумуляторы, узнать подробнее про технические характеристики, можно в данном разделе.
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:
- При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
- 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
Схема обвязки с тепловым аккумулятором
Схем отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором можно разработать сколько угодно – все будет зависеть от реальных условий эксплуатации отопления, расположения помещений, их площади, применяемого оборудования, и т.д. Традиционная и стандартная обвязка твердотопливного котла отопления схема с теплоаккумулятором работает следующим образом:
На рисунке ниже стрелками указаны перемещения теплоносителя по системе, при этом обратка вверх двигаться не может. Чтобы забирать теплоноситель из обратки, в схему включается циркуляционный насос между аккумулятором и котлом, который перекачивает больше жидкости, чем насос до ТА. Таким образом, образуется перепад давлений в трубах, и жидкость забирается из трубы обратной подачи в резервуар. Небольшой недостаток этой схемы заключается в том, что контур будет нагреваться дольше.
Простейшая схема обвязки с теплоаккумулятором
Для уменьшения этого временного отрезка реализуется такое устройство отопления (рисунок ниже по тексту) с замкнутым циклом прогревания котла. Работает схема так: теплоноситель не поступает из ТА в котел до тех пор, пока она не нагреется в рубашке котла до заданной температуры. После достижения заданного значения некоторый объем жидкости из трубы подачи поступает в аккумулятор, а часть смешивается в системе с жидкостью из ТА, и снова подается в котел.
Обвязка теплоаккумулятора с контуром прогревания котла
В результате реализации такой схемы котел всегда принимает нагретую жидкость, что поднимет его КПД, уменьшает время прогрева отопительного контура и позволяет организовать автономный режим работы включением двух байпасов:
- При неработающем насосе и перекрытом вентиле нижнего байпаса работает обратный клапан;
- При неработающем насосе и обратном клапане работает нижний байпас.
Обвязка без обратного клапана для системы с естественной циркуляцией теплоносителя
При аварийном отключении электричества шаровый вентиль открывается вручную. При работе схемы только с принудительной циркуляцией теплоносителя обвязка с ТА делается по следующей схеме:
Обвязка для системы с принудительной циркуляцией теплоносителя
Гидрострелки и коллекторы
Применение в схемах обвязки твердотопливных котлов гидрострелок и коллекторов позволяет обеспечить подачу теплоносителя по нескольким направлениям – к радиаторам, теплым полам, полотенцесушителям и бойлерам. Коллекторы распределяют теплоноситель равномерно, на каждом выходе у него одинаковая температура. Далее теплоноситель подхватывается циркуляционными насосами и уносится в требуемом направлении.
Гидрострелки позволяют распределить теплоноситель по температуре. Если коллекторов в системе отопления два (один ставится на подающую трубу, а второй на обратную), то гидрострелка ставится одна и подключается сразу к двум трубам. В ней делаются врезки, позволяющие забирать теплоноситель разной температуры – например, в теплых полах не нужна слишком высокая температура, поэтому его можно забрать ближе к обратной трубе.
Принцип работы
Для сглаживания колебаний напряжения в сети или защиты от его кратковременного пропадания используется принцип двойного преобразования, состоящий в следующем:
- Корректируемое переменное напряжение подается на сетевой фильтр, сглаживающий резкие колебания за счет ограничения ВЧ гармоник.
- Оно поступает на диодный мостик, преобразующий переменную составляющую в постоянную.
- При необходимости часть выпрямленного тока расходуется на схему зарядки дежурного аккумулятора, используемого в ситуации, когда напряжение пропадает на длительное время.
- Основная его часть поступает на инвертор, в котором осуществляется обратное преобразование постоянной составляющей в переменную.
- Полученное таким образом стабилизированное напряжение пригодно для питания твердотопливного или газового котла.
Типовые схемы обвязки
Для правильной обвязки отопления необходимо разработать индивидуальный проект, поскольку каждое жилое помещение и котельная индивидуальны, хотя имеют ряд схожих черт. Такие проекты основываются на типовых схемах, отражающих общие для всех, принципиальные позиции монтажа систем в различных условиях.
Система открытого типа с естественной циркуляцией
Такая схема, по-другому гравитационная, является наиболее распространенной. Имеет свои преимущества и недостатки.
В открытой системе ввод обратки в котел должен быть ниже радиаторов минимум на 0,5 метра.
Закрытая система с естественным движением теплоносителя
В отличие от открытой, здесь необходимо установить мембранный бак на обратном трубопроводе. Для эффективного функционирования его размер должен превышать на 10 % объем теплоносителя в целом по системе.
Для возможности сброса излишнего давления из трубопроводов (более 2 атм.) следует установить предохранительный клапан, подключив его к канализации.
Система с принудительной циркуляцией
Система с принудительной циркуляцией отличается тем, что имеет в своем составе насос. Это обеспечивает равномерность температуры на всех участках. Кроме того, применение циркуляционного оборудования позволяет минимизировать уклоны трубопроводов.
Для сохранения работоспособности отопления в случаях посадки напряжения или поломки насосов необходимо предусматривать обводные линии в обход оборудования. Циркуляционный насос устанавливается на обратке из соображений безопасности, а также повышения степени надежности и долговечности работы.
Схема с буферной емкостью
Схема обвязки твердотопливного котла отопления с теплоаккумулятором применяется для поддержания постоянной температуры в системе (ТТК плохо управляются, требуя неустанного контроля за количеством топлива и тягой) и во избежание закипания рабочей жидкости.
Теплоаккумулятор представляет собой герметично выполненный бак, установленный между котлом и потребителем. Принцип работы устройства заключается в том, чтобы аккумулировать избыток тепла в собственном объеме, отдавая его в систему при необходимости.
Температура теплоносителя регулируется посредством узла смешения, представляющего собой трехходовой клапан с датчиком температуры.
Обвязка с трехходовым клапаном
Для дополнительной защиты отопительного котла от перегрева предусматривается контур для аварийной подачи холодной воды в теплообменник либо в установленный внутри оборудования специальный змеевик.
Работа данного узла осуществляется благодаря оборудованию трехходовым вентилем и датчиком температуры внутри теплообменного аппарата. Сброс нагретой воды происходит в канализацию.
С установкой бойлера косвенного нагрева
Обвязка твердотопливного котла с бойлером косвенного нагрева подходит для любой схемы подключения. Бойлер служит для нагрева холодной воды в целях горячего водоснабжения.
Подключение водонагревателя к системе происходит параллельно со всеми приборами, использующими горячую воду
Здесь важно помнить, что для увеличения эффективности его работы, следует предусмотреть трехходовой кран, перекрывающий отвод воды из агрегата, если та еще не нагрелась
Коллекторная схема
Коллекторы служат для одновременного параллельного подключения нескольких веток отопления. Например, при подсоединении к одному агрегату теплого пола, радиаторов отопления на нескольких этажах (для каждого отдельная ветка) и т. д.
Несмотря на очевидное усложнение, использование коллекторов (гребенок) открывает широкие возможности для регулировки системы, повышения эффективности и надежности.
Основные варианты, применяемые при обвязке котлов
Все варианты, которые применяются специалистами при проведении обвязки твердотопливных котлов, нет смысла перечислять. Этих схем множество. Размещённые в интернете видео в основном посвящены классической схеме. Это самая простая и надёжная обвязка. Она предусматривает наличие двух контуров: малого и большого. После разведения огня в топке, до выхода на рабочую температуру система работает по малому контуру. Ещё её называют стабилизационным контуром. После достижения нужных параметров теплоносителя, включается большой круг, то есть начинается обогрев всего жилища.
Другой популярной схемой является дорогостоящая и дорогая, но очень эффективная система отопления, называемая коллекторной. Монтируется специальная ёмкость для воды рядом с котлом. Котёл и коллектор составляют замкнутый закрытый контур. От коллектора идут отдельные контура к конкретному потребителю тепла, то есть «лучи». Каждый отдельный контур имеет свой насос для перекачки воды. Преимуществом коллекторной системы является то, что каждый контур регулируется отдельно от других. Тут исключены критические перепады давления и температуры.
А самой простой и доступной во всех отношениях обвязкой является система с естественной циркуляцией. Движение теплоносителя происходит по простым физическим законам, то есть вода, остывая, стекает вниз по трубе и попадает в котёл, где греется и обратно по трубе поднимается.
Естественными плюсами являются то, что при монтаже необходим минимум материалов. Очень простой монтаж и хорошая ремонтопригодность. Трубы должны быть не менее 32 миллиметров в диаметре. Отопительный котёл располагается выше батарей отопления. Уклон труб должен быть примерно пять миллиметров на один метр. Один существенный минус: эффективность работы системы зависит от наличия воздуха. Поэтому рекомендуется устанавливать расширительный бачок в самой высокой точке системы.
Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором
Плюсами таких систем являются:
- Снижение затрат на энергоносители.
- Увеличение КПД отопительной системы.
- Отсутствие перегрева.
- Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
- Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
- Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).
При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:
- Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
- Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
- Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
- Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
- Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.
Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.
Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков
Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.
Различают четыре основных типа систем:
Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.
С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей
Это может быть важно если они имеют различные химические составы
Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС.
С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.
С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).
С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.
Применение различных типов систем
Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.
Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).
Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.
