Схемы обвязки твердотопливный котел + теплоаккумулятор + резервный котел
Ссылки на смежные статьи
Статья является продолжением цикла о твердотопливных котельных, предыдущие статьи:
В статье затронуты вопросы автоматизации, в частности понятия: релейная логика, управление при помощи термостатов, термин «запрос тепла». Ссылка на отдельный цикл статей, посвященный автоматизации.
Подключение котла к буферной емкости
Принудительная циркуляция
Теплоаккумулятор (ТА) относительно твердотопливного (ТТ) котла является обычным высокотемпературным потребителем, схема обвязки не отличается от схемы подключения котла к простейшей системе отопления.
Основные нюансы, которые нужно учитывать
1. Защита от конденсата строго необходима. Большую часть времени обратный теплоноситель, поступающий из ТА, будет холодным.
2. Насос ТТ котла подключается к сети через ИБП, для обеспечения теплосъема в случае отключения электроэнергии.
3. Насос ТТ котла необходимо отключать при завершении процесса топки. Нагретый ТА является источником тепла, а остывающий котел потребителем. Воздух из помещения котельной, двигающийся за счёт тяги дымохода, омывает стенки теплообменника и уносит тепло в атмосферу. В съеме тепла также участвуют трубопроводы без теплоизоляции, арматура и корпус котла.
Установленный антиконденсационный трехходовой клапан перекроет поток теплоносителя из ТА примерно на 55°С, предотвратив полное остывание ТА в случае постоянно работающего насоса.
Обвязка ТТ котла и буферной емкости. Принудительная циркуляция
Включение насоса загрузки теплоаккумулятора в автоматическом режиме возможно несколькими способами:
А. Дифференциальный термостат – два датчика температуры (подающая линия котла и нижний патрубок теплоаккумулятора). Насос включается, если температура теплоносителя на подаче котла выше, чем температура теплоносителя в нижней части ТА. Насос выключается, если температура на подаче котла равна или ниже чем температура на выходе из ТА.
Б. Термостат, установленный на дымоходе – фиксирует факт процесса горения. Подходят термостаты для духовых шкафов – имеется выносной датчик и подходящий диапазон регулирования. Настройка производится при пусконаладке котельной, значение температуры выставляется от 50 до 100С. Выставленные высокие значения на термостате могут привести к закипанию котла в начале и к преждевременному выключению насоса в конце топки. Сам термостат размещается на стене поблизости от дымохода в монтажной распределительной коробке из магазина электротоваров.
Часто можно встретить самый очевидный, на первый взгляд, способ — питание насоса заводят через термостат, установленный на подающем трубопроводе котла и задают порог включения 50-60°С.
У такого решения есть недостатки.
Во-первых: Если термостат накладной (монтаж на участке трубопровода) то необходимо устанавливать его как можно ближе к котлу. При растопке котла насос выключен, циркуляции нет, термостат будет снимать температуру с холодного трубопровода, даже если в котле вода уже кипит. В случае если установить термостат максимально близко к подающему патрубку котла, всё равно будет погрешность измерения – котел кипит, а термостат «видит» температуру в районе 60-80°С.
Во-вторых: если термостат включается при заданной температуре 60С, то выключится он при температуре меньше заданной (на величину гистерезиса, например 60-5 = 55°С) – т.е. когда теплоноситель остынет. Применительно к работе на теплоаккумулятор такой подход недопустим.
Естественная циркуляция
Простая схема, лишенная основного недостатка схемы с принудительной циркуляцией – энергозависимого насоса. Возможность применения в основном зависит от компоновки оборудования в помещении котельной.
Обвязка ТТ котла и буферной емкости. Естественная циркуляция в системе закрытого типа.
Теплоаккумулятор лучше подбирать небольшого диаметра – он будет выше. Теплоноситель в котле всегда будет близок к точке кипения, но если всё смонтировано правильно – до кипения не дойдет. Защита от конденсата не требуется. Длина горизонтальных участков будет небольшая, уклоны трубопроводов можно не соблюдать, достаточно ограничиться разгонной магистралью и подобрать правильный диаметр трубопровода.
Можно также предусмотреть ответвления для возможности монтажа параллельной линии принудительной циркуляции – необходимо смонтировать тройники с заглушками согласно схеме и обратный клапан лепесткового типа – с минимальным гидравлическим сопротивлением.
Комбинированная обвязка ТТ котла и буферной емкости.
Данная схема позволит обойтись без ИБП для защиты от перегрева. В случае отключения электричества съем тепла с котла будет обеспечен за счёт естественной циркуляции.
Подключение потребителей к буферной емкости
Для буферной емкости источником тепла является ТТ котел. Для системы отопления источником тепла является буферная емкость и параллельно подключенные другие источники тепла – электрокотел, газовый котел и т.д.
Подключение потребителей к буферной емкости выполняется по тем же правилам что и подключение к гидрострелке или к напольному котлу – т.е. к источнику с низким гидравлическим сопротивлением.
Первая схема будет рассмотрена подробно, остальные – только изменения относительно предыдущей.
Схема 1
- Твердотопливный котел в паре с теплоаккумулятором
- Электрокотел (простейший: теплообменник + блок управления).
- Система отопления радиаторная
- Система отопления внутрипольная, насосно-смесительный узел на базе двухходового термостатического клапана, монтаж на коллекторе ТП.
- Бойлер косвенного нагрева без возможности установки ТЭНа.
Алгоритм работы котельной:
Насос твердотопливного котла включается автоматически при розжиге дров в котле и выключается при их прогорании.
Формируется три запроса тепла от трех различных потребителей – радиаторная система отопления (р-р, комнатный термостат), внутрипольная система отопления (ТП, комнатный термостат, или контроллер ТП) и бойлер ГВС (диф.термостат).
По запросу тепла от р-р или ТП системы отопления в работу включается циркуляционный насос Ноп, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в системе радиаторного отопления и необходимую разницу давлений в точках подключения НСУ теплого пола. (При выключенном Ноп большинство коллекторных НСУ для теплого пола работать не будут).
При запросе тепла от р-р системы открывается кран с электроприводом, при отсутствии запроса кран закрыт. Установленные на радиаторах термоголовки ограничивают максимальную температуру воздуха во всех помещениях.
При запросе тепла от системы ТП включается насос в составе смесительного узла, при отсутствии запроса тепла насос выключен.
Если температура в ТА выше заданной «рабочей», забор тепла производится из ТА. Если буферная емкость остыла, трехходовой клапан с электроприводом переключает поток теплоносителя на электрокотел. Электрокотел включается только при наличии запроса тепла. При этом если запрос тепла идет от системы отопления он включается на заданную на котле температуру теплоносителя, если от бойлера ГВС — на максимальную температуру теплоносителя.
Бойлер при нагретом ТА. Насос загрузки бойлера включится только в том случае если температура в ТА выше температуры в бойлере на заданную дельту + есть запрос тепла от бойлера. Насос загрузки бойлера выключится в случае, если температуры в бойлере и ТА сравняются либо бойлер нагреется до заданной температуры.
Бойлер при остывшем ТА. При наличии запроса тепла включаются насос загрузки бойлера и электрокотел. Насос и электрокотел выключаются при достижении заданной температуры бойлера.
Итого, работа всего оборудования производится в автоматическом режиме, а именно:
- При розжиге дров в ТТ-котле происходит запуск насоса загрузки ТА, и его остановка при прогорании дров
- Переключение источников тепла автоматическое (по температуре в ТА), включение их в работу автоматическое (по запросу тепла)
- Включение потребителей в работу автоматическое, по запросу тепла
- Есть возможность задавать приоритет бойлера гвс, приоритет системы отопления, работу без приоритета.
- Удобный мониторинг параметров котельной и статуса работы отдельного оборудования.
Автоматизация такой котельной может быть реализована без применения сложных контроллеров, только термостаты и релейная логика.
Один из минусов данной тепловой схемы – сложная автоматизация системы отопления – для запуска только теплых полов необходимо включить циркуляционный насос р-р отопления, а радиаторное отопление выключить при помощи крана с электроприводом.
Этой проблемы можно избежать, изначально применив для обвязки коллектора теплого пола насосно-смесительную группу на базе трехходового клапана, подключенную параллельно насосной группе радиаторного отопления.
Наличие бойлера ГВС также усложняет процесс автоматизации. Нагрев бойлера от ТА фактически происходит только во время топки ТТ-котла. Даже полностью нагретый ТА 1000л не нагреет бойлер 200л до минимально необходимой температуры 55С. Температуры в двух баках быстро уравниваются и нагрев прекращается. Завершает задачу по нагреву уже электрокотел.
Схема 2
Дорабатываем схему №1 – все потребители снабжаются отдельными насосными группами – прямыми или смесительными, не зависящими друг от друга.
Схема легко поддается автоматизации – по запросу от определенного потребителя включается определенная насосная группа. Источники тепла также переключаются автоматически – по датчику температуры в верхней части буферной емкости.
Для автоматизации можно применить контроллер Tech i-2 или i-3 — они обладают большой гибкостью в настройках и имеют почти все необходимые алгоритмы для управления подобными котельными. Потребуется небольшая корректировка работы оборудования при помощи релейной логики, но это мелочи по сравнению со сборкой полноценного щита управления. Огромным плюсом применения контроллеров является возможность удаленной диспетчеризации.
Схема 3
Из всех представленных эта схема наиболее простая в реализации. Подходит для небольших систем отопления.
Схема без бойлера ГВС, поэтому автоматизировать работу оборудования можно при помощи трех простых термостатов и одного промежуточного реле.
Вместо трехходового переключающего клапана поток теплоносителя направляем при помощи включения определенного циркуляционного насоса. По цене ещё один насос с обвязкой получается не дороже трехходового клапана с приводом. Также мы получаем простую в понимании схему и взаимозаменяемые насосы в случае выхода из строя одного из них.
Для ТТ-котла применена комбинированная обвязка – возможна естественная и принудительная циркуляция, таким образом можно обойтись без установки ИБП.
Схема 4
Упростим схему 3 и избавимся от всего лишнего.
ТТ-котел неплохо работает в связке с ТА на естественной циркуляции, если соблюдены все условия.
Электрокотел после ТА можно включить последовательно в подающий магистральный трубопровод С.О. – согласно схеме. Нагрев ТА электрокотлом исключен алгоритмом трехходового клапана, который работает в двух режимах:
- Если ТА остыл, клапан полностью закрыт, поток движется по пути В-АВ и нагрев теплоносителя производит электрокотел. Электрокотел включается по двум условиям: ТА остыл + есть запрос тепла от системы отопления.
- Если в ТА рабочая температура теплоносителя, трехходовой клапан поддерживает необходимую температуру теплоносителя в системе отопления по температурному графику.
Минус такой схемы – для озвученного выше алгоритма необходим контроллер для управления трехходовым клапаном. Потребитель или потребители после трехходового клапана должны работать на одном температурном графике, например, только теплые полы, в противном случае готовых решений среди имеющихся на рынке контроллеров для трехходового клапана не найти – придется писать программу самостоятельно, а это не каждому под силу.
Схема 5
Гидрострелка применяется, если один из источников – котел с высоким гидравлическим сопротивлением, например настенный газовый, или современный настенный электрический с встроенной гидравлической группой. В таких котлах уже есть насос и не всегда система отопления соответствует параметрам этого насоса.
Схема 6
В завершение, идеальная, на мой взгляд, схема — максимально гибкая и простая в автоматизации — достаточно собрать шкаф управления на релейной логике, без применения контроллера.
Схема 6. ТТ, электрокотел, кольцо, р-р, ТА+ТП, бойлер
Два источника – ТТ-котел и электрокотел, три потребителя – радиаторы, теплоаккумулятор и бойлер ГВС.
К теплоаккумулятору подключен только теплый пол, остальные потребители высокотемпературные и работают напрямую от котлов.
Вместо классической гидрострелки в схеме применен принцип первичных и вторичных циркуляционных колец. Такой вариант удобен при компоновке крупногабаритного оборудования, расставленного по разным углам небольшого помещения котельной. Гидрострелка обычно диктует «линейное» расположение оборудования, и плохо подходит для тесных помещений.
Алгоритм работы:
- При растопке ТТ котла нагревается бойлер (по запросу тепла), после выключения насоса загрузки бойлера включаются насосы радиаторного отопления (если есть запрос тепла) и насос загрузки ТА(до окончания процесса топки).
- При остывшем ТТ котле система находится в режиме ожидания. При появлении запроса тепла от радиаторного отопления или бойлера включается соответствующий насос и электрокотел.
- При запросе от системы теплый пол электрокотел и насос загрузки ТА включается только при отсутствии рабочей температуры в ТА.
- Во время действия ночного тарифа электрокотел включается на загрузку ТА до достижения максимальной температуры в ТА. При желании пользователь отключает алгоритм нагрева по ночному тарифу.
- Насос системы внутрипольного отопления (после ТА) включается только по запросу тепла.
- Система защиты от перегрева включает все насосы до устранения высокой температуры.
Схему можно улучшить доработкой насосных групп радиаторного и внутрипольного отопления до полноценных смесительных с погодозависимым управлением.
