Буферная емкость и почему она вам нужна
насколько легче станет жить?
В упрощенном изложении задача звучит так: человеческому организму должно быть тепло. Желательно без лишних телодвижений. Да вот газа не подвели... Остается электрический и (или) твердотопливный котел. Первый пожирает семейный бюджет в виде счетов за дорогое электричество. Второй кушает более дешевые дрова, только заставляет частенько бегать к себе и загружать их в топку. Вот теперь и поговорим о минимизации этих нежелательных явлений, которые преследуют человека, стремящегося к теплу. В этом нам поможет вода.
Вода – это основа жизни! Думаю, с этим постулатом никто спорить не станет. И эта основа жизни является таковой по причине ее уникальных качеств. Все их рассматривать не будем, поговорим лишь о том, что важно для нас сейчас. А важна для нас теплоемкость воды. Школьный курс физики напоминает нам: Теплоемкость – это количество теплоты, поглощаемой телом в процессе нагревания на 1 градус Кельвина (можно и Цельсия). То есть это тепло, которое может запасти вода при нагреве, а затем отдать при охлаждении. Так вот, вода имеет очень высокую теплоемкость, почти самую высокую среди жидкостей - 4200 Дж/(кг·К).
Грех не воспользоваться этим ее свойством и не поднакопить этого самого количества теплоты впрок, используя воду как аккумулятор. Для этого отлично подойдет буферная емкость, она же – теплоаккумулятор.
А теперь поподробнее.
Самый популярный вариант - буферная емкость на 500 л. Вы нагреваете воду в емкости до 80 °C и, остывая до 40°C, она отдаёт тепло. Разность температур составит 40 °С. Как мы уже говорили, теплоемкость воды 4200 Дж/кг град. В емкости запасается 84000 кДж. Делим на 3600 и получаем 23 кВт. Котел мощностью 24 кВт при условии использования хороших дров нагреет емкость примерно за час. Пусть теплопотери дома составляют 7 кВт – это вполне реальная цифра для дома на 100 м2. Так после протопки котла емкости хватит на три часа. А если на улице не расчетный дубак в -25 °С, а какие-нибудь +2 °С, то разность температур внутри и снаружи составит уже не 50°С, а 23°С, и теплопотери составят 3-4 кВт. Соответственно, после протопки котла шесть-семь часов можно в котельную не заходить. Но мы хотим большей эффективности! Емкость нагрели и закладку в котле оставили гореть, выставив на регуляторе тяги котла температуру 85°С, и пока емкость отдает тепло радиаторам, вода в ней параллельно догревается последней закладкой. Это еще около 12 кВт - 4 часа. Итого 10-12 часов автономной работы системы отопления в наших условиях. Нужно учитывать и то, что тепло аккумулирует и сам дом, и 7 часов - это время, после которого дом только начнет остывать. А ведь есть емкости 1000 л и больше…
Так же и с электрокотлом. Буферная емкость окажет вам вполне оценимую помощь, если у вас есть «ночной тариф». Нагреваем воду и платим ночью, а греемся круглые сутки. Нужно лишь рассчитать теплопотери, и подобрать емкость достаточного объема, чтобы не мотать электричество днем.
Но если с электрокотлом все просто, то с твердотопливным есть некоторые тонкости. Давайте обрисую вам жизнь с буферной емкостью и без оной.
Без буферной емкости
Допустим, котел подобран правильно и закрывает теплопотери дома при минимальных температурах. Тогда при расчетной отрицательной температуре за бортом (-25°С) котел топится почти на своей максимальной нагрузке, топливо сгорает с максимальным количеством кислорода, заслонка открыта. Вы бегаете к котлу каждые 2-3 часа. Все прекрасно!
Но вот пришла весна, прилетели грачи, на улице потеплело. Природа радуется весне, а вы – нет. Потому что отключать отопление рановато, а кочегарить на всю – жарковато. Дом теряет значительно меньше тепла. Вы возразите – котел регулируется, прижал заслонку и понизил температуру поступающего теплоносителя. Верно. Но вы забываете, что твердотопливный котел эффективно регулируется в небольшом диапазоне своей мощности, и знаменитый режим тления или длительного горения - это сжигание дров с ограниченным поступлением кислорода.
В упрощенном виде химия процесса горения дров такова: при нагреве древесина выделяет летучие вещества, которые после полного сгорания образуют углекислый газ (СО2) и воду (H2O). В случае тления ситуация такова, что кислорода для полного сжигания дров недостаточно и в результате образуются различные кислоты, альдегиды, окись углерода (СО) и сажа в виде несгоревшего углерода. И вся эта химия незамедлительно оседает на стенках котла и дымохода и начинает свое в прямом смысле черное дело – уменьшает срок их жизни, эффективность и проходное сечение. А еще сосед по даче смотрит осуждающе на ваш дымоход и его хозяина, потому что ветер имеет направление ровно от дымохода к дыхательным органам вышеупомянутого соседа, а химический состав дымовых газов от недогоревших дров мы уже обсудили.
Также если управление системой отопления происходит посредством термостатического регулирования теплоносителя, то температура в батареях под контролем. А температура в котле будет вести себя не слишком предсказуемо. И есть три варианта развития событий:
- Регулятор тяги справляется с поставленной задачей, и закладка дров догорает до конца;
- Котел выдает больше тепла, чем нужно для отопления. Температура в котле растет, и регулятор тяги, перекрывая подачу воздуха, тушит котел. Нужно разжигать.
- Аналог второго варианта, но что-то пошло не так. А именно: твердотопливный котел – вещь инертная и быстро не тухнет. Температура растет после перекрытия подачи воздуха и в определенный момент превышает температуру кипения при данном давлении. Теплоноситель начинает кипеть, еще сильнее подымая давление. И вы, сидя на диване с чашечкой пива в руке, слышите странный звук - это сработал предохранительный клапан. «Ой, а что это!? Пойду посмотрю.» Заходите в котельную и думаете: «Лучше б не ходил…»
С буферной емкостью
Ничего не омрачает радость прихода весны.
Дрова в котле горят, сгорая наиболее эффективно. Тепло накапливается в емкости и используется по воле термостатических клапанов. Просто весной и осенью время между протопками будет больше чем зимой. Уже не нужно так тщательно подбирать котел под теплопотери. Можно взять большей мощности и излишек возьмет на себя вода в теплоаккумуляторе. По сути, мы разделяем температурные режимы кольца котел-емкость и кольца емкость-система отопления. И если режим системы отопления будет точно регулироваться в соответствии с желаемой температурой, то котел будет работать в постоянном режиме, просто наполняя емкость тепловой энергией так быстро, как может.
Не лишним в рамках данной статьи затронуть и финансовый аспект постройки системы отопления на базе твердотопливного котла. Буферная емкость стоит денег. Плюс к этому денег стоит и дополнительный насос, клапан, арматура и трубы для ее подключения. С другой стороны недешев и котел, который будет обеспечивать работу системы отопления, хоть сколько-нибудь похожую на работу с емкостью. Это «котел длительного горения», он имеет сложную конструкцию, комплектуется автоматикой и обладает немалой ценой. Про выбор котла можно почитать здесь. В систему отопления с емкостью можно без ущерба взять котел попроще и подешевле, ведь от него не будет требоваться обеспечение максимальной длительности горения. По итогу мы имеем систему ненамного дороже, но намного более удобную.
Подведем черту. Безусловно, буферная емкость – благо. Не побоюсь даже сказать, что благо для всего человечества. Недаром эксплуатация твердотопливных котлов без буферной емкости в США и во многих странах Европы запрещена законодательно. И вовсе не из-за удобства использования, а потому что тепло нужно использовать максимально эффективно и безопасно для экологии (и для соседа по даче).