Выбор аккумулятора для ИБП для газового котла

В этом обзоре рассмотрены типы аккумуляторов для ИБП для газового котла и критерии их выбора. Для этого в данной статье разбираются характеристики и потребительские качества каждого типа аккумуляторных батарей (АКБ).

Источники бесперебойного питания (ИБП) для газового котла и UPS (Uninterruptible Power Supply ) для компьютеров принципиально отличаются требованиями к синусоидальности выходного напряжения. ИБП 12v (24v, 36v) для газового котла обеспечивают синусоидальное выходное напряжение (чистая синусоида). Компьютерные UPS выдают напряжение формы модифицированной синусоиды. Поэтому компьютерные ИБП не подходят для котлов.

Тем не менее, в обоих случаях применяются герметичные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи SLA (Sealed Lead Acid) с номинальным напряжением 12 Вольт (или 6 Вольт при последовательном включении двух АКБ). В ИБП аккумуляторы работают в буферном режиме под напряжением 14.1 — 14.4 Вольта. С бесперебойниками котлов с резервным напряжением 24 В или 36 В используются, соответственно, две или три аккумуляторные батареи. АКБ для ИБП компьютеров устанавливаются, как правило, внутри бесперебойника UPS. В то же время, аккумуляторы для ИБП для котлов газового отопления всегда бывают внешними.

Типы аккумуляторов для ИБП для котлов: гелевые, AGM

Принцип работы SLA аккумуляторов для ИБП котлов отопления заключается в электрохимической реакции свинца и его диоксида с использованием в качестве электролита раствора серной кислоты. Для безопасности использования герметичные необслуживаемые АКБ (SLA) снабжаются предохранительным клапаном на случай нештатной ситуации. Используемые в ИБП котлов аккумуляторные батареи SLA с клапаном имеют на корпусе аббревиатуру VRLA (Valve Regulated Lead Acid).

Чтобы аккумуляторные батареи для ИБП могли работать внутри помещения и без обслуживания, для их герметичного изготовлении применяются три метода:

1. GEL.
2. AGM.
3. GEL + AGM.

• Гелевая технология GelledElectrolite (GEL) использует силикат натрия для застывания электролита в виде геля. Пространство незаполненных пор, образующееся в процессе застывания электролита, в SLA аккумуляторах используется для процесса рекомбинации газов при электрохимических реакциях. Гелевые АКБ для ИБП 12v герметичные и необслуживаемые, допускают глубокий разряд, но не допускают короткого замыкания и перезаряда. Эти аккумуляторные батареи могут использоваться в любом положении.
• При AGM технологии (Absorption Glass Mat) электролита абсорбируется в пористом мате из стекловолокна. В стекловолокне также присутствует незаполненные поры для рекомбинации газов. AGM аккумуляторы более приспособлены для работы в ИБП, чем гелевые. Они не только также герметичны и не требуют обслуживания, но и имеют более низкую цену. Однако, AGM АКБ не допускают сильного разряда. Устанавливаться они могут в любом положении, кроме «вверх дном».
• Совмещенная технология GEL + AGM используют оба способа загущения электролита.

Поскольку внешне АКБ AGM и GEL практически не отличаются, пользователи обычно называют оба типа аккумуляторов гелевыми, редко используя обозначение AGM.

Важно! При выборе аккумулятора для ИБП газовых котлов следует учитывать, что автомобильные АКБ принципиально не подходят для любых систем бесперебойного питания. И речь даже не только о вредности испарений автомобильной свинцово-кислотной батареи при кипении электролита. Дело в том, что аккумулятор для автомобиля предназначен для отдачи кратковременного пускового тока большой величины и не рассчитан на работу в ИБП 12v в буферном режиме, при котором он быстро потеряет емкость.

Выбор емкости аккумуляторов для бесперебойников для котлов

При выборе аккумуляторов для бесперебойников котлов надо сделать расчет необходимой емкости батареи, исходя из мощности газового котла и желаемой длительности работы в случае отключения электроэнергии.

1. Рассчитать ток потребления.
2. Умножить ток на желаемое время работы от бесперебойника.
3. Выбрать аккумулятор с ближайшим большим значением емкости.

• Для расчета тока потребления бесперебойника от аккумулятора надо мощность газового котла поделить на напряжение 12 Вольт (24 или 36 для двух/трех АКБ), а затем еще поделить на 0.8 — 0.85 (примерный КПД). Мощность газового котла можно узнать из его паспорта или посмотреть на шильдике ус тройства .
  • Пример. Газовый котел мощностью 100 Ватт. Ток аккумулятора в ИБП 12v будет: 100 Ватт/12 Вольт/0.8 = 10.4 Ампера.
• Если ИБП должен обеспечить работу газового котла в течение минимум 9 часов, то умножаем ток на время, в часах. 10.4 А* 9 ч = 93.6 Ач.
• Выбираем AGM или гелевый АКБ 12В 100Ач для ИБП газового котла.

Для бесперебойника с двумя (тремя) АКБ расчет проводится аналогично. Мощность газового котла делим на 24 (36) Вольт. Полученная в конечном результате емкость относится к каждому из двух (трех) аккумуляторов.

Примерное время работы ИБП котла от аккумулятора

Мощность котла, Вт	Время работы, ч	Емкость АКБ 12В, Ач	Емкость каждой АКБ при 2-х батареях, Ач	Емкость каждой АКБ при 3-х батареях, Ач
100	6	60	30	20
200	6	120	60	40
300	6	180	90	60
100	12	120	60	40
200	12	240	120	60
300	12	360	180	120

Рекомендации по выбору производителя аккумуляторов для ИБП для котлов

Для правильного выбора аккумулятора для ИБП котлов газового отопления рассмотрим лучших производителей AGM и гелевых АКБ в трех сегментах:

1. Бюджетный.
2. Средний.
3. Премиум.

• Лучшими аккумуляторами для ИБП газовых котлов в бюджетном ценовом сегменте являются модели бренда «Энергия». Эти АКБ изготавливаются в Китае под контролем российской компании «Энергия». Производственная линейка аккумуляторов «Энергия» для ИБП котлов содержит менее 10 моделей. При необходимости получения большей емкости, несколько батарей «Энергия» можно включать параллельно.
• АКБ Delta — лучший выбор аккумуляторов для ИБП для котлов в среднем ценовом сегменте. Батареи бренда Delta производятся на крупных китайских заводах группы компаний Vision. Качество выпускаемой продукции контролируется российскими инженерами Delta Battery. Производимый ряд AGM и гелевых аккумуляторов Delta содержит более 10 различных линеек, в каждой из которых содержатся десятки моделей емкостью от 1 Ач до 3000 Ач.
• В премиум сегменте лучшими аккумуляторами для бесперебойников газовых котлов являются модели бренда Yuasa. Аккумуляторы японской компании Yuasa производятся в Тайвани, что обеспечивает высокое качество продукции. АКБ Yuasa зарекомендовали себя только с лучшей стороны, как по надежности, так и по числу чиклов заряд-разряд. Однако, их цена примерно в два раза превышает стоимость аналогичных моделей Delta.

Рекомендуем для ИБП котлов газового отопления выбирать AGM аккумуляторы Delta.

Преимущества аккумуляторов Delta для ИБП для котлов

Использования аккумуляторов Delta в ИБП для котлов газового отопления имеет следующие преимущества:

1. Надежность.
2. Хорошее соотношение цена/качество.
3. Широкий выбор моделей АКБ бренда Delta.

• Надежность аккумуляторов Delta доказала многолетняя практика использования этих АКБ для ИБП для котлов отопления в различных условиях: в городе, в загородных коттеджах, в сельской местности.
• Практически при том же качестве, что и аккумуляторные батареи Yuasa, аккумуляторы Delta для бесперебойников котлов имеют гораздо меньшую цену.
• Большое количество различных производимых моделей АКБ Delta позволяет рекомендовать линейки, наиболее подходящие для ИБП для котлов отопления:
  • Серия Delta DTM производится для работы с источниками бесперебойного питания. В нее входят AGM аккумуляторы 12В емкостью до 200 А*ч.
  • Серия Delta HR с высокой токоотдачей предназначена для работы с ИБП мощных газовых котлов отопления .
  • Серии Delta DTM L и Delta HR L аналогичны соответствующим линейкам, но с увеличенным сроком службы (L — Long Life).

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла и выполнить его обвязку

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

1. Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
2. Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
3. Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

• тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
• мощность котла отопления;
• предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
• m – масса воды в резервуаре, кг;
• Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
• 163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

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:

1. При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
2. 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

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.