Теплоаккумулятор своими руками — инструкция по изготовлению

Содержание

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Теплоаккумулятор — это не что иное, как изолированный чугунный бак с патрубками для подключения труб водяного отопления. Теплоаккумулятор выполняет 2 функции: накапливает избыточное тепло и обогревает дом в периоды, когда котел не работает. Теплоаккумулятор заменяет отопительный прибор в 2 случаях:

  1. Если дом отапливается водогрейной плитой или твердотопливным котлом. Теплоаккумулятор используется для отопления в ночное время, после сжигания дров или угля. Это позволяет домовладельцу расслабиться и не бежать в котельную. Это удобно.
  2. Если источником тепла является электрический котел, а потребление электроэнергии учитывается многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу стоит вдвое дешевле, а днем теплоаккумулятор обеспечивает всю энергию для системы отопления. Он экономичен.


Слева — буферный накопитель Drazice емкостью 400 литров; справа — электрический котел Kospel с теплоаккумулятором.

Важный момент. Накопительный бак для горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Это связано с тем, что максимальная эффективность теплогенератора достигается за счет интенсивного горения, которое не может поддерживаться бесконечно без буферной емкости для отвода избыточного тепла. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше расход топлива. То же самое относится и к газовому котлу, КПД которого снижается при низких режимах горения.

Накопительный бак, заполненный теплоносителем, работает по простому принципу. Пока обогреватель обогревает помещения, вода в баке нагревается до максимальной температуры 80-90°C (тепловой аккумулятор заряжен). Когда котел выключен, горячая вода из накопительного бака будет подаваться в радиаторы для поддержания тепла в доме в течение некоторого времени (тепловой аккумулятор разряжен). Продолжительность времени зависит от объема накопительного бака и наружной температуры.

Схема установки теплового аккумулятора
Как работает заводской теплоаккумулятор

Простейший заводской бак для хранения воды, показанный на схеме, состоит из следующих компонентов:

  • цилиндрический основной бак, изготовленный из углеродистой или нержавеющей стали;
  • Изоляционный слой толщиной 50-100 мм, в зависимости от используемой теплоизоляции;
  • Наружная обшивка — окрашенный или пластиковый металлический лист;
  • соединительные патрубки, врезанные в основной сосуд;
  • Гильзы для вставки термометра и манометра.

Внимание. Более дорогие модели теплоаккумуляторов для систем отопления дополнительно оснащаются змеевиками для бытовой горячей воды и солнечного отопления. Еще один полезный вариант — блок электрических нагревательных элементов, встроенных в верхнюю часть бака.

Устройство и особенности работы теплоаккумулятора

Типичный тепловой аккумулятор представляет собой стальной бак с патрубками сверху и снизу, которые также являются концами змеевика из медной трубки. Нижние патрубки подключаются к источнику тепла, верхние — к системе отопления. Внутри устройства находится жидкость, которую пользователь может использовать для требуемого применения.

Принцип работы устройства основан на высокой теплоемкости воды. В целом, механизм работы теплового аккумулятора можно описать следующим образом

  • В боковые стенки резервуара врезаны две трубы. Через один из них в бак поступает холодная вода из системы водоснабжения или из резервуаров; через другой нагретый хладагент отводится к радиаторам отопления;
  • Верхний конец змеевика, установленного в баке, подключается к патрубку холодной воды бойлера, а нижний — к патрубку горячей воды;
  • Циркулируя по змеевику, горячая вода нагревает жидкость в баке. Когда котел выключен, вода в трубах отопления начинает остывать, но продолжает циркулировать. Как только аккумулятор горячей воды заполняется охлажденной водой, он выталкивает накопленную горячую воду в систему отопления, так что отопление продолжается в течение некоторого времени (в зависимости от емкости аккумулятора) даже после отключения котла.

Важно!!! Система оснащена циркуляционным насосом для обеспечения потока жидкости.

Немного о назначении и конструкции

Прежде чем дать рекомендации по устройству этого важного устройства, необходимо кратко определить, для чего оно используется, и проанализировать его заводскую конструкцию. Таким образом, накопительные баки для воды используются в случаях периодического отопления дома, а точнее:

  • При эксплуатации электрического котла с многотарифным счетчиком, когда радиаторы могут экономично работать только ночью. Устройство обогревает дом на полной мощности и накапливает тепловую энергию в резервуаре для воды;
  • Накопители тепла также необходимы для твердотопливных котлов, которые останавливаются на ночь или в другое время, когда некому загрузить в плиту новую порцию дров или угля;

Аккумулятор для отопления своими руками

Заводские установки представляют собой круглый резервуар, заполненный водой. В него погружено несколько змеевиков, в которых циркулирует теплоноситель котла и других отопительных контуров. Конструкция довольно сложна в изготовлении и поэтому не дешева, в этом можно убедиться, взглянув на чертежи теплоаккумулятора.

Если вы попытаетесь взять такой агрегат за основу для самостоятельного изготовления теплоаккумулятора, то в итоге он обойдется ненамного дешевле заводского. Трубы из меди или нержавеющей стали и работа, связанная с их размоткой, герметизацией вводов и изоляцией, отнимут у вас много времени и денег. Для домовладельцев, желающих собрать и установить домашний нагревательный цилиндр, существует более простое решение, описанное ниже.

Использование теплоаккумуляторов

Многое зависит от того, как сгорает твердое топливо в топке котла. По цвету пламени можно определить характер горения:

  1. Белый цвет означает, что в камеру сгорания подается слишком много воздуха и большая часть тепла, которое могло бы быть отобрано, уходит в дымоход.
  2. Желтый цвет означает, что в это время топливо сгорает с оптимальной эффективностью, и результат является наиболее экологически чистым. Котел предназначен для работы в этом режиме при номинальной мощности.
  3. Красный цвет указывает на недостаток кислорода: топливо горит дольше и с меньшим выделением тепла, но КПД очень низкий, а дымовой газ содержит много тяжелых углеводородных радикалов (неокисленные части молекул топлива) и большое количество угарного газа.

Когда мы покупаем котел, мы выбираем его мощность, исходя из самой низкой температуры, которую мы можем наблюдать в нашем регионе. А в сильный мороз отопитель работает на номинальной мощности, при которой топливо сгорает оптимально. Но экстремальный холод преобладает в течение короткого времени, а в остальное время заслонка должна быть закрыта, что снижает теплоотдачу. В этом случае происходит изменение режима сгорания с оптимального на наименее благоприятный.

Владельцам российских печей эта проблема не знакома: этот прибор всегда нагревается в оптимальном режиме, а избыток тепла накапливается в массе кирпича и затем постепенно отдается в помещение в течение длительного времени.

Хорошо было бы применить эту тактику и к стальному или чугунному котлу, но стенки таких приборов не обладают достаточной теплоемкостью. Остается только создать и подключить к котлу отдельное устройство, способное накапливать тепло.

Тепловой аккумулятор

Это, в свою очередь, снижает количество угарного газа в выбросах и уменьшает количество дров или угля, которые необходимо добавлять. Возможность перегрева и закипания в теплообменнике котла практически исключена.

Владельцу электрического котла также необходим тепловой аккумулятор. Ночью, как вы знаете, электроэнергия в 3 раза дешевле, чем днем. Если у вас есть теплоаккумулятор, вы можете перейти на дифференцированный тариф и использовать электрокотел только ночью.

Принцип работы

Проводя аналогию с русской плитой, легко догадаться, что надежный термин «аккумулятор тепла» означает просто большой объем какого-либо материала, обладающего значительной теплоемкостью. В системах водяного отопления логичнее использовать теплоноситель — теплоемкость воды достаточно велика.

Поэтому теплоаккумулятор представляет собой большой сосуд, заключенный в теплоизоляционную оболочку и заполненный водой. Существуют различные схемы подключения такого устройства, но принцип остается неизменным: благодаря избыточному теплу, вырабатываемому котлом, вода в ТА нагревается до высокой температуры, а затем накопленное тепло постепенно отводится в систему отопления.

Тепловой аккумулятор - принцип работы

Помимо своей основной функции, ТА может выполнять функции водонагревателя, для чего достаточно установить внутри змеевик. Однако производство горячей воды в больших количествах невозможно.

ТА можно заряжать не только с помощью бойлера, но и с помощью солнечного коллектора — для этого также необходимо соорудить в баке змеевик, через который будет протекать нагретый солнцем теплоноситель.

Принцип смешивания разных температурных потоков

Когда необходимо быстро нагреть помещение, теплоаккумулятор выводится из контура отопления через трехходовой клапан, а хладагент, хранящийся в баке-аккумуляторе, заправляется в контур отопления только после того, как хладагент нагреется до 60°C.

К преимуществам данного устройства относится возможность достижения достаточно быстрого и экономичного нагрева с последующей передачей избыточного тепла в аккумулятор и эффективным процессом теплообмена, а также обеспечение стратегического запаса теплоносителя на максимальное время работы отопительного котла.

Гидравлическая развязка теплоносителя

В этой системе аккумулятор становится частью отопительного контура и не отделяется от потока теплоносителя.

Таким образом, происходит постоянная передача тепла от «горячего» контура отопления к ТП.

Высоконагруженные типы теплообменников отопительных котлов требуют теплоносителя без загрязнений и пузырьков, что значительно продлит срок их службы.

Подготовленная вода находится внутри вспомогательного котла.

Недостатком такой системы является необходимость приобретения и соответствующей установки дополнительного оборудования (например, мембранного бака, принцип работы которого описан здесь), представленного парой насосов и стандартной системой подачи.

В более сложных и продвинутых схемах обязательно наличие двух отдельных теплообменников, заключенных в корпус ТА, и мембранного расширительного бака (об установке в системе отопления читайте здесь).

Ключевые функции теплонакопителей

Теплоаккумулирующий бак имеет множество полезных функций, в том числе:

  • обеспечивая пользователя горячей водой;
  • нормализация температуры в отапливаемых помещениях;
  • повышение эффективности системы отопления при одновременном снижении затрат на отопление;
  • возможность объединения нескольких источников тепла в один контур;
  • накопление избыточной энергии, которая вырабатывается котлом и т.д.

При всех своих преимуществах тепловые аккумуляторы имеют только 2 недостатка, а именно:

  • запас хранимой теплой жидкости напрямую зависит от объема используемого бака, но остается строго ограниченным при любых обстоятельствах и довольно быстро заканчивается, поэтому необходимо рассмотреть вопрос о развертывании дополнительной системы отопления;
  • Более крупные накопительные баки требуют достаточно большого пространства для установки, например, котельной.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла WIRBEL CAS-500Система для эффективной работы твердотопливного котла и зарядки теплоаккумулятораСхема установки

Какой длины трубу брать для теплообменника

В большинстве случаев тепловые аккумуляторы изготавливаются с использованием теплообменников. Для этого используются медные спиральные трубки или чугунные радиаторы. С этим все понятно. Но здесь речь должна идти о том, какой длины должна быть труба или сколько секций в радиаторе? Это необходимо рассчитать. Точный расчет длителен и сложен, но приблизительно его можно рассчитать следующим образом:

  • Согласно опыту, секция радиатора имеет коэффициент теплопередачи около 500 Вт/кв.м*град, дюймовая медная труба — 800 Вт/кв.м*град.
  • Мы также предполагаем, что средняя разница температур в теплоносителе составляет 10°C.
  • Для расчета разделите планируемый запас тепла на коэффициент теплопроводности материала (трубы или радиатора). Получаем площадь теплообмена в квадратных метрах для этого случая.
  • Вы можете использовать эти данные для определения площади поверхности выбранного материала (1 метр трубы или 1 секция радиаторов). Чтобы найти метраж или количество секций, разделите полученную площадь теплопередачи на площадь поверхности.

Это грубые расчеты. Цифры будут немного высоковаты, но это неплохо. Хуже, если он недооценен — теплоноситель закипит в теплообменнике раньше, чем нагреется вода в баке ТА. Поэтому лучше иметь резерв.

Это можно сделать и таким образом, но циркуляция будет хуже, поэтому потребуется более длинная труба
Это также возможно, но циркуляция будет хуже, и поэтому потребуется более длинная труба.

Чтобы было понятнее, давайте рассчитаем длину трубы и количество секций, если мы хотим передать 25 кВт тепла на ТП. 25000 Вт /800 Вт/кв.м* град = 3,21 м2. В случае дюймовой трубы потребуется около 40 м.

Для радиаторов расчет аналогичен: 25000 Вт /500 Вт/кв.м*град = 5 м2. Это примерно 20 секций смесителя.

Что лучше — радиаторы или трубы? С точки зрения практичности радиаторы лучше. Если теплообмен через теплообменник неэффективен, вы всегда можете добавить несколько секций. С трубой сложнее — ее нельзя сделать больше. Вам нужно либо взять более длинный кусок, либо что-то сделать со вторым контуром теплообменника. Но есть и другие варианты — добавить ребра (для увеличения площади поверхности теплообмена) или установить циркуляционный насос для создания движения в резервуаре. Это увеличит теплоотдачу.

Насос легче установить, но он будет работать только при наличии электроэнергии. Поэтому этот вариант подходит не для всех случаев. Если у вас нет электрогенератора или другого источника энергии на случай отключения электричества.

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Для домовладельцев, у которых очень ограниченное пространство в котельной, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулирующий бак из пропановых баллонов.

Тепловой аккумулятор в газовом баллоне
Самодельный теплоаккумулирующий бак, подключенный к бойлеру ГВС

Конструкция объемом 100 литров, разработанная другим нашим мастером-экспертом Виталием Дашко, выполняет 3 функции:

  • Для разгрузки твердотопливного котла при его перегреве, поглощая избыточное тепло;
  • Для нагрева воды для бытовых нужд;
  • Обеспечить отопление дома в течение 1-2 часов, когда котел TH высыхает.

Внимание. Время автономной работы теплового аккумулятора невелико из-за его малого объема. Но он помещается в любом топочном помещении и может забирать тепло от котла после отключения электроэнергии, поскольку подключается напрямую, без насоса.

Конструкция баллона для пропана
Вот как выглядит негерметичный резервуар для хранения, изготовленный из баллона

Для создания накопительного бака вам понадобятся:

  • 2 стандартных пропановых баллона;
  • Не менее 10 м медной трубы Ø12 мм или гофрированной трубы из нержавеющей стали того же диаметра;
  • Фитинги и термогильзы;
  • Теплоизоляция из базальтовой ваты;
  • Окрашенный металл для вкладышей.

С баллонов необходимо открутить вентили и срезать ножом крышки, заполнив их водой, чтобы избежать взрыва остаточного газа. Медная труба аккуратно сгибается в спираль вокруг другой трубы подходящего диаметра. Действуйте следующим образом:

  1. Используя показанный чертеж, просверлите в будущем теплоаккумуляторе отверстия для патрубков и гильз термометра.
  2. Прикрепите пару металлических кронштейнов внутри цилиндров для монтажа теплообменника ГВС с помощью сварки.
  3. Установите цилиндры один на другой и сварите их вместе.
  4. Поместите спираль внутрь получившегося резервуара, чтобы концы трубки выступали через отверстия. Для герметизации этих мест используйте сальниковый герметик.
  5. Прикрепите дно и крышку.
  6. Прикрепите вентиляционное отверстие к крышке, а штуцер сливного крана — к днищу.
  7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие было прямоугольным. Сгибать облицовку в полукруг будет неудобно и не эстетично.
  8. Утеплите резервуар и прикрутите облицовку на место с помощью саморезов.

Подключение бака непосредственно к котлу центрального отопления.
Подключение резервуара с бойлером TT без циркуляционного насоса

Особенностью конструкции этого теплоаккумулятора является то, что он подключается к твердотопливному котлу напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для соединения используются стальные трубы Ø50 мм, уложенные с уклоном, а теплоноситель циркулирует самотеком. Насос + трехходовой смесительный клапан устанавливается ниже по течению от буферного накопителя для подачи воды к радиаторам.

Основы конструирования буферной емкости

Предпочтительно использовать большую сборную бочку или трубу, поскольку в этом случае сварочных швов гораздо меньше, чем при изготовлении самодельной прямоугольной конструкции.

Временный буферный цилиндр

  • Для соединения контуров приварены патрубки 3/4″. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийной гравитационной циркуляции, желательно создать не менее 1″, причем подача котла, где возможен перегрев, должна быть стальной.
  • В самой нижней части находится сливная труба, которая также является шламоочистителем.
  • Рекомендуется сделать в крышке патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Строительство буферной емкости должен выполнять только квалифицированный сварщик. Пример построения теплового аккумулятора из барабанов, но очевидные ошибки схемотехники повторять не стоит….

Одно из решений, пропагандируемых некоторыми специалистами, — 4 дешевые 200-литровые бочки, спаренные с трубами большого диаметра …

Схема с твердотопливным котлом

Твердотопливные нагреватели работают циклично. Дрова в топке сначала воспламеняются, а затем начинают отдавать тепло. Пиковый момент выделения энергии приходится на момент воспламенения плиты, затем уровень мощности постепенно снижается. Когда древесина или уголь сгорают, тепло не выделяется. Однако в пиковый период теряется избыточная энергия — для ее хранения устанавливается буферный резервуар.

Невозможно точно настроить устройство на периоды нагрева/охлаждения. Функция доступна для газовых котлов, электрических котлов. Ограничение актуально только для домов без горячей воды — для бытового использования придется ждать, пока жидкость полностью нагреется. В остальных случаях теплоаккумулятор работает безупречно — он накапливает ненужное тепло в пиковый период отопления и отдает его, когда теплоноситель остывает.

Преимущества — меньший расход топлива, постоянная подача горячей воды, экономия на обслуживании.

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости вам не обойтись, и хотите сделать ее своими руками. Затем приготовьтесь выполнить 5 шагов:

  1. Расчет объема резервуара для хранения тепла.
  2. Выбор подходящего дизайна.
  3. Выбор и заказ материалов.
  4. Установка и проверка на герметичность.
  5. Монтаж бака и подключение к системе нагрева горячей воды.

Подсказка. Прежде чем рассчитать объем бочки, подумайте, сколько места (в смысле площади и высоты) вы можете выделить для бочки в вашей котельной. Решите, на какой срок вы хотите, чтобы бак для горячей воды заменил неработающий бойлер, а затем приступайте к первому шагу.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместимости резервуара:

  • упрощенные, предлагаемые производителями;
  • точный, выполненный по формуле для теплоемкости воды.

Резервуары для хранения различных форм
Продолжительность времени, в течение которого теплоаккумулятор обогревает дом, зависит от его размера

Расчет прост: на каждый кВт тепловой мощности котельной системы в бак помещается 25 литров воды. Пример: Если мощность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная емкость теплоаккумулятора составит 25 x 25 = 625 литров или 0,625 м3. Теперь вспомните, сколько места было выделено в котельной, и подгоните полученный объем под фактические размеры помещения.

Подпись. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор часто задаются вопросом, как рассчитать объем круглой бочки. В этот момент полезно вспомнить формулу для вычисления площади круга: S = ¼πD². Подставьте диаметр цилиндрического резервуара (D) и умножьте результат на высоту резервуара.

При использовании второго метода вы получите более точные размеры теплоаккумулятора. Ведь упрощенные расчеты не покажут вам, как долго прослужит рассчитанный теплоаккумулятор при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемый метод основан на необходимых вам цифрах и базируется на формуле:

m = Q / 1,163 x Δt

Вот:

  • Q — количество тепла, которое должно быть запасено в аккумуляторе, кВтч;
  • m — расчетная масса теплоносителя в аккумуляторе, тонн;
  • Δt — разница температур между водой в начале и конце нагрева;
  • 1,163 Вт-ч/кг-°C — это справочная теплоемкость воды.

Расположение котельной в загородном доме

Поясним это на примере. Возьмем стандартный дом площадью 100 м² со средним потреблением тепла 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в день. Тогда 10 x 10 = 100 кВт/ч энергии должно быть запасено в котле. Начальная температура воды в сети централизованного теплоснабжения составляет 20°C, и она будет нагрета до 90°C. Вычислим массу охлаждающей среды:

м = 100 / 1,163 х (90 — 20) = 1,22 тонны, или около 1,25 м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка в 10 киловатт является приблизительной — в изолированном здании площадью 100 квадратных метров теплопотери будут меньше. Второй момент: такое количество тепла необходимо в самые холодные дни, или 5 за всю зиму. Поэтому бака объемом 1 000 литров более чем достаточно, а если учесть сезонные изменения температуры, то и 750 литров будет вполне достаточно.

Следовательно, в формуле возьмите среднее потребление тепла в холодный период, которое составляет половину от максимального потребления тепла:

м = 50 / 1,163 х (90 — 20) = 0,61 тонны или 0,65 м³.

Внимание. Если вы рассчитаете объем бочки исходя из среднего потребления тепла, то в случае сильных морозов его не хватит на расчетный период времени (10 часов в нашем примере). В то же время вы экономите деньги и место в радиаторной комнате. Более подробную информацию о расчетах см. в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы построить свой собственный теплоаккумулятор, вам придется преодолеть одного коварного врага — давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Как вы думаете, почему заводские контейнеры делают в форме цилиндра, а дно с крышкой — в форме полусферы? Да, потому что такая емкость может выдержать давление горячей воды без дополнительного усиления.

С другой стороны, мало кто имеет техническую возможность формировать металл на роликах, а тем более рисовать полусферические элементы. Мы предлагаем следующие способы решения проблемы:

  1. Закажите круглый внутренний бак в металлообрабатывающей компании и выполните изоляционные работы и окончательную сборку самостоятельно. Это все равно будет дешевле, чем покупка предварительно собранного теплоаккумулятора с завода.
  2. Возьмите сборный цилиндрический резервуар и используйте его в качестве основы для буферной емкости. О том, где можно приобрести такие резервуары, мы расскажем в следующем разделе.
  3. Сварить прямоугольный теплоаккумулятор из листового металла и укрепить его стенки.

Чертеж буферной емкости объемом 500 литров
Чертеж сечения прямоугольного теплоаккумулятора емкостью 500 л

Подсказка. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подниматься до 3 бар и более, настоятельно рекомендуется использовать цилиндрический теплоаккумулятор.

В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Однако не следует забывать о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки; к этому следует добавить высоту водяного столба от бака до расширительного бака, установленного в самой высокой точке. Поэтому плоские стенки импровизированного теплоаккумулятора должны быть усилены, как показано на рисунке для 500-литрового бака.

В закрытой системе отопления можно также использовать соответствующим образом усиленный прямоугольный бак. Но в случае скачка давления, вызванного перегревом бойлера ТТ, бак даст течь с вероятностью 90%, хотя вы можете и не заметить маленькую трещину под слоем изоляции. Посмотрите видео, чтобы увидеть, как неармированный металл сосуда выступает при заполнении водой:

Подпись. Не имеет смысла приваривать уголок, швеллер или другие жесткие элементы из листового проката непосредственно к стенам. Практика показывает, что углы с малым сечением будут уступать стене, в то время как большие углы будут отходить по краям.

Делать тяжелую раму снаружи непрактично — расход материала слишком велик. Компромиссным вариантом являются внутренние распорки, показанные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Секционный чертеж теплового аккумулятора

Подбор материалов для резервуара

Вы значительно облегчите себе задачу, если сможете найти сборный цилиндрический резервуар, изначально рассчитанный на давление 3-6 бар. Какие цилиндры можно использовать?

  • Пропановые баллоны различной емкости;
  • Технологические резервуары, например, ресиверы промышленных компрессоров;
  • Приемники железнодорожных вагонов;
  • Старые железные котлы;
  • Внутренние резервуары из нержавеющей стали для хранения жидкого азота.

Разнообразие сосудов под давлением
Готовые стальные баки облегчают строительство надежного теплового аккумулятора

Внимание. В крайнем случае, достаточно использовать стальную трубу подходящего диаметра. К этой трубе можно приварить плоскую крышку, которая должна быть усилена внутренней арматурой.

Для сварки квадратного бассейна необходим лист толщиной 3 мм, не более. Раскосы изготавливаются из круглых труб Ø15-20 мм или профилей 20 x 20 мм. Выберите размер фитингов в соответствии с диаметром выходных труб котла. Для облицовки купите тонкую сталь с порошковым покрытием (0,3-0,5 мм).

Отдельный вопрос — чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучшим вариантом является базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60-80 мм. Не следует использовать такие полимеры, как вспененные пластмассы или экструдированный полистирол. Причина: Мыши любят тепло и осенью легко могут найти дом под обшивкой вашего аквариума. В отличие от полимерных изоляторов, они не грызут базальтовое волокно.

Изоляция из пенопласта съедена мышами
Не стройте иллюзий по поводу экструдированного полистирола, грызуны будут есть и его.

Теперь мы укажем на другие варианты готовых сосудов, которые не рекомендуется использовать для тепловых аккумуляторов:

  1. Импровизированный танк из еврокуба. Такие пластиковые контейнеры рассчитаны на максимальную температуру 70°C, а нам нужно 90°C.
  2. Аккумулятор тепла, изготовленный из железной бочки. Противоречия — это тонкий металл и плоские крышки баков. Легче получить хорошую стальную трубу, чем укрепить такой ствол.

Сборка прямоугольного теплоаккумулятора

Сразу хотим предупредить: если вы посредственно разбираетесь в сварке, то лучше заказать изготовление бака сбоку по чертежам. Качество и герметичность сварных швов имеет первостепенное значение, малейшая утечка приведет к протечке резервуара.

Сборка квадратного резервуара с помощью сварки
Бак собирается сначала путем склеивания, а затем сваривается сплошным швом.

Хороший сварщик справится с этим без проблем, вам просто нужно знать последовательность операций:

  1. Вырежьте металлические заготовки по размеру и приварите корпус без дна и крышки прихваточным швом. Используйте скобы и угловое железо для крепления пластин.
  2. Вырежьте отверстия в боковых стенках для ребер жесткости. Вставьте внутрь сборные трубы и приварите концы снаружи.
  3. Прикрепите дно и крышку к резервуару. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних ребер жесткости.
  4. Когда все противоположные стенки резервуара надежно соединены, приступайте к прочной сварке всех соединений.
  5. Поддержите дно резервуара с помощью кусков трубы.
  6. Врежьте арматуру на расстоянии не менее 10 см от дна и крышки, как показано на фото ниже.
  7. Приварите к стенам металлические скобы, которые будут служить кронштейнами для крепления изоляционного материала и облицовки.

Резервуар усилен металлической лентой
На рисунке показана широкая полоса жесткости, но лучше использовать трубу

Совет по установке внутренних проставок. Для того чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибу и не трескались при сварке, выдвиньте концы распорок наружу на 50 мм. Затем к ним дополнительно приваривают ребра жесткости из стального листа или ленты. Не беспокойтесь о внешнем виде, концы труб будут скрыты облицовкой.

Изоляция самодельного резервуара для хранения
К корпусу приварены стальные скобы (зажимы) для крепления изоляции и облицовки.

Несколько слов о том, как изолировать теплоаккумулятор. Сначала проверьте его герметичность, наполнив водой или смочив все швы парафином. Теплоизоляция довольно проста:

  • очистить и обезжирить все поверхности, нанести грунтовку и краску для предотвращения коррозии;
  • оберните бак изоляцией, не сжимая ее, затем закрепите бечевкой;
  • разрезать облицовочный лист и сделать в нем отверстия для патрубков;
  • Прикрутите облицовку к опорам с помощью саморезов.

Прикрутите облицовочные листы так, чтобы они были связаны между собой крепежными элементами. На этом строительство самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления завершено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 литров, то нежелательно ставить его на бетонный пол, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого необходимо снять стяжку и докопаться до толстого слоя почвы. Затем заполнить его битым камнем (щебнем), уплотнить и залить жидкой глиной. Сверху залить железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Вид в разрезе железобетонного фундамента
Схема фундамента для теплоаккумулирующего бака

Правильная работа теплового аккумулятора заключается в горизонтальном потоке горячей и холодной воды внутри бака во время «зарядки» аккумулятора и вертикальном потоке воды во время «разрядки». Для того чтобы организовать эту операцию с батареей, необходимо принять следующие меры:

  • контур твердотопливного или другого котла соединен с гидроаккумулятором через циркуляционный насос;
  • Подача теплоносителя в систему отопления осуществляется отдельным насосно-смесительным узлом с трехходовым клапаном для забора необходимого количества воды из накопительного бака;
  • Насос, установленный в контуре котла, не должен иметь худшие параметры, чем агрегат, подающий теплоноситель к радиаторам.

Схема расположения теплоаккумулятора и котла CT в частном доме
Схема подключения теплового аккумулятора

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора к котлу CT показана на рисунке выше. Балансировочный клапан на обратке используется для регулирования расхода теплоносителя по температуре на входе и выходе аккумулятора. Как произвести сборку и настройку расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоролике:

Синопсис. Если вы живете в российской столице или Подмосковье, вы можете лично проконсультироваться у Владимира по вопросам подключения любых тепловых аккумуляторов, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.

Сборка простого теплоаккумулятора

Простейший теплоаккумулятор работает по принципу термоса. Стенки прибора практически не проводят тепло и позволяют ему довольно долго удерживать горячую воду.

Для сборки такого устройства нам понадобится следующее оборудование:

  • танк. Выберите объем индивидуально, в соответствии с вашими потребностями и возможностями. Объективный минимум составляет 150 л;
  • теплоизоляционный материал. Минеральная вата работает идеально;
  • клейкая лента;
  • Медные трубки для изготовления катушки;
  • Бетонная плита или опалубочные плиты и раствор для заливки.

Тепловой аккумулятор можно построить на основе железной бочки. Емкость, как уже говорилось, выбирается индивидуально, но нет смысла использовать бак емкостью менее 150 литров.

Первый шаг

Подготовьте бочку к дальнейшей работе. Если это старый бак, его следует тщательно очистить от различных загрязнений и отшлифовать все следы коррозии.

Второй шаг

Оберните внешние стены теплоизоляционным материалом. Минеральная вата — хорошая идея. Ствол, обернутый теплоизоляцией, следует дополнительно обмотать несколькими слоями клейкой ленты.

Третий шаг

Оберните бак фольгой. Мы также используем клейкую ленту для фиксации материала. По вашему желанию мы обернем изолированную конструкцию металлическим листом.

Четвертый шаг

Мы делаем змеевик, через который будет перемещаться теплоноситель. Для этого мы используем медную трубу длиной 8-15 метров (зависит от объема выбранной бочки) и диаметром около 20-30 метров. Согните трубку в спираль и поместите ее внутрь резервуара. Змеевик подключен к котлу. В дальнейшем этот змеевик будет нагреваться и возвращать полученное тепло воде в баке.

Пятый шаг

Мы делаем патрубки в боковых стенках отстойника. Холодная вода будет поступать в бак через один патрубок, а горячая вода будет вытекать из бака через другой. Установите заглушки в трубы, чтобы быстро перекрыть циркуляцию воды.

Шестой шаг

Установите термоаккумулятор и подключите его.

Чтобы лучше понять процедуру подключения теплового аккумулятора, посмотрите на схему.

Важно: Барабан можно устанавливать только на бетонную плиту. Вы можете купить готовый или отлить основание самостоятельно.

Этот метод используется для подключения аккумулятора к системе отопления, состоящей из 1 котла. Если используется больше отопительных приборов, то система становится намного сложнее. Система должна быть оснащена датчиками давления и температуры, взрывозащищенными и предохранительными клапанами и т.д. Установка такого устройства целесообразна только в том случае, если у вас есть необходимые навыки и опыт.

Простой тепловой аккумулятор своими руками

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла сделать своими руками довольно просто, если следовать инструкциям. Создание ТА следует начать с вычисления его объема. Вы можете использовать следующую методику:

Материалы для изготовления емкости

В идеале бак должен быть изготовлен из нержавеющей стали, чтобы устройство могло работать в течение многих лет без риска коррозии. Однако использование этого материала значительно удорожает строительство.

Самодельный теплоаккумулятор можно изготовить из металлической бочки достаточного объема, если толщина стенки составляет не менее 3 мм. Концы бочки свариваются вместе с герметичными крышками.

Бак можно также сварить из листового металла толщиной 3 мм, в этом случае удобнее сделать прямоугольную форму. Кроме того, такая конструкция упрощает расчет необходимого объема.

Не следует использовать бочки из полимерных материалов, так как вода в теплоаккумуляторе может нагреваться до 90 градусов. Исключение составляют полимерные контейнеры, на этикетках которых указано, что материал выдерживает нагрев до 100 градусов.

Пластиковый контейнер типа еврокуба можно использовать только в качестве аккумулятора тепла для системы теплого пола. Материал еврокуба рассчитан на максимальный нагрев до 70 градусов, а контур теплого пола подает теплоноситель, нагретый до 45-50 градусов.

Значение устройства

Понять конструкцию теплоаккумулятора можно только после определения значения и места этого устройства в системе отопления.  По определению, теплоаккумулятор — это термос — специальная емкость, в которой течет нагретый теплоноситель.

Хранящаяся в аккумуляторе котловая вода сохраняет свои температурные параметры в течение определенного периода времени.

Когда интенсивность горения в котле падает или прекращается, теплоноситель из бака поступает в систему отопления, продолжая поддерживать температуру в радиаторах на заданном уровне.

Важно: Теплоаккумуляторы обеспечивают безопасность отопительных приборов и системы отопления дома не только от переохлаждения, но и от перегрева. Назначение теплового аккумулятора — рассеивать избыточное тепло, выделяемое отопительным прибором при пиковой работе.

Наличие в системе теплового аккумулятора позволяет не только добиться сбалансированной подачи тепла в отопительный контур, но и обеспечить значительную экономию топлива. Теплоаккумулятор, активируемый при снижении мощности котла, увеличивает время между дозаправками топлива. Этот тип работы также обеспечивает большую свободу, поскольку топливо не нужно часто доливать.

Примечание: Использование теплоаккумулятора в системе отопления снижает затраты на топливо примерно на 30-50 %, в зависимости от типа отопительного прибора. Количество топлива, загружаемого в плиту, прямо пропорционально объему теплоаккумулятора.

Задаемся исходными данными

Аккумулятор в системе отопления
Максимальная температура воды: Tmax = 90 градусов.

Минимальная температура воды: Tmin = 50 градусов.

Время работы без бойлера: t = 8 часов.

Вам также понадобится требуемая тепловая мощность системы отопления (CO).

Следует брать среднее значение, а не то, которое соответствует самому экстремальному морозу. В противном случае ТА будет неоправданно большим и дорогим, а для его зарядки потребуется очень мощный теплогенератор.

Самый верный способ определения тепловой мощности — это расчет теплопотерь дома. Но для примера мы будем использовать упрощенный метод, согласно которому для обогрева площади в 10 квадратных метров в самый холодный зимний период требуется 1 кВт тепла. Тогда максимальная мощность СО для дома площадью 200 кв. м составляет 20 кВт, а средняя — W = 10 кВт.

Расчет объема

Установка теплового аккумулятора с котлом
Используя полученные данные, определите количество энергии, которое должно быть запасено ТА:

Q = W x t x 3600 (перевод часов в секунды) = 10000 x 8 x 3600 = 288 МДж.

Теплоемкость воды составляет (возьмем значение для температуры 70 градусов): c = 4190 Дж/кг * градус.

Затем нам понадобится вода:

m = Q/c(Tmax — Tmin) = 288 000 000 / 4190 (90 — 50) = 1718 кг.

Предполагая, что высота сосуда равна 2 м, определим площадь основания: S = 1,718 / 2 = 0,859 кв. м. Круг диаметром 1040 мм будет иметь такую площадь.

Для дальнейших расчетов нам понадобится площадь сосуда без дна. Она будет равна S = 0,859 + 3,14 x 1,04 x 2 = 7,39 кв. м.

Расчет толщины теплоизоляции

Толщину теплоизоляции следует выбирать исходя из тепловой мощности, необходимой для обогрева котельной. Теплопроводность современных изоляционных материалов составляет L = 0,040 Вт/м*градус. Поэтому, если взять изолятор толщиной d=100 мм (0,1 м), то из полностью заряженного ТА (температура воды — 90 градусов) в котельную проникнет

q = S*(Tmax — 20) * L / d = 7,39 * (90 — 20) * 0,040 / 0,1 = 206,9 Вт тепла (20 — комнатная температура).

Если вас не устраивает этот показатель, толщину теплоизоляции следует уменьшить.

Изготовление

Самостоятельно построенный тепловой аккумулятор
Итак, рассмотрим, как сделать теплоаккумулятор для котлов своими руками. Самый простой способ — сделать ТА из готовой стальной бочки.

Если у вас его нет, придется сварить резервуар из стальных листов. Он должен выдерживать давление, на которое рассчитан теплообменник котла (обычно 3 атм).

Расположение соединений зависит от схемы подключения. Если ТА подключается как гидравлический разделитель, необходимо установить два штуцера сверху и снизу, длина которых должна соответствовать толщине теплоизоляции.

Одна пара (верхняя + нижняя) будет подключена со стороны котла, а другая пара — с противоположной стороны (где будет подключен отопительный контур). Необходимо подсоединить тройники с термометрами к нижним фитингам.

Бочка обернута фольгой, а затем изоляцией. Последний должен быть материалом, который не выделяет токсичных испарений при контакте с горячими поверхностями.

Пенополистирол не отвечает этому условию — необходима минеральная вата, причем такая, которая не содержит фенолформальдегидных смол в качестве связующего. Такой утеплитель (базальтовая вата) производится для теплоизоляции дымоходов.

Остается закрыть резервуар, облицованный теплоизоляцией, снаружи крышкой из листового металла или тонкой стали.

Бочки для изготовления теплового аккумулятора

Тепловой аккумулятор ствола

Если ТА будет использоваться параллельно для приготовления горячей воды для бытовых нужд, он должен быть оснащен змеевиком. Последний изготовлен из медной трубы диаметром 20 мм.

В крышке резервуара должен быть установлен предохранительный клапан для сброса избыточного давления.

Чтобы гарантировать защиту СО от замерзания при длительном простое котла, следует установить электронагреватель (ТЭН) с термостатом, настроенным, например, на 40 градусов в верхней части ТА.

Этапы установки теплоаккумулятора дома

Первым шагом является оценка несущей способности пола на месте. Этого может быть недостаточно, поскольку вес ТА довольно солидный. В этом случае необходимо построить бетонный фундамент. На фундамент следует уложить песчано-известковую смесь, а на нее — резервуар.

Обвязка

В нашем примере используется схема трубопровода с гидравлическим разделением, где ТА выступает в качестве гидростатического коллектора. Согласно этой схеме, аккумулятор должен быть подключен следующим образом:

  1. С одной стороны к котлу: подающая труба (от котла) к верхнему патрубку, а обратная труба к нижнему патрубку. В этом случае котел должен быть оснащен общим подключением к системе с устройством нижнего слива для предотвращения попадания холодной воды в теплообменник.
  2. Другая сторона подключается к отопительному контуру, который также оснащен перемычкой и входным патрубком. Забор воды в контур должен осуществляться сверху, а возврат — снизу.

К каждому контуру подключен циркуляционный насос. Тот, что установлен между ТА и котлом, пропускает теплоноситель через теплогенератор, заряжая накопительный бак. Второй насос, установленный со стороны отопительного контура, прокачивает теплоноситель через радиаторы.

Завершение работы системы отопления

Тепловой аккумулятор — схема установки

Как только температура воды опускается ниже определенного уровня, открывается смесительный клапан, и система теплового насоса нагревает горячую воду.

Настройка

Для правильного потока жидкости внутри теплового аккумулятора убедитесь, что насос между ТА и котлом перекачивает больше жидкости, чем другой агрегат.

Чтобы определить точную производительность каждого насоса, необходимо провести очень сложные гидравлические расчеты, так как сопротивления контуров значительно отличаются. На практике, с другой стороны, можно регулировать мощность каждой воздуходувки, чтобы обеспечить тонкую настройку.

Это можно сделать двумя способами:

  1. Устанавливайте воздуходувки со ступенчатой регулировкой скорости. В настоящее время доступны циркуляционные насосы с тремя скоростями.
  2. На обратном патрубке отопительного контура к теплоаккумулятору можно установить регулирующий клапан. Изменяя расход через насос отопительного контура, регулируется расход через насос отопительного контура.

Управление насосом происходит при полностью открытом смесительном клапане отопительного контура. Для правильной балансировки температура на термометре со стороны отопительного контура должна быть ниже, чем на термометре со стороны котла.

Как подключить

Человек, многократно знакомый с устройством систем отопления, может легко изготовить теплоаккумулятор своими руками и произвести подключение. Для новичка это не должно быть слишком сложно.

4f26b5b06d674c94a1cf534abcc2344c.jpg

Схема подключения может быть описана следующим образом:

  1. Труба возврата должна быть проложена через весь бак через теплоаккумулятор, с полуторадюймовым входом и выходом на концах.
  2. Сначала соединяются обратка котла и бак. Между ними должен быть установлен циркуляционный насос, перекачивающий воду из корпуса котла в запорный клапан, расширительный бак и нагреватель.
  3. На другой стороне также следует установить циркуляционный насос и запорный клапан.
  4. Подключите подающую трубу так же, как описано выше, но не устанавливайте тепловой насос.

Стоит отметить, что теплоаккумулятор подключается аналогично системе отопления, работающей с одним котлом. Если количество котлов увеличивается, система становится намного сложнее.

Аккумулятор должен быть дополнительно оснащен термометром, датчиками внутреннего давления и расширительным клапаном. Постоянно накапливая тепло, барабан со временем может перегреться. Для предотвращения взрыва необходимо периодически сбрасывать избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Теплоаккумулятор может быть установлен в сочетании с различными системами отопления. В сочетании с каждым из них он предлагает ряд преимуществ и очень быстро окупается.

Наиболее распространенным типом теплоаккумулятора является тот, который устанавливается в сочетании с твердотопливной системой отопления, которая имеет очень низкую остаточную стоимость. Они достигают максимально возможной эффективности и очень быстро нагревают радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Лучше хранить часть вырабатываемой энергии и использовать ее, когда она действительно нужна.

638bd27272625c2297a2342a1315e842.jpg

Двойной счет за электричество в ночное время — проблема для владельцев электрических котлов. Таким образом, батарея будет накапливать тепло днем по более низкой цене и разряжать его в систему отопления ночью.

Такие устройства используются в многоконтурных установках, распределяя воду между контурами. Установив патрубки на разной высоте, можно набирать воду разной температуры.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием обязательно придумает варианты его модернизации. Это можно сделать следующим образом:

194a85cdb0a56d4ce7f5009dc059f49f.jpg

  • Установите в нижней части еще один теплообменник, через который можно аккумулировать энергию, полученную солнечным коллектором.
  • Можно разделить внутреннее пространство резервуара на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы стратификация температуры жидкости была более выраженной
  • Стоит ли вкладывать деньги в теплоизоляцию, каждый решает сам. Но несколько сантиметров пенополиуретана значительно уменьшат потери тепла.
  • Увеличивая количество патрубков, систему можно адаптировать к более сложным системам отопления с несколькими контурами, работающими независимо друг от друга.
  • Для хранения питьевой воды можно сделать дополнительный теплообменник

Правила безопасной эксплуатации

К теплоаккумуляторам, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляются особые требования безопасности:

  1. Горячие компоненты резервуара не должны соприкасаться или иным образом контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого момента может спровоцировать пожар на отдельных объектах и пожар в котельной.
  2. Закрытая система отопления предполагает постоянное высокое давление циркулирующего внутри теплоносителя. Для обеспечения этого момента конструкция резервуара должна быть полностью герметичной. Кроме того, его корпус может быть усилен ребрами жесткости, а крышка бака может быть оснащена прочными резиновыми уплотнителями, чтобы выдерживать интенсивные рабочие нагрузки и высокие температуры.
  3. Если установлен дополнительный нагревательный элемент, его контакты должны быть очень тщательно изолированы, а бак заземлен. Таким образом, можно избежать поражения электрическим током и короткого замыкания, которые могут повредить систему.

Если следовать этим правилам, то эксплуатация самодельного теплоаккумулятора будет полностью безопасной и не доставит владельцам никаких проблем и неприятностей.

Рекомендации по изготовлению

Если вы хотите сделать накопительный бак с нуля, лучше всего использовать для этой цели обычный листовой металл толщиной 2 мм. Вы также можете сварить бак из нержавеющей стали, но не обязательно, так как этот материал будет очень дорогим. Резервуар должен иметь прямоугольную форму для удобства изоляции и изготовления. Зная объем бака, легко рассчитать его размеры в соответствии с условиями его установки в котельной.

teploakkumuljator-sdelannyj-svoimi-rukami-2.jpg

Подсказка. Если вы хотите, чтобы накопительный бак и гравитационная система отопления функционировали вместе, соорудите открытый теплоаккумулятор, то есть обеспечьте его сообщение с атмосферой через трубу в верхней части бака. Он должен быть установлен выше уровня радиаторов, поэтому необходимо приварить дополнительную опору из стальных труб или уголков.

teploakkumuljator-sdelannyj-svoimi-rukami-1.jpg

В некоторых случаях не имеет смысла сваривать бак с нуля, можно изготовить водяной теплоаккумулятор из бочки. Хорошим выбором является металлическая бочка большой емкости; для ее подключения к системе требуется два ниппеля. Пластиковые бочки могут быть опасны из-за высокой температуры воды, если на этикетке изделия не указано, что максимальная температура содержимого пластиковой бочки составляет 100 ºC.

teploakkumuljator-iz-evrokuba.jpg

С таким же предостережением относятся к тем самодельщикам, которые делают теплоаккумуляторы из еврочашек. Конечно, это очень удобно, но этот пластиковый контейнер рассчитан на максимальную температуру 70 ºC. Поэтому еврокуб подходит в качестве аккумулятора, работающего с напольным отоплением, где температура теплоносителя редко превышает 50 ºС, для радиаторных систем он не подходит.

Поделиться:
Нет комментариев
×
Рекомендуем посмотреть
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности
Adblock
detector