Тепловые аккумуляторы для индивидуального отопления своими руками. Теплоаккумулятор – важный элемент системы отопления комфортного и безопасного дома. Теплоаккумулятор с одним или двумя змеевиками

В настоящее время, период постоянного повышения цен на основные виды энергоносителей, вопрос энергосбережения и использования высокоэкономичных отопительных систем приобретает особую актуальность. Особенно важна экономичность систем отопления для загородных коттеджей, которые в качестве источника тепла используют котлы на жидком или твердом топливе.

Обычно система отопления частного дома включает:

• отопительный котел, работающий на различных видах топлива или от электричества;
• систему магистральных трубопроводов;
• отопительные радиаторы (конвекторы).

Для повышения энергетической эффективности и снижения расхода топлива в современные системы отопления включают тепловые аккумуляторы (теплоаккумуляторы). Это устройство представляет собой емкость большого объема, которая включается в систему отопления имеющее различную конструкцию и реализующее разные способы теплообмена.

Сегодня промышленность выпускает для бытовых целей разнообразные устройства для аккумулирования тепловой энергии. Однако большинство из них имеют высокую стоимость, достаточно сложное подключение и необходимость врезки в систему отопления дополнительных устройств ( , датчиков температуры, ручных и управляемых вентилей, а также других приспособлений).

В то же время сегодня имеется достаточное число самодельных конструкций теплоаккумуляторов, которые под силу изготовить и подключить своими руками. При этом стоимость их при самостоятельном изготовлении будет значительно дешевле, а по своим функциональным возможностям они ненамного уступают заводским конструкциям.

Назначение и функциональные возможности теплового аккумулятора

Использование теплоаккумуляторов оправдано не для всех типов систем. На Западе они часто применяются в составе гелиобогревателей. В российских частных домах они преимущественно используются в следующих двух случаях:

• при подключении электрического отопительного котла к многотарифному , когда в ночное время электрообогреватель включен на полную мощность и аккумулятор эффективно накапливает тепло, а днем отопление жилого помещения происходит за счет накопленной энергии, а котел включается лишь для поддержания определенного уровня температуры;
• при отоплении жилища котлом на твердом топливе, когда за счет накопленной днем тепловой энергии постоянной подброски каменного угля или дров ночью не требуется и работа отеплителя производится в экономичном режиме.

Кроме того, включение теплового аккумулятора в систему отопления позволяет значительно расширить ее функциональные возможности, главными из которых можно считать:

• реализацию обеспечения жилых помещений горячим водоснабжением;
• стабилизацию температурного режима и микроклимата жилых помещений;
• значительное повышение энергоэффетивности работы системы отопления, что дает возможность сокращать затраты на использование энергоносителей;
• позволяет объединить несколько разнотипных нагревателей в единую отопительную систему;
• реализацию возможности накопления избыточной тепловой энергии, вырабатываемой нагревательным котлом.

Конструкции теплоаккумуляторов заводского изготовления

Тепловые аккумуляторы, изготовленные промышленным способом, представляют собой стальной бак (обычно цилиндрической формы) во внутренней полости которого размещены один или несколько змеевиков по которым осуществляется циркуляция основного и дополнительного контуров отопления.

Некоторые системы имеют дополнительный подогрев воды, который обеспечивается размещенными внутри теплоэлектронагревателями. Заводские теплоаккумуляторы имеют различные устройства автоматики и контроля нагрева воды.

Самостоятельное копирование подобных устройств в домашних условиях достаточно проблематично и обойдется ненамного дешевле его стоимости в магазине. Самыми сложными элементами являются змеевики, изготавливаемые из нержавеющих или медных трубок, навивка которых является достаточно сложной задачей при решении ее в домашних условиях.

Не менее сложны и вопросы герметизации выходных штуцеров, к которым подключается система отопления, и их уплотнение. Теплоизоляция аккумуляторного бака также является серьезной проблемой.

Ниже будет описана конструкция аккумулятора тепловой энергии, которая вполне пригодна для повторения в домашних условиях. Принцип его работы заключается в следующем:

• теплоноситель, во время работы отопительного котла на полную мощность, частично направляется в теплоаккумулятор;
• после отключения котла нагретый теплоноситель из теплоаккумулятора, циркулируя по , обеспечивает обогрев жилых помещений;
• если разместить внутри корпуса устройства дополнительный змеевик и подключить его к обычной водопроводной магистрали, будет обеспечено горячее водоснабжение жилого помещения;
• переключение работы системы отопления при питании от отопительного котла или от теплоаккумулятора обеспечивается специальной запорно-регулирующей арматурой, которая может срабатывать автоматически или переключаться вручную.

Схема подключения теплоаккумулятора

СО – система отопления. 1 – автоматический распределитель теплоносителя;

2 – циркуляционный насос; 3; 4; 5 – запорно-регулирующая арматура;

6;7 – датчики температуры.

Расчет объема бака

Обычно, в рекомендациях по самостоятельному изготовлению тепловых аккумуляторов для отопления частных домов, объем его бака принимают более 150,0 литров. Однако от этого параметра зависит место размещения и занимаемая баком площадь, поэтому целесообразно определить расчётным методом объем воды, необходимой для обогрева помещения, который должен вмещать бак аккумулятора тепловой энергии.

Исходными данными для расчета являются следующие данные:

Q – удельная тепловая мощность, необходимая для обогрева помещения киловатт-часов;

Т – время работы теплоаккумулятора в сутки, часов

t 1 – температура теплоносителя на входе в отопительную систему, °С;

t 2 – температура теплоносителя на выходе из системы, °С;

m – масса воды, килограмм;

с – тепловая константа (удельная теплоемкость теплоносителя).

Уравнение теплового баланса имеет вид:

Q× T = c × m ×(t 1 – t 2 ) (1)

Решая это уравнение относительно массы m получим формулу:

m = Q × T /[ c × (t 1 – t 2 )] (2)

На отопление частного дома, с обогреваемой площадью 100,0 квадратных метров требуется затрачивать 10,0 киловатт тепловой энергии каждый час. Пусть предполагается работа теплоаккумулятора при отключённом отопительном котле в течении 5,0 часов в стуки. Температуру теплоносителя на входе принимаем – t 1 =80,0°С; на выходе t 2 =30,0°С. Если в системе циркулирует вода, то ее удельная теплоёмкость с = 0.0012 киловатт деленные на килограмм и на градус Цельсия. Подставляя исходные данные в формулу 2 получит необходимую массу воды:

m = 10,0×5,0/ = 833,33 килограмма

Таким образом емкость бака теплоаккумулирующего устройства должна быть не менее 850,0 литров. Учитывая тепловую инерцию отопительной системы в целом и допускаемое снижение температуры теплоносителя устройство сможет работать в инерционном режиме дополнительно еще 2,0…3,0 часа.

При этом следует учитывать, что тепловая мощность обогревающего котла, для нормального функционирования системы теплоаккумулирования, должна превышать потребную для обогрева помещения тепловую мощность на 30,0%…50,0%.

Для изготовления теплоаккумулятора можно приобрести готовую металлическую емкость подходящего объема. Прекрасно подойдут баки для воды, предназначенные для полива садово-огородных участков. Некоторые рекомендуют использовать пластмассовые емкости (типа еврокуба или септика).

Однако при выборе пластиковых сосудов, даже рассчитанных на температуру эксплуатации до 80,0С…90,0С следует знать, что надежность всей системы резко падает, и вряд ли какому хозяину будет приятно оказаться зимой без отопления с разлитым в помещении кубометром воды.

Идеальным решением будет являться самостоятельное изготовление. При этом зная объем бака и площадь помещения, где он будет размещаться нетрудно самостоятельно определить габариты. Для изготовления подойдет листовая сталь толщиной не менее 2,0 миллиметров.

При этом никаких сложностей с монтажом (приваркой) входных и входных штуцеров не будет. Если изготовить бак в форме параллелепипеда или куба значительно облегчатся работы по его дальнейшей теплоизоляции.

Утепление корпуса устройства

Для повышения энергоэффетивности теплоаккумулирующего устройства и снижения тепловых потерь через стенки корпуса в атмосферу его необходимо утеплить. Идеальным теплоизолирующим материалом считается листовой пенопласт, толщина которого 100,0 миллиметров.

При этом плотность материала должна быть не ниже 25,0 килограммов на метр кубический (марки пенопласта «ПСБ-С 25» и выше). Он легко обрабатывается, режется по размерам и в нем без затруднений можно вырезать отверстия под штуцера. Крепят пенопласт () к наружным стенкам при помощи клея.

Можно использовать и рулонную минеральную вату (материал «ISOVER»), плотностью 135,0…145,0 килограммов на метр кубический. Однако этот материал несколько сложнее крепить к стенкам (особенно к днищу бака). Однако минераловатные рулоны более оптимальны при утеплении емкостей цилиндрической формы.

Недостатки теплоаккумулирующих устройств

К недостаткам теплоаккумуляторов следует отнести:

• значительное увеличение объема теплоносителя, что заставляет использовать в качестве его только воду;
• необходимость наличия значительного резервного объема воды, что делает выбор конструкций с дополнительным обогревом при помощи теплоэлектронагревателей более предпочтительным;
• емкость и габариты бака без дополнительного электроподогрева требуют значительной площади, что обычно решается путем обустройства мини котельной.

Основные выводы

Включение накопительного водяного теплоаккумулирующего устройства в отопительную систему позволяет:

• использовать все преимущества «ночного» тарифа при применении отопительных электрокотлов;
• экономить любые виды твердого топлива;
• повысить энергоэффетивность отопительной системы в целом.

Доброго всем дня! Если вы зашли на эту страницу моего блога, то значит вас интересует как минимум 2 вопроса:

• Что такое теплоаккумулятор?
• Как устроен теплоаккумулятор?

Начну отвечать на эти вопросы по порядку.

Что такое теплоаккумулятор?

Для ответа на этот вопрос нужно дать определение. Звучит оно следующим образом, теплоаккумулятор — это емкость, в которой накапливается большой объем горячего теплоносителя. Снаружи емкость покрывается теплоизоляцией из минеральной ваты или вспененного полиэтилена.

Зачем нужен теплоаккумулятор?

Вы спросите: «А зачем нужен этот термос-переросток?» Тут все очень просто, он позволяет оптимальнее использовать тепло, отданное котлом. В паре с теплоаккумулятором всегда работает мощный котел (чаще всего ). Котел быстро и без остановок отдает тепло от сжигаемого топлива в тепловой аккумулятор, а он в свою очередь медленно и в нужном режиме отдает это тепло в систему отопления. Объем системы гораздо меньше, чем объем емкости аккумулятора. Это позволяет «растянуть» тепло от топлива по времени. Получается по сути . При нагреве емкости аккумулятора, котел постоянно работает на полную мощность, а это позволяет избежать появления смолистого конденсата в и котле.

Как устроен теплоаккумулятор?

Как уже было сказано выше, ТА — емкость, в которой накапливается горячая вода (или другой ). Чтобы все было наглядно, посмотрите на следующий рисунок:

Емкость имеет несколько патрубков для подключения различного оборудования:

• Генератора тепловой энергии — котла, .
• Пластинчатого теплообменника для нагрева горячей воды.
• Различного котельного оборудования — группа безопасности, расширительный бак и так далее.

Материалы водосодержащей емкости.

• Углеродистая сталь различных марок с нанесением (или без него) защитной эмали или лака на внутреннюю поверхность — наиболее дешевый и поэтому распространенный материал.
• Нержавеющая сталь — самый долговечный материал, который не подвержен коррозии. Его главным недостатком является высокая цена.
• Стекловолокно — из этого «экзотического» материала изготавливают разборные теплоаккумуляторы, которые собирает непосредственно на месте. Такой метод позволяет пронести ТА по самой узкой лестнице и собрать его точно в нужном месте. Если интересно, посмотрите а видео как это выглядит

Схема подключения теплоаккумулятора.

Теперь давайте рассмотрим как аккумулятор включается в систему отопления:

Из этой схемы видно, что ТА включается в систему отопления как гидравлический разделитель (). Рекомендую прочитать отдельную статью посвященную этому полезному девайсу. Скажу вкратце, что такая схема включения исключает взаимное влияние разных и позволяет обеспечить котел нужным объемом теплоносителя, что положительно сказывается сроке жизни теплообменника.

Теплоаккумулятор и горячее водоснабжение.

Еще одним важным вопросом является устройство в доме горячего водоснабжения. Здесь ТА тоже может прийти на помощь. Конечно, использовать воду непосредственно из системы отопления для санитарных нужд нельзя. Но здесь есть как минимум два решения:

• Подключение к ТА пластинчатого теплообменника, в котором будет нагреваться санитарная вода — применяется на самых простых моделях ТА.
• Покупка теплоаккумулятора со встроенной системой ГВС — она может быть реализована при либо помощи отдельного теплообменника (змеевика), либо по схеме «бак в баке».

Можно, конечно, еще отдельно приобрести , но я считаю, что это можно сделать только при наличии необходимого места у вас в котельной.

Резюме.

Теплоаккумулятор — еще один способ увеличить время между закладками топлива в котел. Кроме этого ТА может применяться в системах с солнечными коллекторами и тепловыми насосами. Чаще всего ТА применяют как замену котлам длительного горения. Альтернатива, безусловно, интересная и достойная вашего внимания. На этом я завершаю свой рассказ. Жду ваших вопросов в комментариях.

При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.

С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.

С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.

Зачем нужен

Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.

Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.

Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:

• Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
• Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
• К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
• Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
• Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.

Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.

По конструкции теплоаккумулятор может быть:

• «пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
• со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
• со встроенным бойлерным баком.

С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:

Расчет

Мощность,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.

• Q = m*С*(T2-T1);
• m – масса, кг;
• С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
• (Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.

Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

• Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
• Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
• Мощность основного источника тепла.

Для периодической работы котла в течение суток

Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.

Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.

Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.

Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.

Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.

Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.

В самом простом случае теплоаккумулятор включается последовательно между котлом и контуром отопления. Между ТА и котлом устанавливается циркуляционный насос, чтобы горячая вода поступала в верхнюю часть ТА, выталкивая холодную воду с нижней части в котел. Между ТА и контуром отопления устанавливается циркуляционный насос для забора горячей воды из верхней части и транспортировки к радиаторам.

Однако при этом существенно поднимается общая теплоемкость системы, и при начальном запуске отопления придется ждать, пока не нагреется весь объем ТА, прежде чем тепло дойдет до радиаторов.

Еще один вариант включения – параллельно котлу отопления. Данный вариант хорошо показывает себя в сочетании с гравитационной системой отопления. Верхний отвод теплоаккумулятора подсоединяется к самой верхней точке раздатки, а в нижнем точк – к котлу.

Недостатки те же, что и в первом случае, нагрев происходит всего объема теплоносителя в системе и в ТА, что существенно увеличивает время на запуск отопления.

Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.

Схема включения с подмешиванием

Лучше всего использовать схему включения с подмешиванием или гидроразвязкой . Используются трехходовые клапаны с термостатом. Теплоаккумулятор при этом устанавливается как отдельный элемент системы, параллельно контуру отопления.

Основная часть автоматики устанавливается на подающем трубопроводе: трехходовой клапан, термостаты, группа безопасности и т.д. По умолчанию трехходовой клапан направляет теплоноситель от котла к радиаторам, пока температура в помещении не достигнет требуемой отметки.

Как только необходимости в активном обогреве нет, клапан переводит часть теплоносителя от котла к теплоаккумулятору, сбрасывая лишнее тепло.

При достижении максимальной температуры воды в ТА и целевой температуры в радиаторах, срабатывает датчик, установленный в котле по перегреву, и он отключается. Пока же требуется обогрев или не прогрет теплоаккумулятор, работа котла продолжается.

Если по каким-то причинам котел перестал выдавать номинальную мощность или полностью выключился при снижении температуры на подающей линии, вода из теплоаккумулятора подмешивается в контур отопления, восполняя теплопотери системы.

Использовать можно несколько трехходовых клапанов на раздаче и на обратке и группу термостатов. Как вариант, в продаже имеются готовые сборки для подключения теплоаккумуляторов – блок автоматического подмешивания, например LADDOMAT.

Своими руками

При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:

• с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
• иметь расчетный объем;
• быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
• быть полностью герметичной.

Для изготовления следует брать листовую сталь, желательно нержавеющую толщиной не менее 3 мм, учитывая общую нагрузку и давление.

Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.

В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.

Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.

Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.

Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.

Российского производства

На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.

Установка в системе отопления водяного аккумулятора тепла решает сразу многие проблемы. С твердотопливными котлами выгоды вообще много: реже топить и ровнее температура в доме. Еще это устройство помогает сделать отопление более экономичным, так как котел работает в самом оптимальном режиме — при активном горении дров. Еще теплоаккумулятор (ТА) позволяет отапливаться электричеством не так дорого. Это хороший вариант сэкономить для тех, у кого есть ночной тариф с солидной разницей в цене относительно дневного тарифа. Единственное что останавливает: высокие цены на теплоаккумулирующие емкости — сотни тысяч. Есть и более дешевый вариант — сделать теплоаккумулятор своими руками. Обойдется в 20-50 тысяч — в зависимости от объема и выбранного материала.

Материалы, конструкция и утепление

Самодельные аккумулирующие емкости для систем отопления обычно делают в виде куба. Размеры и пропорции каждый выбирает исходя из имеющейся площади. В чем их недостаток? В большинстве своем негерметичны. Нет, они не текут и очень хорошо себя чувствуют .

В системе закрытого типа, желательна именно герметичная емкость — чтобы не было воздуха в теплоносителе, можно было поддерживать стабильное давление. Добиться этого в кустарных условиях совсем непросто, хоть и возможно.

С теплообменником и без

Есть два типа теплоаккумуляторов, которые ставят в отопление: с теплообменником внутри подключенным к котлу и без него. Во втором случае, это просто емкость с патрубками. Такие ТА ставят, если теплоноситель в системе и у котла один, и если давление во всех частях системы одинаковое. Третье ограничение — по температуре. В системах отопления такого типа температура внутри котла и на потребителях (радиаторах, теплом полу и других устройствах) может быть одинаковой.

С первого взгляда теплоаккумулятор без теплообменника кажется более выигрышным: прямой нагрев воды более эффективен, чем через опосредованный (через теплообменник). Затраты меньше — так как теплообменник делают из медной трубы или нержавейки и длина трубы — несколько десятков метров.

Но, если пустить воду от котла через змеевик, служить теплообменник котла будет дольше. Ведь в этом круге циркулировать будет небольшой объем. Растворенные в нем соли быстро осядут, а так как новых «поступлений» нет, то и других отложений не будет. Без змеевика прокачиваться будет весь теплоноситель в системе (включая и тот, что в баке), так что осадка будет в десятки раз больше.

Какой длины трубу брать для теплообменника

В большинстве случаев теплоаккумуляторы делают с теплообменниками. Используют для этого медную трубу свернутую спиралью или чугунные радиаторы. С этим все понятно. Но вот какой длины должна быть труба или сколько секций в радиаторе? Это надо считать. Точный расчет длинный и сложный, а приблизительно можно посчитать так:

• По опытным данным секция радиатора имеет коэффициент теплопередачи около 500 Вт/кв.м*град, дюймовая медная труба — 800 Вт/кв.м*град.
• Принимаем также, что средняя разница температур в теплоносителе составляет 10°С.
• Для расчета планируемый запас тепла делим на коэффициент теплопередачи материала (труба или радиатор). Получаем площадь теплообмена для данного случая в квадратных метрах.
• Ищем в данных какая площадь поверхности у выбранного вами материала (у 1 метра трубы или 1 секции радиаторов). Чтобы найти метраж или количество секций, делим полученную площадь теплообмена на площадь поверхности.

Это приблизительный расчет. Данные получатся немного завышенными, но это неплохо. Гораздо хуже, если они будут занижены — теплоноситель в теплообменнике закипит раньше, чем нагреется вода в емкости ТА. Поэтому лучше брать с запасом.

Чтобы было чуть понятнее, рассчитаем длину трубы и количество секций, если надо передать воде в ТА 25 кВт тепла. 25000 Вт /800 Вт/кв.м*град = 3,21 м2. В случае с дюймовой тубой потребуется около 40 м.

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

Что лучше — радиаторы или трубы? С точки зрения практичности, лучше радиаторы. Если вдруг оказалось, что теплопередача сделанного теплообменника недостаточна, всегда можно добавить пару секций. С трубой сложнее — ее не дорастишь. Придется либо брать кусок длиннее, либо мудрить что-то со вторым контуром теплообменника. Есть, правда, еще варианты — добавить оребрение (для увеличения площади теплоотдачи) или установить циркуляционный насос, который будет создавать движение в емкости. За счет этого увеличится теплоотдача.

Насос поставить проще, но работать он будет только при наличии электропитания. Так что этот вариант не на все случаи жизни. Разве что у вас есть электрогенератор или другой источник питания на случай пропадания сетевого напряжения.

Из каких материалов делают

Самостоятельно емкость для аккумулирования тепла в системе отопления делают:

• Из обычной листовой стали толщиной 4 мм. Наиболее бюджетный вариант. Плох он тем, что такой бак ржавеет. Но есть технологии и покрытия, которые позволят этот процесс предотвратить/замедлить (описание чуть ниже).
• Из листовой нержавеющей стали толщиной от 2 мм. Тут проблема в сварных швах. Если сваривать в обычных условиях, в районе нагрева (швы) легирующие металлы выгорают, так что швы ржавеют и текут. Решить проблему можно купив горелку TIG и варить в среде с аргоном.
• Из еврокуба. Это большая пластиковая емкость. Она не ржавеет, герметична. Вот только температура жидкости в ней не должна превышать 72-73°C, иначе ее «поведет». Чтобы не перегревать, придется увеличивать объем или уменьшать «простои» между топками.

А вообще, делают теплоаккумулятор и из больших бочек. Под небольшую систему можно сварить две-три двухсотлитровые бочки. Такую емкость можно поставить в небольшой дом — до 60-70 квадратов.

Чтобы емкость из обычной стали не ржавела, изнутри ее надо покрыть герметичным составом. Для этих целей используют толстую пленку, которой обтягивают бассейны. Ее сваривают по нужным размерам по месту. Есть еще резиноподобные краски или мастики. Часть из них тоже используют для герметизации бассейнов, но многие применяются в различных производствах. И пленки, и мастики/краски вам надо найти те, температурный режим использования которых превышает 100°C (а лучше — 110°C). Еще вариант — термостойкая стеклоэмаль.

Если речь идет о теплообменниках, их делают из самых разных материалов:

Самодельные теплообменники для теплоаккумуляторов делают обычно в виде спирали. Для этих целей отлично подходит отожженная медная ли гофрированная нержавеющая труба. Согнуть их не проблема, даже с небольшим диаметром. Эти два материала и лидируют. Но гофрированная труба не слишком хороша с точки зрения теплоотдачи. Пусть у нее больше площадь поверхности, но движение теплоносителя вдоль нее затруднено. Так что это — не лучший выбор. Особенно для котлов с малой мощностью.

В паре с мощными котлами и в аккумулирующих емкостях больших объемов (от куба и больше), хорошо себя показали чугунные радиаторы. Это бюджетный вариант, но он имеет серьезные недостатки. Первый — большая инерционность. Пока не нагреется сам радиатор, никакого теплообмена с водой. Это увеличивает время нагрева ТА. Второй недостаток — чугун ржавеет. Пусть не так быстро, но все-таки. Чтобы частички ржавчины не попали в систему, на выходе из самодельной буферной емкости ставьте грязевики.

Утепление

Так как основная задача — сохранить как можно больше тепла, самодельные теплоаккумуляторы надо утеплять. Два самых распространенных материала для этих целей — пенопласт высокой плотности (не менее 350 гр/м³) и минеральная вата. Минеральную вату лучше брать в матах, с ней проще работать. По толщине — на низ и бока берут по 10 см, верх могут утеплить тщательнее — 15 см.

Чтобы сделанный своими руками теплоаккумулятор выглядел презентабельнее, и для того чтобы немного улучшить теплосбережение, поверх теплоизоляции покрыть его можно фольгированным пеноизолом, обшить фанерой, ОСП или другим листовым материалом.

Чуть сложнее с утеплением нижней части буферной емкости. Заполненная водой она будет весить весьма солидно, так что многие материалы просто сомнутся, и толк от них будет совсем небольшой. Есть два пути решения:

• В качестве теплоизоляционной прослойки использовать пено/газо бетонные блоки, поверх которых уложить несколько слоев базальтового картона. Получается неплохая теплоизоляция.
• Сделать бак на ножках или сварить раму, на которую поставить емкость. В этом случае можно использовать любой из утеплителей — его можено посадить на монтажную пену.

К необычным материалам, которые использовали для утепления теплоаккумуляторов, относится ячеистый поликарбонат. Он сам по себе хорошо сохраняет тепло, так как используется при строительстве теплиц. Его можно уложить в несколько слоев, доведя теплоизоляцию почти до идеала. В этом случае обшивка фольгированным теплоизолом приобретает больший смысл: тепло будет отражаться обратно на бак.

Ребра жесткости или каркас

Теплоаккумулятор своими руками делают чаще из листового металла. Толщина его — несколько миллиметров. Даже при объеме 500-700 литров получается солидная такая емкость. При заполнении водой, стенки емкости раздуваются в стороны — давление воды немалое.

Вот такие стяжки внутри теплоаккумулятора — для того чтобы стенки не выдавливались водой

Чтобы стенки емкости не прогибались, можно либо наварить изнутри ребра жесткости (как на фото), либо сварить каркас из уголков и металлических полос, а затем обварить его уже металлом. При выборе варианта с ребрами жесткости, наваривать их надо по длинной стороне (если такая есть) с расстоянием не более 50 см. Приварив поперечные полосы на противоположных сторонах куба, их соединяют при помощи металлических полос или штырей, приваривая их тоже с не слишком большим шагом.

Примеры самодельных теплоаккумулирующих емкостей для отопления

ТА для дешевого отопления электричеством

Этот теплоаккумуляторный бак был сделан под электрический котел. С его помощью запасается тепло во время действия ночного тарифа. Емкость получилась большой, чтобы ускорить процесс и иметь определенный запас мощности на случай уменьшения срока действия ночного тарифа, были врезаны еще три ТЭНа по 2 кВт. Они включены «звездой» к трехфазной сети.

По материалам:

• размер бака — 1,5*1,5*0,75 м (емкость около 1,7 м³) , толщина листа — 4 мм (пошла часть листа 1,5*6 м);
• радиатор чугунный — 7 секций;
• металлический уголок — приварен по периметру верхней части для фиксирования крышки;
• резиновый уплотнитель на самоклеящейся основе — для уплотнения той самой крышки;
• металлическая арматура — штуцера с наружной резьбой, отсечные краны;
• электроды для сварки.

Сам процесс сборки емкости прост — надо:

• Проварить все швы, зачистить, покрыть грунтовкой.
• Сделать отверстия под патрубки, установить и обварить арматуру.
• Приварить «стяжки» внутри бака».

  
  ТЭНы установлены внизу — подогревать самый холодный слой
  Чтобы стенки не «раздувало»
  

• Уголки просверлить с шагом 15-20 см. Это отверстия под винты стяжки. затем — обвязку из уголка.
• Места сварки (все) зачистить, прогрунтовать, покрасить.
• Покрыть грунтовкой и покрасить все поверхности снаружи и внутри.
• Зачистить, покрыть грунтовкой два раза и покрасить чугунную батарею/теплообменник.
• К сделанным под теплообменник выводам подключить батарею, закрепить ее в баке.
• К крышке бака по периметру приклеить резиновый уплотнитель. Лучше клеить целым куском — будет более герметично.

Готовый бак установлен на слой пенопласта высокой плотности (10 см), обложен по бокам и сверху матом из минеральной ваты толщиной 1о см. Утеплитель приклеивался к стенкам. При эксплуатации бак и компоненты начали сильно ржаветь. Замедлить процесс помог установленный внутрь магниевый анод.

Самодельный герметичный бак из нержавеющей стали

В систему отопления с угольным котлом мощностью 56 кВт (отапливаемая площадь 190 м ²), собрали теплоаккумулятор объемом в 4 куба. И мощность котла, и размеры бака взяты с очень большим запасом — владелец хочет топить в холода не чаще 1 раза в день, при небольшом минусе — раз в два-три дня. С такими параметрами ему это удается. Предполагается в систему подавать теплоноситель с температурой не выше 50°C, так что радиаторы в комнатах установлены с двойным запасом (). На каждом радиаторе стоят , чтобы была возможность регулировать температуру в каждой комнате отдельно. Для самодельного теплоаккумулятора использовалась листовая нержавеющая сталь толщиной 2 мм.

Из особенностей конструкции: самодельный теплообменник. Он тоже сделан из листового металла. Представляет собой две пластины, между которыми наварены полосы металла. Эти полосы — направляющие для потока теплоносителя. Они немного не доходят до одного из краев, расположены так, чтобы поток шел «змейкой».

Так приварены «направляющие» для потока теплоносителя от котла

Размер теплообменника получился большой. Чтобы конструкция не гуляла, крышку, кроме того что ее обварили, притянули по площади шпильками, места установки обварили накладками из той же нержавеющей стали. Для проверки герметичности провели опрессовку давлением 3,5 Атм. Все цело, течей нет.

По сварке самого корпуса вопросы возникнут вряд ли. Единственное, что может быть интересным — варили обычным сварочным инвертором, но TIG горелкой (куплена в специализированном магазине). Был куплен также бак аргона, так что варили нержавейку в аргоновой среде.

По верхнему краю обварили уголком, к уголку приварили шпильки. На них будет установлена крышка с резиновым уплотнителем.

Так как емкость большая, даже плотный пенопласт ее не выдержит. Поэтому под нее сварена подставка из стального уголка.

Все это установлено в котельной. Бак оклеили со всех сторон минеральной ватой толщиной 15 см, поверх утеплителя обшили ОСП и покрасили. В готовом виде все выглядит неплохо.

По результатам эксплуатации. При морозах в -25°C топить приходится раз в сутки. При температуре -7°C или -10°C — раз в двое суток. При еще более теплой — и того реже.

Как сделать буферную емкость из еврокуба

Если вы решите делать теплоаккумулятор из пластиковой емкости, обязательно обращайте внимание на температурные характеристики. Так как температура теплоносителя может достигать 90°C, то такой и должна быть температура, которую длительное время выдерживает пластик. Таких еврокубов немного и стоят они дорого. В принципе, можно ориентироваться по цене. Если емкость дорогая, она может подойти. Высокой теплостойкостью отличаются изделия из полиэтилена низкого давления (PE-HD). Вот такие емкости и подходят для того, чтобы сделать своими руками из них теплоакумулятор.

Сделать из евробака аккумулятор тепла проще чем из любого другого материала. Емкость готова, надо только внутрь запустить теплообменники, прорезать и вставить функциональные устройства и арматуру. Главная задача — аккуратно вырезать отверстия — ровно под фурнитуру. Герметизируют их при помощи высокотемпературных герметиков (не кислотных).

Если надо установить в бак теплоаккуммулятора из еврокуба ТЭНы, часть стенки лучше вырезать, вырезать пластину из толстого листового алюминия. Пластину притянуть к стенке болтами с паронитовыми прокладками, тщательно все промазав все тем же герметиком.

Утепление:

• бока — фольгоизол 5 мм. фольгой внутрь + 50 мм. ЭППС
• верх — 2 слоя 10 мм. фольгоизола + 50 мм ЭППС
• снизу только 10 мм. фольгоизол — на него куб был поставлен при установке.
• Швы пропенены дополнительно. Так что ЭППС в безопасности.

Отзыв от эксплуатации:

«Вчера потеплело до +2, так у меня утром, в 7-00, было 85 градусов, в ТА, в 16-00 78 град, около 23-00, перед включением ТЭНов — 75. В результате ТЭНы работали очень мало! Но так не всегда, бывает остывает сильнее. Погода, ветер, и т. д. — всё влияет».

Твердотопливные котлы используются при отоплении дома, поскольку они хороши в качестве альтернативы газовым, когда нет газопровода. Но эффективность твердотопливной системы отопления невелика. Положение можно исправить, смонтировав теплоаккумулятор для котла.

Что такое теплоаккумулятор?

О том, как смонтировать теплоаккумулятор, мы и расскажем в следующих строках. Однако поначалу давайте разберёмся, что представляет собой описываемый агрегат, предназначенный для твердотопливного котла. Всё просто: это ёмкость, сберегающая тепловую энергию котла за счёт сбора определённого количества теплоносителя. Установка такого элемента системы решает сразу несколько задач:

По сути, устройство описываемой ёмкости несложное, при желании легко изготовить теплоаккумулятор исключительно своими руками. Его конструкция, собственно, включает такие элементы:

• сама ёмкость,
• утеплитель всего корпуса,
• входной патрубок-ввод,
• выходной патрубок-вывод,
• внутренние змеевики.

Последний элемент - змеевик - имеется, в основном, у покупных тепловых аккумуляторов, изготавливаемых на производстве. То есть, у такого оборудования теплоноситель курсирует по многочисленным трубчатым змеевикам внутри сухой ёмкости. А теплоаккумулятор, который легко сделать своими руками - это просто пустотелый бак без змеевиков. Именно внутри этой ёмкости и хранится собранный теплоноситель. Из данных строк ясно, что существует два вида описываемых агрегатов:

• ёмкость со змеевиками внутри, предназначенными для сбережения теплового агента,
• простейший теплоаккумулятор в виде бочки для сбережения теплоносителя.

Теперь должен быть понятен принцип работы аккумулирующего агрегата для твердотопливного котла. При работе оборудования на жёстком горючем теплоаккумулятор пополняется горячей водой. При отключении котла, эта вода подпитывает систему отопления.

Также легко выявить преимущества и недостатки двух указанных нами видов сберегающих устройств. Если тепловой аккумулятор выполнен со змеевиками, то

• увеличивается период сохранности тепла,
• увеличивается общая эффективность системы,
• однако, такой агрегат невозможно сделать в домашних условиях.

Если же тепловой аккумулятор выполнен без змеевиков, по принципу хранения теплоносителя в бочке, то

• он очень легко изготавливается своими руками, достаточно иметь минимум средств и подходящую ёмкость,
• но у него небольшой КПД.

Как сделать теплоаккумулятор для твердотопливного котла из бочки

Предварительно необходимо рассчитать объем требуемой ёмкости и сделать чертёж . На чертеже нужно изобразить стандартную бочку, в которую входит два трубопровода. Один из них транспортирует теплоноситель от теплообменника котла, а второй переправляет горячую воду к радиаторам отопления. Остаётся лишь посчитать габариты бочки, точнее, её объём. Зная объём, легко определить диаметр и высоту по справочным данным.

Начнём расчёт. Предположим, наш тепловой генератор на твёрдом топливе полностью бездействует ночью на протяжении 4 часов (после остывания), а площадь нашего небольшого дачного дома 30 кв. м. Следовательно, бочка должна отдавать в час примерно одну десятую площади - 3 кВт. Итого, 12 кВт за ночь. При этом разницу температур бочки и отопления примем максимум 40 градусов (скажем, если в ёмкости вода нагрета до 90, то в радиаторах - хотя бы до 50).

Согласно школьному курсу физики, m=Q/Ct, где

• Q - вся тепловая энергия, у нас это 12 кВт,
• С - удельная теплоёмкость агента, то есть воды, равная 0,0012 кВт/кг х гр. Цельсия,
• t - разница температур.

Получаем по этой формуле: m = 12/0,0012х40 = 250 кг. Таким образом, можно принять объем воды равный 250 литров. Выходит, в качестве теплоаккумулятора для твердотопливного котла при заданных условиях нам подойдёт металлическая бочка на 250 литров. Примерные размеры такой бочки - 600х900 мм. То есть диаметр равен 0,6 м., а высота (длина) - 0,9 м.

Что нужно взять

Для процесса изготовления нашего теплоаккумулятора необходимо заготовить следующие материалы и инструменты.

• Обычная металлическая бочка, её можно купить в магазине,
• сварочный аппарат с маской и электродами,
• электроинструмент типа «болгарки» и диски шлифовальные и отрезные, дрель и свёрла, коронка по металлу.
• два стандартных стальных патрубка для отопления, каждый с резьбой на конце, обычно на 3/4 дюйма,
• минвата.

Начать процедуру лучше при участии помощника. Кроме того, должен быть уже готов чертёж.

Чертёж теплоаккумулятора

Пошаговое изготовление своими руками

Это важно знать! Нельзя использовать пластиковую бочку. Она не способна выдержать рабочую температуру теплового агента, достигающую 90 градусов Цельсия. Стенки такой бочки во время работы в системе просто начнут плавиться. Исключение могут составить пластиковые ёмкости, на которых указана производителем максимальная температура содержимого выше 90 градусов. Но в этом случае ещё нужно решить, как приделать патрубки.

Ещё несколько замечаний

Вот мы и сделали простой теплоаккумулятор для небольшой системы отопления. Как итог - ещё несколько важных замечаний. Для нашего примера необходимый объём бочки получился 250 литров. Однако когда дом большой, может понадобиться накопитель гораздо большего размера. В таком случае лучше будет сварить кубический короб. К тому же, его легче утеплить специальными материалами.

Некоторые умельцы используют для такого варианта стандартный, так называемый европейский, куб объёмом 1000 литров. Он продаётся во многих магазинах. Но здесь нужно помнить, что он пластиковый. Как правило, максимальная температура воды, которую выдерживает «еврокуб», равна 70 градусам по Цельсию, если в маркировке не указано иное. Так что использовать данную ёмкость в системе отопления просто опасно.

И ещё об утеплителе. Пенопласт - это идеальный вариант для кубического короба из металла. Дело в том, что данный утеплитель легко клеить к стенкам. Минвата больше подойдёт для обычной бочки, но нужно будет придумывать, как её закреплять, ведь описанный нами метод с металлическими кольцами не обязателен к применению.

Видео: полезная информация об агрегате

Итак, мы описали простой способ создания аккумулирующей ёмкости для отопления. В процессе самостоятельного изготовления такого агрегата возможны самостоятельные коррективы в описанной технологии.