Самодельный теплоаккумулятор


Теплоаккумулятор своими руками

Если владелец дома или квартиры собирается сделать подобную конструкцию самостоятельно, то ему поначалу следует точно выяснить, какие именно функции она выполняет.

С помощью теплоаккумуляторов можно не только поддерживать комфортную температуру в помещении, но и обеспечить проживающих людей горячей водой и сильно снизить финансовые затраты на само отопление. За счет установки подобного оборудования можно сразу объединить несколько источников тепла, образовав один общий контур.

Выполняем расчеты

Самодельный теплоаккумуляторПрежде чем приступить к изготовлению теплового аккумулятора, необходимо произвести все необходимые расчеты, которые помогут правильно подобрать объем изделия. В первую очередь, следует принимать во внимание, что требуемое количество тепловой энергии должно совпадать с уровнем потерь тепла.


Можно попробовать воспользоваться достаточно простым принципом, который не принимает во внимание разного рода дополнительные факторы, так как для отопления частного дома этого будет вполне достаточно.

При расчетах следует учитывать, что на каждые десять квадратных метров отапливаемой площади понапрасну расходуется 1 кВт тепла. Эта величина весьма усредненная, однако лучше всего отталкиваться именно от этого показателя.

Для грамотного восполнения потерь тепла нужно учитывать и момент, связанный с объемом воды, циркулирующей по отопительной системе, а также ее температуру. Приблизительно будет расходоваться около 7 тысяч кВт ежемесячно только на теплопотери для дома, отапливаемая площадь которого составляет порядка ста квадратных метров. По этой причине следует подбирать объем аккумулятора таким образом, чтобы он мог выделять подобное количество теплоты в указанный период.

Также надлежит помнить, что диапазон температуры в данном аккумуляторе будет равен 40 градусам – от 50 до 90. Более того, данные конструкции способны нормально функционировать даже при погашенном котле – их запаса энергии хватает на восемь часов беспрерывной работы.

Теплоаккумулятор имеет в своей конструкции определенную теплоизоляцию, чтобы вода не отдавала тепло стенкам бака. Лучше всего изолировать его с помощью теплоизоляционных материалов современного типа, так как они способны удерживать тепло в течение длительного времени. В принципе, толщины теплоизоляции, равной 10 см, будет вполне достаточно. Если же конструкция будет получаться чересчур громоздкой, то толщину этого слоя можно сделать несколько меньше.


Необходимые материалы и инструменты

Перед началом работы следует запастись всем необходимым, чтобы все находилось под рукой:

  • Листовой утеплитель (наиболее качественным изделием на сегодняшний день является минеральная вата) – будет вполне достаточно 20-ти квадратных метров;
  • Патрубки подходящего диаметра, по которым теплоноситель будет заходить в бак;
  • Медные трубки или ТЭН;
  • Цементно-песчаный раствор или бетонная плита подходящей толщины;
  • Фольгированный скотч;
  • Листовой металл – можно взять оцинкованную жесть, так как она не ржавеет и не поддается коррозионным процессам.

Схема подключения теплоаккумулятора

Изготовление

Когда все необходимые расчеты произведены, удалось определиться с объемом теплового аккумулятора, а под рукой есть все необходимое для сборки, можно начинать собирать саму конструкцию.


Если роль теплового аккумулятора будет выполнять металлическая бочка, то ее сначала следует полностью очистить от мусора, ржавчины и прочих загрязнений. Желательно также обработать изделие антикоррозийными составами хотя бы изнутри, но лучше и снаружи покрыть ими, чтобы ржавчина не образовывалась в течение как можно большего времени.

Для этого лучше взять ортофосфорную кислоту, покрыть ей поверхность металла, а затем для лучшей гидроизоляции обработать бочку четырьмя или даже пятью слоями грунтовки.

На следующем этапе следует позаботиться о том, чтобы тепло не уходило из бочки. Это нужно для того, чтобы вода оставалась подходящей температуры в течение длительного периода времени. Кроме того, теплоизоляция предназначена для недопущения нагрева окружающего аккумулятор воздуха. Это позволит значительно сэкономить энергию.

Если минеральную вату достать не удалось, то вместо нее можно взять пенопласт, толщина которого должна составлять не более 10 см. С этим материалом довольно легко работать – резать и крепить. Более того, он достаточно легкий.

В случае с минеральной ватой закреплять ее придется при помощи фольгированного скотча, плотность этого утеплителя значительно выше. При необходимости можно изготовить дополнительный внешний кожух из жести или другого листового металла.


В дальнейшем следует сделать змеевик, внутри которого будет перемещаться теплоноситель. Он изготавливается из медных трубок, диаметр которых должен быть не более 30 мм. Длина этого элемента конструкции напрямую зависит от того, насколько большого объема получился теплоаккумулятор. В среднем тратится порядка 15 метров этой трубы. Этот элемент должен быть подключен к котлу, так как по нему будет проходить горячая вода. Холодная вода, расположенная в баке, начнет разогреваться именно благодаря данному змеевику.

Конструкция практически полностью готова. Нужно проделать два отверстия, через которые будут подводиться подводящие и отводящие патрубки. На них в дальнейшем нужно будет установить запорную арматуру.

На место, где будет установлена данная бочка, следует положить бетонную плиту или же изготовить какое-нибудь иное жесткое основание, чтобы конструкция в процессе эксплуатации не сошла со своего места. Его можно выложить из кирпича или же залить пол бетоном самостоятельно.

Инструкция по изготовлению теплоаккумулятора

Как подключить

На начальном этапе следует установить котел согласно схеме. На трубу, которая будет идти к накопителю, нужно будет поставить специальную группу безопасности и трехходовой клапан, чтобы не допустить возникновения конденсата. В дальнейшем к системе следует подключить теплоаккумулятор, а к трубе, выходящей из него, нужно будет присоединить трехходовой смесительный кран.

Теплоаккумулятор не обойдется без установки циркуляционного насоса, который должен быть оснащен релейным термостатом с погружной гильзой. Также следует устанавливать два обратных клапана.


Блиц-советы

  • Теплоаккумуляторы на сегодняшний день набирают все большую и большую популярность во многом благодаря таким своим характеристикам, как эффективность и экономность.
  • Загружать топливо в котел, подключенный к системе отопления с интегрированным теплоаккумулятором, можно раз в сутки, а если конструкция будет более совершенной, то топливо придется добавлять один раз в несколько дней.
  • Первый запуск котла следует проводить в присутствии соответствующих специалистов. Они должны будут проконтролировать, насколько правильно работает вся система, есть ли циркуляция воды в отоплении, нет ли протечек, достаточно ли хорошо утеплен тепловой аккумулятор и так далее.
  • Теплоаккумулятор может прекрасно сочетаться с котлами, работающими на газе или на электричестве.

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.

Если вам необходимо вычислить объём ёмкости, зная высоту и один из следующих параметров: радиус, диаметр или площадь основания, то удобнее всего воспользоваться калькулятором, производящим расчёт в режиме онлайн.

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.

чертеж простейшего теплоаккумулятора

Пошаговое изготовление своими руками

  1. Предварительно бочку тщательно зачищают изнутри. Это нужно для исключения постоянного загрязнения теплоносителя ржавчиной и окалиной. Зачистку можно сделать с помощью болгарки и шлифовальных кругов.теплоаккумулятор из бочки фото

  2. Далее, необходимо просверлить два отверстия — входное и выходное, под диаметр патрубков подачи. Для этого сначала применяют дрель со сверлом по металлу, а затем лучше использовать коронку.
  3. Далее, внутрь полученных отверстий тщательно вваривают патрубки для входа и выхода теплоносителя, то есть, прогретой воды. На этих патрубках должна быть нарезана резьба на концах, которые не приваривают. Позже посредством этой резьбы будут прикручиваться шаровые краны для врезки в общую систему отопления.
  4. После этого очень добросовестно приваривают верхнюю крышку. Все сварные швы должны получиться герметичными во избежание протечек.
  5. Наконец, утепляют теплоаккумулятор снаружи минватой, для этого оборачивают бочку пластами минваты, после чего тщательно стягивают эти пласты, обернувшие бочку, кольцами из металлической крепёжной ленты.
  6. Нам остаётся вмонтировать узел в систему посредством шаровых кранов. Теплоаккумулятор должен располагаться сразу после котла, причём по уровню — выше радиаторов, чтобы тепловой агент хорошо их пополнял из нашей ёмкости.

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.

Применение теплового аккумулятора

Аккумулирующий контейнер с водой используется для домов с периодическим отоплением, а именно:


  1. Для электрических котлов, оборудованных многотарифным счетчиком, которые экономно работают исключительно ночью (стоимость электроэнергии ночью в 3 раза дешевле, чем днем).
  2. Для котлов на твердом топливе, которые ночью прекращают работать из-за необходимости в периодическом подбрасывании дров или угля.

Использование подобных установок в системе не только продлевает период ее эксплуатации, но и выполняет ряд других полезных функций.

Преимущества теплового аккумулятора

Устройство выполняет следующие функции:

  1. Накапливает теплоэнергию, за счет чего существенно экономит топливо.
  2. Позволяет соединить в одной системе несколько источников теплоэнергии (гелиометрическую систему, ТЭН, котел и др.).
  3. Повышает КПД котла.
  4. Оберегает все элементы от перегрева.
  5. Нагревает воду.
  6. Контролирует температурный режим в помещениях.

В независимости от преимуществ установки, существует и несколько минусов.

Как комплектуется теплоаккумулятор к котлу

Принцип работы

Теплоаккумулятор накапливает энергию за счет прямого или косвенного отопления в системе, а температура при этом достигает своей максимальной отметки. Как только котел перестает работать, устройство начинает отдавать накопленную от нагретой воды энергию обратно теплоносителю.

Чтобы тепловой аккумулятор работал качественно, его следует подключить как можно ближе к выходному патрубку теплоносителя. Также конструкция должна отвечать таким требованиям:

  1. Правильно подобранный объем бака, который зависит от отапливаемой площади.
  2. Качественная теплоизоляция стенок, которая снижает уровень тепловых потерь.
  3. Выполнение функции ГВС (горячее водоснабжение).

Теплоаккумулятор – вертикальная герметичная емкость (бак), которая покрыта изоляцией и имеет 4 патрубка для подведения и отведения воды (2 сверху и 2 снизу). В качестве материала для бака используется черная или нержавеющая сталь, которая может быть покрыта эмалью.

Схема

Виды теплоаккумуляторов

Классификация аккумулирующих емкостей:

  1. В зависимости от конструкции устройства бывают:
    • Теплоаккумуляторы со встроенным змеевиком или тэном.
    • Устройства с двумя и более змеевиками или тэнами.
    • Комбинированные устройства, где используется тэн и змеевик одновременно.
  2. В зависимости от места монтажа:
    • Термосифоны – монтируются на солнечных коллекторах. Они состоят из двух баков (внутреннего и наружного), между которыми устанавливают теплоизолятор толщиной 50 мм. Материал изолятора – пенополиуретан.
    • Буферные контейнеры – монтируются подобные емкости внутри помещения. Конструкция такая же, как и у термосифонов.
  3. В зависимости от функции ГВС:
    • Модели с наличием ГВС.
    • Модели без ГВС.

Конструкция устройства очень сложная, поэтому стоимость моделей заводского производства такая высокая. Чтобы сэкономить средства можно соорудить подобную установку самостоятельно.

Делаем своими руками

Для разработки установки можно использовать стальные бочки или обыкновенные листы стали. Форма бака может быть как цилиндричной, так и квадратной. Но прежде чем приступить к изготовлению, необходимо провести расчеты объемов, мощности и теплоизоляции.

Чтоб узнать объем бака, необходимо вычислить какое количество жидкости должно быть в тепловом аккумуляторе. Используем следующую формулу:

где: Q – это расход теплоэнергии во всей системе, кВт;

c – теплоемкость воды, которая 4,187 кДж/кг ºС либо 0,0012 кВт/кг ºС;

∆T – Разница между максимальным и минимальным значением температур жидкости в емкости и трубопроводе ºС.

Пример! Для помещения с площадью 100 м2 в среднем требуется за час 10 кВт тепловой мощности. За 8 часов простоя теплогенератора, понадобится накопить 80 кВт. Максимальная температура воды равна 90ºС, а минимальная – 50ºС. Подставляем данные в формулу: m= 80/(0.0012*(90-50))=1667 кг.

Из этого следует, что приблизительный объем бака должен быть 1,7м3. Такой бак будет обеспечивать отопительную систему потоком с температурой 50ºС на протяжении 8 часов. Затем начнется постепенное остывание помещения и спустя 3-4 часа полностью разрядится аккумулятор.

Важно! Чтобы устройство успевало полностью подзарядиться в период функционирования котла, ему необходимо иметь дополнительный запас мощности.

Расчет толщины теплоизолителя напрямую зависит от мощности, которая нужна для отопления котельни. Теплопроводность изоляционных материалов составляет 0,040 Вт/м ºС.

Узнаем, сколько тепла будет проникать в котельную, используем формулу:

где: S – площадь поверхности бака без днища, кв. м.;

Tmax – максимальная температура воды, ºС;

20 – температура воздуха внутри помещения, ºС;

Л – теплопроводность изоляционных материалов, Вт/м ºС;

d – толщина теплоизолятора, м.

Формула для площади поверхности бака без дна:

где: Sос – площадь основания бака;

d – диаметр круга, мм;

h – высота бака, м.

Пример! Если высота бака 2м., то Sос = 1,667/2 = 0,834 кв. м. Такая площадь будет у круга с радиусом 1030 мм. Отсюда S = 0.834+3.14*1.03*2 = 7.30 кв. м.

Используя теплоизолятор с толщиной 0,1 м., то из теплоаккумулятора в котельную будет поступать 204,4 Вт тепла.

q=7.3*(90-20)*0.040/0.1=204.4 Вт

Если данный показатель не подходит, то толщину изоляции необходимо уменьшить.

Необходимые материалы и инструменты

Для изготовления теплового аккумулятора понадобится емкость объемом более 150 литров. Самостоятельно сделать такую емкость несколько проблематично, но возможно. В качестве альтернативного варианта можно применять баки советского производства, которые выполнены из нержавеющей стали.

Они ранее использовались столовыми для подогревания воды. А если достать подобный раритет не получилось, подойдет любая емкости из стали с толщиной стенок от 5 мм. Самый доступный вариант – бочка.

Для работы понадобятся такие материалы как:

  1. бак с емкостью более 150 литров;
  2. теплоизоляционный материал;
  3. медные трубы с диаметром 20-30 мм (змеевик) или тэны;
  4. термометр;
  5. патрубки;
  6. крепежи для термометра и змеевика (тэна);
  7. электронагреватель мощностью в 800Вт и длиной приблизительно в 2 м.
  8. сварочный аппарат;
  9. инструменты.

В качестве теплоносителя для устройства можно использовать несколько материалов, теплоемкость которых представлена в таблице:

Жидкость Теплоемкость, Дж/кг*К
Нашатырный спирт 4730
Вода 4200
Глицерин 2660
Этиленгликоль 2300
Керосин 1950
Машинное масло 1800

Исходя из этих данных, самый доступный и эффективный материал – вода.

Изготовление

Рассмотрим более детально, как из бочки соорудить аккумулирующую емкость. Этапы монтажа устройства:

  1. Выбрать бочку нужного объема.
  2. Очистить ее, устранить пыль и мусор, избавится от коррозии.
  3. Упрочнить бочку с наружной стороны ребрами жесткости (особенно когда теплоаккумулятор рассчитан на более, чем 5м3).
  4. Под болты необходимо приварить фланец размером с крышку.
  5. Увеличить толщину крышки, приварив к ней ребра жесткости.
  6. Отшлифовать внутреннюю поверхность бочки, а затем обработать ортофосфорной кислотой. После прогрунтовать поверхность 4-6 раз и покрыть несколькими слоями теплостойкой краски.
  7. Вварить внутрь тэны или змеевики и сделать отверстия для патрубков.

    Важно! Если позволяют возможности можно использовать вместо стандартной системы покраски, порошковую окраску. Ею покрыть поверхность следует после установки змеевиков. Такой способ позволяет добиться одинакового по толщине слоя из термостойкого полимера, который прекрасно защитит от коррозийных процессов.

  8. Приварить патрубки, проверить герметичность установки, осмотреть змеевика и все швы, отверстия и саму поверхность бака.
  9. Изготовить наружный цилиндр.
  10. Отшлифовать, прогрунтовать и обработать серебрянкой поверхность бочки снаружи.
  11. Обмотать бочку алюминиевой фольгой, а затем утеплить минеральной ватой.

К самодельным установкам выдвигается несколько требований относительно безопасности:

  • Запрещается контакт горячих деталей установки с легковоспламеняющимися и взрывающимися материалами.
  • Из-за высокого внутреннего давления и закрытости системы нужно обеспечить максимальную герметичность, монтировать ребра жесткости и специальные резиновые прокладки для крышки.
  • В случае использования дополнительного нагрева в виде тэнов, необходимо заизолировать все контакты и сделать заземление для бака.

Утепление

В качестве теплоизолирующего материала можно использовать:

  1. Пенопласт толщиной в 10 см и плотностью 25кг/м3. Этот материал очень удобный в использовании. Его легко клеить к металлическим стенкам и просто прорезать отверстия для патрубков.
  2. Минеральная вата толщиной 10 см и плотностью 135-145 кг/м3. Ее проблематичнее прикрепить к устройству.
  3. Рулонный утеплитель ISOVER. Его используют для круглых баков, изготовленных из бочек. Прикрепить материал к бочке трудно, особенно в нижней ее части.

Лучшим вариантом для утепления выступает материал, который не выделяет при нагревании ядовитых испарений. Пенопласт, к сожалению, не подходит под это условие. А минеральная вата не должна содержать фенолформальдегидных смол. Идеальный вариант для утепления – базальтовая вата.

Установка и подключение

Чтобы подключить устройство понадобится в первую очередь выбрать место, для установки. Наилучшим вариантом будет его расположение в максимальной близости к котлу, тогда температура носителя будет высокой и увеличится скорость нагрева жидкости в емкости.

Второй этап – сооружение дополнительного фундамента под установку, поскольку ее вес более 2 т. Если система предусматривает горячее водоснабжение, понадобится провести водопровод.

Схема подключения самодельного устройства у каждого своя. Приблизительный способ подключение для одного работающего котла состоит из следующих шагов:

  1. Через бак проходит обратный трубопровод, поэтому с его концов должны быть вход и выход размером в 1,5 дюйма.
  2. В первую очередь необходимо подсоединить обратку котла к баку, разместив между ними циркуляционный насос. Он требуется для распределения воды из бочки в расширительный бак, отсекающий кран и в отопительный прибор.
  3. Со стороны подачи тоже монтируется отсекающий кран и циркуляционный насос.
  4. Соединять трубопровод подачи следует аналогично обратке, но без установки тепловых насосов.

Если количество контуров более двух, то схема подключение существенно усложнится.

Тепловой аккумулятор следует дополнительно оборудовать термометром, взрывным клапаном и датчиками, контролирующими уровень давления внутри. Из-за постоянного накопления тепла бочкой может произойти перегрев, поэтому следует периодически сбрасывать избыточное давление.


Использованные источники

  1. forum.abok.ru/index.php?showtopic=45051
  2. housetronic.ru/otoplenie/element/teploakkumuliator.html
  3. aqua-rmnt.com/otoplenie/samodelnyj-teploakkumulyator.html
  4. orcmaster.com/otoplenie/sistema/teploakkumulyator.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.