Теплоаккумулятор для твердотопливного котла изготовить своими руками

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:

• повышает эффективность отопления — при полной остановке котельного оборудования эта ёмкость пополняет контур обогрева новыми дозами горячей воды,
• помогает сэкономить твёрдое топливо — за счёт наличия в системе теплоаккумулятора котёл можно не топить ночью,
• продлевает жизнь всей системы,
• предотвращает перегрев отопительного контура, принимая излишки тепла на себя,
• допускает возможность объединения внутри себя альтернативных источников энергии, таких, как тэны от солнечных батарей.

Схема с теплоаккумулятором

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.

Далее рассмотрим, как сделать такой теплоаккумулятор для твердотопливного котла из простого металлического цилиндра.

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. Найти его можно здесь: https://calcsoft.ru/obyom-cilindra

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.

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.

Зачищенные изнутри бочки

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.

В нынешние времена удорожания всех видов энергоносителей многих домовладельцев стал серьезно волновать вопрос их экономичного использования. Один из вариантов – это включение в схему отопления большой емкости с водой – теплового аккумулятора.
Но емкости заводского изготовления отличаются немалой стоимостью. В то же время некоторые домашние мастера – умельцы разобрались, как можно сделать теплоаккумулятор своими руками, что выйдет гораздо дешевле. Об этом опыте и будет рассказано в данной статье.

Немного о назначении и конструкции

Прежде чем давать рекомендации по изготовлению этого важного узла, вкратце определимся, для чего он нужен и рассмотрим его заводскую конструкцию. Итак, аккумулирующие емкости с водой применяются в случаях периодического отопления дома, а точнее:

• при работе электрического котла с многотарифным счетчиком, когда нагреватели могут экономно функционировать лишь в ночное время. Агрегат, работая на полную мощность, обогревает дом и накапливает тепловую энергию в баке с водой;
• накопление теплоты необходимо и для котлов на твердом топливе, которые наоборот, останавливаются в ночное или другое время, если некому заложить в топку новую порцию дров или угля;

Агрегаты заводского изготовления представляют собой бак круглой формы, заполненный водой. В нее погружены несколько змеевиков, в них циркулирует теплоноситель котлового и других контуров отопления. Конструкция достаточно сложна в производстве и оттого недешева, в этом можно убедиться, посмотрев чертежи теплоаккумулятора.

Если попытаться взять за основу подобное устройство, чтобы самостоятельно изготовить теплоаккумулятор, то в конечном счёте он обойдется ненамного дешевле заводского. Медные или нержавеющие трубки и работа по навивке из них змеевиков, герметизация вводов и утепление отнимут у вас массу времени и денежных средств. Для домовладельцев, желающих произвести сборку и установку самодельного накопителя тепла, есть более простое решение, описанное ниже.

Расчет объема накопительного бака

Данное решение заключается в том, что теплоаккумулятор, сделанный своими руками, представляет собой обычную утепленную емкость с двумя патрубками для присоединения к системе отопления. Суть заключается в том, что котел в процессе работы частично направляет тепловой носитель в накопительный бак, когда радиаторы в этом не нуждаются. После отключения источника тепла происходит обратный процесс: работа системы отопления поддерживается водой, поступающей из аккумулятора. Для этого нужно будет правильно выполнить обвязку накопительной емкости с теплогенератором.

Первым делом надо определить объем бака для аккумуляции тепловой энергии и произвести оценку возможности его размещения в котельной. Кроме того, изготовление теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов необязательно начинать с нуля, есть различные варианты подбора готовых сосудов подходящей вместительности.

Мы предлагаем ориентировочно определить объем бака самым простым способом, основанным на законах физики. Для этого надо иметь такие исходные данные:

• тепловая мощность, потребная на обогрев дома;
• время, в течение которого источник тепла будет отключен и его место займет аккумулирующая емкость для отопления.

Способ расчета покажем на примере. Есть здание площадью 100 м2, где теплогенератор простаивает 5 часов в сутки. Укрупненно принимаем необходимую тепловую мощность в размере 10 кВт. Это значит, что каждый час аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт энергии, а на весь промежуток времени ее надо накопить 50 кВт. При этом вода в баке нагревается минимум до 90 ºС, а температура на подаче в системах отопления частных домов при стандартном режиме принимается равной 60 ºС. То есть, разность температур составляет 30 ºС, все эти данные мы подставляем в хорошо знакомую из курса физики формулу:

Q = cmΔt

Поскольку мы хотим узнать количество воды, что должен содержать тепловой аккумулятор, то формула принимает такой вид:

m = Q / c Δt, где:

• Q – общий расход тепловой энергии, в примере равен 50 кВт;
• с – удельная теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж / кг ºС или 0.0012 кВт / кг ºС;
• Δt– разность температур воды в баке и подающем трубопроводе, для нашего примера это 30 ºС.

m= 50 / 0.0012 х 30 = 1388 кг, что занимает ориентировочный объем 1.4 м3. Итак, тепловая батарея для твердотопливного котла емкостью 1.4 м3, наполненная водой, нагретой до 90 ºС, будет обеспечивать дом площадью 100 м2 теплоносителем с температурой 60 ºС в течении 5 часов. Потом температура воды упадет ниже 60 ºС, но еще какое-то время (3—5 часов) понадобится на полную «разрядку» аккумулятора и остывание помещений.

Важно! Для того чтобы тепловой аккумулятор, изготовленный своими руками, успевал полностью «зарядиться» во время работы котла, последний должен иметь не менее чем полуторный запас по мощности. Ведь отопителю надо одновременно обогревать дом и загружать накопительный бак горячей водой.

Рекомендации по изготовлению

Если требуется сделать аккумулирующую емкость с нуля, то лучше всего для этой цели использовать обычный листовой металл толщиной 2 мм. Варить бак можно и из нержавейки, но вовсе не обязательно, так как подобный материал обойдется очень дорого. Для удобства последующего утепления и простоты изготовления емкость лучше делать прямоугольной формы. Зная объем бака, легко рассчитать его габариты в соответствии с условиями его монтажа в котельной.

Совет. Если вы хотите обеспечить совместное функционирование накопительного сосуда и самотечной системы отопления, то нужно смастерить теплоаккумулятор открытого типа, то есть, обеспечить его сообщение с атмосферой через трубку в верхней части бака. Ставить его надо выше уровня радиаторов, для чего придется дополнительно сварить подставку из стальных труб или уголков.

В некоторых случаях нет смысла варить емкость с нуля, можно сделать водяной теплоаккумулятор из бочки. Хорошо подойдет железная бочка большой вместительности, в нее потребуется врезать два патрубка для присоединения к системе. Пластмассовые бочки применять рискованно из-за высокой температуры воды, разве что на маркировке изделия будет указана максимальная температура содержимого до 100 ºС.

Такое же предостережение мы даем тем домашним умельцам, что мастерят теплоаккумуляторы из еврокуба. Конечно, это очень удобный способ, но данная пластмассовая емкость рассчитана на максимальную температуру не более 70 ºС. Поэтому еврокуб подойдет в качестве накопительного бака, работающего с теплыми полами, где температура теплоносителя редко превышает 50 ºС, для радиаторных систем он не годится.

Чем утеплить теплоаккумулятор

Даже когда бак находится в теплом помещении, то разность температур между воздушной средой и теплоносителем слишком велика – от 50 до 70 ºС. Чтобы не терять тепло и не обогревать им топочную, надо обязательно выполнять утепление теплоаккумулятора. Проще всего это сделать с помощью пенопласта толщиной 100 мм и плотностью 25 кг/м3. Его легко клеить к металлическим стенкам и вырезать отверстия под патрубки.

Сгодится для утепления и минеральная вата той же толщины, хотя крепить ее несколько сложнее. Плотность материала – 135—145 кг/м3. Для круглых баков из бочек придется использовать рулонные утеплители типа ISOVER, тут придется изрядно повозиться с крепежом, особенно в нижней части емкости.

Ниже на видео показана установка и схема теплоаккумулятора с подключением его к котлу и отопительной системе:

Заключение

Использование накопительного бака позволяет экономить топливо при работе дровяных котлов и пользоваться выгодным ночным тарифом в случае с теплогенератором электрическим. В изготовлении бак не столь уж сложен, надо только иметь некоторые навыки.

Самостоятельное изготовление теплоаккумулятора под силу каждому человеку, имеющему навыки работы с элементарными слесарными и хозяйственными инструментами. Для сборки такого агрегата не придется покупать какие-либо дорогостоящие детали и материалы. Комплектующие для самой простой модели можно найти в гараже либо кладовой любого запасливого и хозяйственного человека.

Теплоаккумулятор

После изучения следующего руководства вы сможете самостоятельно изготовить теплоаккумулятор и подключить его к отопительной системе.

Устройство и особенности работы теплоаккумулятора

По своей конструкции типичный теплоаккумулятор является стальным баком с патрубками вверху и внизу, одновременно являющимися концами змеевика, изготовленного из медной трубки. Нижние патрубки соединяются с тепловым источником, верхние – с системой отопления. Внутри установки находится жидкость, которую потребитель может использовать для решения нужных ему задач.

Схема подключения

Принцип работы агрегата построен на высокой теплоемкости воды. В целом механизм действия теплоаккумулятора можно описать так:

• в боковые стенки емкости врезано две трубы. Через одну в бак поступает холодная вода от водопровода или из резервуаров, через вторую подогретый теплоноситель отводится в радиаторы отопления;
• верхний конец змеевика, установленного в баке, соединяется с патрубком холодной воды котла, нижний – с патрубком горячей;
• циркулируя через змеевик, горячая вода нагревает жидкость в баке. После выключения котла, вода в отопительных трубах начинает остывать, но продолжает циркулировать. При поступлении в теплоаккумулятор прохладная жидкость выталкивает накопленный там горячий теплоноситель в отопительную систему, благодаря чему обогрев помещений продолжается еще в течение некоторого времени (в зависимости от емкости накопителя) даже при выключенном котле.

Важно! Для обеспечения движения теплоносителя система укомплектовывается циркуляционным насосом.

Цены на теплоаккумуляторы для систем отопления

Ключевые функции теплонакопителей

Теплоаккумулятор имеет множество полезных функций, в числе которых:

• обеспечение пользователя горячей водой;
• нормализация температурного режима в обогреваемых помещениях;
• повышение показателей полезного действия отопительной системы с одновременным уменьшением расходов на обогрев;
• возможность объединения нескольких тепловых источников в единый контур;
• накопление лишней энергии, которую вырабатывает котел и т.д.

При всех своих преимуществах теплоаккумуляторы имеют всего 2 недостатка, а именно:

• ресурс накапливаемой теплой жидкости напрямую зависит от объема используемого бака, но при любых обстоятельствах он остается строго ограниченным и заканчивается довольно оперативно, поэтому нужно обязательно продумать вопрос обустройства дополнительной системы нагрева;
• более объемные накопители требуют достаточно много места для установки, к примеру, котельного помещения.

Бак-теплоаккумулятор для твёрдотопливного котла WIRBEL CAS-500 Устройство для эффективной работы твердотопливного котла и зарядки теплового аккумуляторного бака Схема установки

Сборка простого теплоаккумулятора

Простейший тепловой накопитель работает по принципу термоса. Стенки установки практически не проводят тепло и позволяют воде оставаться теплой в течение достаточно продолжительного времени.

Для сборки такого агрегата нам понадобятся следующие приспособления:

• бак. Объем подбирайте индивидуально, по своим потребностям и возможностям. Объективный минимум – 150 л;
• материал для теплоизоляции. Отлично подходит минеральная вата;
• клейкая лента;
• медные трубки для изготовления змеевика;
• бетонная плита либо доски для опалубки и раствор для заливки.

Теплонакопитель можно собрать на основе железной бочки. Объем, как уже отмечалось, подбирается индивидуально, однако в использовании бака вместительностью меньше 150 л особого смысла нет.

Первый шаг

Подготавливаем бочку к дальнейшей работе. Если это старая емкость, тщательно очищаем ее от различных загрязнений и зачищаем следы коррозии.

Теплоаккумулятор, общий вид Теплоаккумулятор, патрубки. 1 — система отопления. 2 — верхний змеевик. 3 — нижний змеевик. 4 — охлаждение ТА. 5 — группа безопасности. 6 — магниевый анод Теплоаккумулятор, патрубки с другой стороны. 1 — термометры Wats. 2 — твердотопливный котел. 3 — термодатчики для контроллера солнечных систем

Второй шаг

Оборачиваем внешние стенки теплоизоляционным материалом. Хорошо подойдет минеральная вата. Окутанную теплоизоляцией бочку дополнительно обматываем скотчем в несколько слоев.

Третий шаг

Окутываем бак фольгированной пленкой. Для фиксации материала также используем клейкую ленту. При желании обшиваем изолированную конструкцию листовым металлом.

Четвертый шаг

Делаем змеевик, по которому будет транспортироваться теплоноситель. Для этого используем медную трубку длиной 8-15 м (зависит от объема выбранной бочки) и диаметром порядка 20-30 м. Сгибаем трубу в спираль и помещаем внутрь бака. Змеевик соединяется с котлом. В дальнейшем эта спираль будет нагреваться и отдавать полученное тепло воде в баке.

Теплоаккумулятор Змеевик — теплообменник Трубы довольно неплохо зажимаются между шляпками саморезов Подключение теплообменника Подключение теплообменника Подключение теплообменника Утепление теплоаккумулятора

Пятый шаг

Делаем патрубки в боковых стенках накопителя. Через один патрубок в бак будет поступать холодная вода, через другой выходить горячая. Патрубки оснащаем кранами для быстрого перекрытия циркуляции воды.

Шестой шаг

Устанавливаем тепловой накопитель и выполняем его подключение.

Для лучшего понимания порядка подключения теплоаккумулятора смотрим на схему.

Важно! Бочку можно ставить только на плиту из бетона. Покупаем готовое изделие либо отливаем основание самостоятельно.

По рассмотренному способу выполняется подключение накопителя к системе обогрева, работающей с использованием 1 котла. В случае применения большего количества отопительных агрегатов, схема существенно усложнится. Систему придется оснастить датчиками давления и температуры, взрывным и предохранительным клапанами и т.д. К сборке подобного агрегата рекомендуется приступать только при наличии соответствующих навыков и должного опыта.

Использование теплоаккумулятора в разных системах обогрева

Теплоаккумуляторы эффективно показывают себя при использовании в самых разнообразных системах обогрева. При этом в каждом случае подобный накопитель позволяет существенно сэкономить на отоплении.

Чаще всего тепловыми аккумуляторами комплектуются системы твердотопливного обогрева. Установка будет способствовать более экономичному расходу топлива и эффективному обогреву, а также предотвратит преждевременный износ отопительных радиаторов.

Не лишним будет тепловой аккумулятор и в системе электрического отопления, в особенности в регионах с двойным тарифом за электричество. Ночью, когда электроэнергия продается потребителю по более доступной стоимости, аккумулятор будет накапливать тепло. Днем же можно будет на некоторое время выключить котел и топить силами теплоаккумулятора.

Используются накопители и в многоконтурных отопительных системах. Благодаря ним обеспечивается распределение теплоносителя между контурами. Монтаж патрубков может быть выполнен на разной высоте, что позволит получать воду, нагретую до разной температуры.

Несколько слов о модернизации

При необходимости собранный нами тепловой аккумулятор легко модернизируется. Существует несколько способов.

1. Мы можем установить снизу дополнительный теплообменник, благодаря которому будет накапливаться энергия, получаемая солнечным коллектором. Актуально для современных систем, использующих энергию солнца для обогрева помещений.
2. Мы можем разделить внутреннее пространство емкости на несколько сообщающихся секций, что обеспечит более выраженное расслоение воды по температурам. Актуально для многоконтурных систем.
3. Мы можем немного увеличить бюджет и выполнить теплоизоляцию стенок бака пенополиуретаном вместо минеральной ваты. Этот материал позволит дополнительно уменьшить потери тепла.
4. Мы можем увеличить количество патрубков и подключить накопитель тепла к более сложной системе обогрева, построенной на базе нескольких независимых контуров. Актуально для отопительных систем, обслуживающих большие дома с помощью котлов высокой мощности.
5. Мы можем установить дополнительный теплообменник для накопления воды. Ее можно будет использовать для различных бытовых и хозяйственных нужд.

Солнечный коллектор Абсорбер частично выгнут буквой U Практически замкнут в кольцо Общий вид готового теплообменника для самодельного теплоаккумулятора

Теперь вы владеете всеми необходимыми знаниями для самостоятельной сборки, установки, подключения и модернизации теплового аккумулятора.

Видео – Теплоаккумулятор своими руками