Теплоаккумулятор своими руками: делаем теплоаккумулятор для отопления пошагово

Расчет объема накопительного бака

Рассматриваемое оборудование принято устанавливать в помещении (котельной или отдельной комнате), так как на улице его теплоемкость будет существенно ниже. Расчет объема теплоаккумулятора для котла отопления производится с учетом наличия свободной площади, и здесь принято использовать следующее соотношение: на каждый киловатт мощности, требуемой для обогрева, необходимо предусмотреть 25-50 л рабочей среды.

Точный расчет накопительной емкости произведут специалисты, но для определения примерных показателей предполагают, что во время функционирования котла вода нагреется до 90°С, во время его простоя температура опустится до 50°С. Образуется разница в 40°С, и для определения требуемого объема бака необходимо выявить оптимальное значение отдаваемого тепла. Например, для резервуара в 3,5 куб. м этот показатель составляет 210 кВт/ч, для 2 куб. м – 115 кВт/ч.

Место теплоаккумулятора в системе отопления

Отопительная техника на твердом топливе удобна, практична и эффективна. Особенно возможности современных твердотопливных котлов оценили по достоинству жители загородных домов и коттеджей. Монтаж автономной системы отопления с использованием  нагревательных приборов на угле или на дровах вполне осуществить своими силами. Тем более что на установку твердотопливных агрегатов не требуется разрешения. Все основные элементы отопительного комплекса, кроме самого нагревательного агрегата и ряда контролирующих механизмов, можно собрать и сделать самостоятельно. Главное знать, что и для чего монтируется, с какой целью!

К тому же возможность сделать некоторые приспособления и механизмы собственноручно, позволит вам сэкономить значительные средства. Теплоаккумулятор является как раз тем устройством, которое можно соорудить самостоятельно, учитывая тот факт, что заводские изделия достаточно дорогие.

Грамотные рекомендации специалистов, дополнительные источники технической информации подскажут вам, как изготовить теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками. Соблюдение определенных требований и условий при изготовлении обеспечит вам необходимую надежность и работоспособность механизмов. Перед тем как приступить к рабочему процессу, следует ознакомиться с устройством накопителя тепла.

Значение устройства

Понять конструкцию теплового накопителя можно только после того, как определимся со значением и местом этого агрегата в системе отопления.  По своей конструкции теплоаккумулятор  является  термосом, т.е. специальной емкостью, куда поступает нагретый теплоноситель. В течение определенного времени котловая вода, накопленная в емкости, сохраняет заданные температурные параметры. При уменьшении интенсивности горения в котле, или в случае его остановки, теплоноситель из бака будет поступать в систему отопления, продолжая поддерживать температуру в радиаторах на определенном уровне.

За счет присутствия в системе теплового накопителя стало возможным не только добиться сбалансированного теплоснабжения отопительного контура, но и обеспечить существенную экономию топлива. Теплоаккумулятор, включающийся в работу при снижении мощности котла, увеличит промежуток времени между загрузками топлива. К тому же такой принцип работы предоставит вам больше свободы, освободив от необходимости частого подкидывания топлива в котел.

Анализ конструкции теплового аккумулятора

Принцип работы устройства определяет и саму конструкцию. Обычно заводские приборы представляют собой цельную просторную металлическую емкость, внутри которой расположены дополнительные теплообменники. Как правило, такие изделия имеют спиральную, змеевидную форму, повторяя цилиндрическую конфигурацию основного устройства.

В каждом отдельном случае, в зависимости от мощности отопительного агрегата и от требований к системе отопления, количество дополнительных теплообменных контуров может быть разным. Нужный объем теплоаккумулятора определяется путем несложных расчетов, о которых поговорим позже.

Такое количество теплообменников объясняется не только одним желанием снять как можно больше тепла в момент пиковой нагрузке твердотопливного котла, но и технической целесообразностью. Один змеевик может использоваться для снятия избыточной тепловой энергии с котла, другой теплообменник используется для сохранения теплоносителя нужной температуры, идущего в отопительный контур. Третий змеевик, если таковой есть, предусмотрен для обеспечения жителей дома горячим водоснабжением.

Глядя на конструкцию агрегата, можно подытожить преимущества установки подобного приспособления. А они следующие:

• накопление тепловой энергии, расходуемой при сжигании топлива на другие цели и нужды;
• экономия топлива;
• экономия личного времени обитателей дома, расходуемого на обслуживание котельного оборудования;
• техническая возможность объединить в одну систему разные источники тепла;
• увеличение КПД твердотопливного агрегата до высоких значений;
• предохранительная функция, защита оборудования от перегрева;
• возможность регулировать температуру нагрева теплоносителя в отопительном контуре.

Что такое теплоаккумулятор буферная емкость и его назначение.

Назначение теплоаккумулятора (ТА) будет легче описать на нескольких примерах-задачах.

Задача первая . Система отопления построена на основе твердотопливного котла. Постоянно отслеживать температуру теплоносителя на подаче и вовремя подбрасывать дрова нет возможности, в результате чего температура подачи то превышает нужную нам, то снижается ниже нормы. Как обеспечить поддержание требуемой температуры теплоносителя?

Задача вторая . Дом отапливается электрокотлом. Электроснабжение – двухтарифное. Как снизить затраты на электроэнергию, уменьшив энергопотребление днем и увеличив ночью?

Задача третья . Имеется система отопления, в которой тепло вырабатывается теплогенераторами, работающими на различных видах топлива и энергии – напр. газе, электричестве, солнечной энергии (гелиоколлекторы), энергии земли (тепловой насос). Как обеспечить их эффективную работу без потерь выработанного тепла, когда в нем нет потребности, при этом обеспечить дом теплом в период пикового энергопотребления?

Не особо вдаваясь в теорию теплотехники, для всех задач напрашивается решение в виде установки в систему буферной емкости, которая служила бы резервуаром для теплоносителя и в которой его температура поддерживалась бы на заданном уровне. Именно такой буферной емкостью и является теплоаккумулятор. Для решения этих задач, теплоаккумулятор обычно включается «в разрыв» системы с образованием котлового и отопительного контуров. Условная схема включения теплоакумулятора в систему отопления изображена ниже на рисунке.

Рис. Принципиальная схема включения буферной емкости (теплоакумулятора)

С различными способами включения буферной емкости в систему отопления можно ознакомиться в статье «Схемы подключения теплоаккумулятора».

В настоящее время тепловые аккумуляторы чаще всего используются в системых отопления с твердотопливными котлами. В этих системах использование теплоаккумулятора позволяет реже загружать топливо, обеспечить комфортное обеспечение теплом независимо от колебаний температуры теплоносителя на выходе из котла. Часто буферные емкости устанавливаются с электрокотлами для экономии средств за счет пониженного ночного тарифа и в комбинированных системах с одновременным использованием твердотопливных и электрических котлов. Теплоаккумулятор (ТА) бывает полезным в системах и с газовыми котлами, особенно, когда минимальная тепловая мощность котла превышает тепловую нагрузку объекта. За счет более продолжительных периодов «загрузки» ТА (нагрева теплоносителя) удаётся избежать «тактования» котла.

Кроме использования в качестве буферной емкости, ТА выполняет функцию гидравлического разделителя. Особенно это свойство теплоаккумулятора востребовано в системах с генераторами тепла, работающих на различающихся видах энергии (в т.ч. альтернативной). Как правило, эти источники тепла работают на специальных теплоносителях, которые не допускают смешения с другими типами, требуют уникального температурного и гидравлического режима, часто несовместимого с режимами контура отопления (радиаторного, теплого пола). Так, например, диапазон температур теплового насоса составляет обычно

5°C, а в контуре распределения тепла диапазон температур может быть значительно больше (10-20°С). Для разделения контуров, теплоаккумулятор может быть оборудован дополнительными встроенными теплообменниками.

Рейтинг теплоаккумуляторов

Производители выпускают буферные емкости разных типов. На рынке представлены простые модели с пустотелой конструкцией, устройства с одним или двумя теплообменниками, встроенными бойлерами. Наша команда VyborExperta.ru проанализировала теплоаккумуляторы для системы отопления ведущих производителей.

Изучались надежность, ремонтопригодность, устойчивость к внешним воздействиям. Эксперты проверяли функциональность, эффективность теплоизоляции, соответствие технических характеристик паспортным данным. Учитывались отзывы владельцев, мнения теплотехников, доступность сервисного обслуживания.

Особое внимание мы уделили следующим параметрам оборудования:

• Объем емкости – чем больше теплопотери в доме и ниже КПД котла, тем больше потребуется теплоносителя;
• Максимальная и рабочая температура нагрева – от этих показателей зависит экономичность работы котла;
• Максимально допустимое давление в системе – рекомендуемое давление в системе отопления небольшого загородного дома и роскошного особняка в 2-3 уровня имеет разные значение. Характеристики аккумулятора должны соответствовать этим показателям;
• Габариты оборудования – от параметров емкости зависит возможность установки тепловой техники в домашней котельной;
• Наличие теплообменника – улучшает общее КПД системы;
• Используемые материалы – зависит вес буферной емкости, устойчивость к коррозии и перепадам температур.

Не все теплоаккумуляторы соответствовали требованиям, которые предъявляются к надежной тепловой технике. Отсутствие защиты от перегрева, высокий коэффициент теплопотерь, слабая теплоизоляция, непродолжительный срок гарантии – оборудование с такими характеристиками исключалось из рейтинга.

Как рассчитать объем ТА

Чтобы теплоаккумулятор для отопления выполнял свои функции, надо правильно выбрать его объем. Есть несколько методик:

• по отапливаемой площади;
• по мощности котла;
• по запасу времени.

Большая часть методов основана на опыте использования. По этой причине существует «вилка» в рекомендациях. Например, от 35 до 50 литров на квадратный метр отапливаемой площади

Как конкретно определить цифру? Стоит принять во внимание регион проживания и степень утепления дома. Если живете в регионе с не самой суровой зимой или дом утеплен отлично, лучше брать по нижней границе или около того

В противном случае — по верхней.

Можно от ТА запитать не только радиаторы, но и теплый пол, а можно поставить и теплообменник для горячей воды

При выборе объема теплоаккумулятора для отопления также надо принимать во внимание два момента. Первый — большое количество воды позволит намного реже ее греть

За счет запасенного тепла можно длительное время поддерживать температуру. Но, с другой стороны, сильно возрастает время «разгона» этого объема до нужной температуры (нормальной считается нагрев до 85-88°С). При этом система становится очень инерционной. Можно, конечно, взять более мощный котел, но, в паре с буферной емкостью, выльется это в немалую сумму. Поэтому приходится лавировать, находя оптимальное решение.

По отапливаемой площади

Подобрать объем аккумулятора тепла для системы отопления можно по площади помещения. Считается, что на десять квадратных метров необходимо от 35 до 50 литров. Выбранное значение умножают на квадратуру, поделенную на десять, получают искомый объем.

Например, в систему отопления дома площадью 120 м² со средним утеплением лучше установить теплоаккумулятор для отопления на 120 м²  / 10 * 45 л = 12 * 45 = 540 литров.  Для Средней полосы этого будет маловато, так что стоит смотреть на емкости объемом примерно 800 литров.

Чем больше производительность системы, тем больше должен быть ТА

Вообще, чтобы проще было ориентироваться, для дома площадью 160-200 квадратных метров, расположенного в Средней полосе, со средним утеплением, оптимальный объем бака — 1000-1200 литров. Да, при таком объеме в холода придется топить чаще. Зато это и не слишком подорвет ваш бюджет, и позволит достаточно комфортно существовать практически всю зиму.

По мощности котла

Так как трудиться над нагревом воды в баке придется котлу, есть смысл рассчитать объем исходя из его возможностей. В этом случае на 1 кВт мощности берут 50 литров емкости.

Можно сделать еще проще — воспользоваться таблицей (желтым закрашены оптимальные по затратам и производительности значения)

С расчетом все просто. Для котла на 20 кВт подходит ТА на 1000 литров. При таком объеме теплоаккумулятора для отопления, топить придется раза два в сутки.

По желаемой длительности простоя и теплопотерям

Этот способ — более точный, так как позволяет подобрать размеры конкретно под параметры вашего дома (теплопотери) и ваши пожелания (длительность простоя).

Рассчитаем объем теплоаккумулятора для дома с теплопотерями 10 кВт/час и время простоя — 8 часов. Нагревать воду будем до 88 °C, а остывать она будет до 40°C. Расчет такой:

• Для сохранения нормальной температуры емкость должна накопить 80 кВт тепла (10 кВт * 8 часов).
• Дельта температур: 88 °C — 40°C = 48°C.

• Далее высчитаем по формуле определения теплоемкости воды.

• Подставляя значения получаем: 80000 Вт / 1,163 Вт/кг°C * 48°C = 80000 / 55,824 = 1433 литра.

Для данных условий, необходимая емкость теплового аккумулятора для отопления — 1500 литров. Это потому, что теплопотери 10 кВт/час — слишком много. Это дом практически без отопления.

https://youtube.com/watch?v=sso9cNuvveQ

Твердотопливный котел отопления и теплоаккумулятор

Очень часто теплоаккумуляторы  используют именно для сохранения выделяемого тепла котлом отопления. Связано это с тем, что котел за период сгорания топлива выделяет тепло не всегда одинаково, чтобы сбалансировать обогревательный процесс, сделать его наиболее ровным в смысле температурного режима в доме используют теплоаккумулыторы или как их еще называют буферные баки.

Рядом с теплоаккумулятором  устанавливаются приборы контроля давления и температуры в системе отопления, оборудуется устойчивое основание под буферный бак и котел.

В работе теплоаккумуляторов имеются свои минусы: дом слишком долго прогревается при первичном запуске системы, высокая стоимость, требует высокой мощности котла.

• Насосы, повышающие давление — обзор моделей 2019 года рекомендации по выбору параметров для системы отопления (105 фото)
• Насосы для опрессовки отопления — ручные и автоматические модели для современных систем отопления (90 фото и видео)
• Ремонт циркуляционного насоса — основные виды неисправностей, разборка, ремонт и сборка насоса в системе отопления (видео + фото)

Цены на теплоаккумуляторы  для отопления  достаточно высокие, поэтому многие предпочитают делать эти устройства самостоятельно.

Сделать простейший теплоаккумулятор для отопления своими руками можно из бочки, изготовленной из нержавейки.

Изготовить бочку можно из пары листов нержавейки. Чтобы вода в бочке нагревалась, нужна медная трубка с диаметром 3 сантиметра и длиной около 14 метров.

Трубку сгибают и помещают внутрь бака. К низу бочки подводят холодную воду, а сверху отводят горячую. Оба отвода оснащаются кранами контроля подачи воды.

Следующий шаг – проверка бочки на герметичность, если все в порядке и течи нет, бочку можно утеплять.

Самодельный бак, также как и производственный оборудуют датчиками температуры и давления.

Самодельный бак выйдет в разы легче и дешевле, если не верите, посмотрите фото теплоаккумуляторов для отопления. Габариты производственных баков впечатляют.

Утепление

Чем качественнее утеплен резервуар, тем меньше потребуется топлива, чтобы нагреть весь объем воды, и тем дольше теплоноситель будет сохранять высокую температуру.

Надёжный вариант утепления теплоаккумулятора — базальтовая вата

Утепление лучше выполнить рулонным материалом из базальтовой ваты, предназначенным для термоизоляции дымоходов. Если решено использовать обычный утеплитель из минеральной или каменной ваты, необходимо проследить, чтобы в его состав не входили фенол-формальдегидные смолы, которые также под воздействием высоких температур выделяют опасные для здоровья вещества.

Защитный кожух изготавливается из тонколистового металла. Он одновременно защищает теплоизолятор от влаги и внешних воздействий, служит отражателем для теплового излучения, прошедшего через утепляющий слой.

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

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

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.

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.

Устройство и принцип работы теплоаккумулятора

Устройство теплового аккумулятора с контуром горячего водоснабжения

Самый простой тепловой аккумулятор представляет собой большой бак круглого или прямоугольного сечения с установленными на разной высоте патрубками. Объем ёмкости зависит от производительности оборудования и составляет от 200 литров до 3 кубических метров. Работа аккумуляторного бака возможна за счёт высокой теплоёмкости воды (или антифриза), нагрев которой обеспечивает котёл. Толстый слой утеплителя позволяет жидкости длительное время сохранять высокую температуру, обеспечивая работоспособность отопления в течение 1 – 2 суток после отключения отопительного агрегата.

Использование теплоизоляции необходимо даже в случае установки буферного аккумулятора в жилом здании, поскольку теплоотдача по площади всех стенок бака приведёт к чрезмерному повышению температуры в помещении.

Таблица зависимости времени нагрева теплового аккумулятора от его объёма

Теплоаккумулирующая ёмкость состоит из следующих деталей:

• стальной или пластиковый бак;
• кожух;
• теплоизоляция;
• встроенный теплообменник;
• магниевый анод (при использовании металлической ёмкости);
• электрический нагреватель;
• патрубки для подключения отопительных агрегатов и контуров обогрева;
• теплоноситель.

Использование нержавеющей стали в качестве материала бака позволяет значительно увеличить срок его службы, что особо важно для отопительных систем открытого типа. Простейший тепловой аккумулятор не имеет встроенных теплообменников

По сути, он является термосом с патрубками для подвода и отвода теплоносителя. Несложная конструкция позволяет сделать такой бак своими руками. Важно только обеспечить требуемые герметичность и теплоизоляцию

Простейший тепловой аккумулятор не имеет встроенных теплообменников. По сути, он является термосом с патрубками для подвода и отвода теплоносителя. Несложная конструкция позволяет сделать такой бак своими руками

Важно только обеспечить требуемые герметичность и теплоизоляцию

Работа теплоаккумулирующей ёмкости в отопительной системе с геоколлектором

При использовании буферной ёмкости простого типа её совместная работа с твердотопливным оборудованием и обогревающим контуром выглядит так:

• во время работы котла происходит забор охлаждённого теплоносителя из нижней части буферного аккумулятора и его подача к отопительному агрегату для нагрева;
• горячий теплоноситель подаётся к верхней части бака, при этом перемешивания жидкости не происходит по причине её разной плотности;
• горячая вода (или антифриз) по мере надобности отбирается через другой верхний патрубок благодаря использованию циркуляционного насоса, трёхходового крана и другой регулирующей аппаратуры;
• охлаждённый теплоноситель из контура обогрева возвращается в нижнюю часть ёмкости.

Время работы отопления на запасах тепла в буферном баке зависит от ёмкости последнего и мощности системы обогрева. Поэтому определение объёма прибора зависит от того, что приоритетнее: длительность работы на аккумулированной энергии или время накопления тепла в устройстве.

Послойное разделение жидкости в баке буферной ёмкости позволяет производить отбор теплоносителя нужной температуры.