Теплоаккумулятор своими руками: делаем теплоаккумулятор для отопления пошагово

Тепловой аккумулятор своими руками

Сложность изготовления буферных емкостей для отопления заключается в создании надежной теплоизоляции. Для этого нельзя использовать обычную бочку или аналогичную ей емкость. Помимо этого параметра ёмкость радиатора отопления должна выдержать нагрузку воды на стенки и возможные гидравлические удары.

Самая простая конструкция представляет собой куб, внутри которого располагается П-образный трубопровод или змеевик из медной трубы. Последний предпочтительнее, так как он имеет большую площадь теплообменной поверхности, а медь обладает оптимальным значением теплопроводности. Эта конструкция подключается к общей магистрали. Для изготовления емкости системы отопления понадобятся стальные листы, толщиной не менее 1,5 мм и металлическая труба. Ее диаметр должен быть равен сечению трубопровода на этом участке отопления.

Минимальный набор инструментов включает в себя следующее:

• Сварочный аппарат;
• Угловая шлифовальная машина (болгарка);
• Дрель со сверлами по металлу;
• Измерительный инструмент.

Проще всего изготовить ёмкость для радиаторов отопления кубической формы. Предварительно составляется чертеж, по которому будут выполняться все дальнейшие работы. Наличие ТЭНа не обязательно, но предпочтительно. Он сможет поддерживать уровень нагрева воды на должном уровне.

Порядок изготовления теплового аккумулятора

Сначала вырезаются листы прямоугольной формы, из которых будет состоять корпус емкости системы отопления. На этом этапе нужно учитывать зазор для сварки – он может составлять от 1 до 3 мм в зависимости от аппарата и выбранных электродов. Затем в заготовках вырезают отверстия для крепления трубопровода, ТЭНа и патрубков для наполнения емкости. Чугунные батареи отопления не могут крепиться непосредственно к ней. Поэтому нужно рассчитать тепловые потери от емкости к радиатору.

После сборки конструкции нужно сделать теплоизоляцию корпуса. Для накопительной емкости отопления лучше всего использовать базальтовый утеплитель. Он имеет следующие важные качества:

Не горюч. Плавление происходит при температуре свыше 700°С;
Легко устанавливается. Базальтовая вата достаточно упруга;
Имеет пароизоляционные свойства

Это важно для вывода конденсата, который будет неизбежно скапливаться на корпусе аккумулирующей емкости во время работы отопления

Применение полимерных материалов (пенополистирол или пенопласт) недопустимо, так как они относятся к группе легковоспламеняющихся. Теплоизоляцию буферной емкости лучше всего делать после подключения к системе отопления. Так можно уменьшить тепловые потери на входных и выходных патрубках.

В качестве ёмкости можно использовать старый стальной резервуар. Но толщина его стенки не должна быть менее 1,5 мм.

Схема сборки и установки

Взвесив все за и против, многие решаются на изготовление термоаккумулятора для отопления своими руками. Схема основных работ мало чем отличается независимо от того, какую конструкцию выбрал мастер. Вот основные шаги, которые предстоит пройти каждому, кто решится на это дело:

1. Находят или делают свой чертёж будущей установки.
2. Готовят весь необходимый для изготовления материал и инструменты.
3. Делают основной бак для термостата. Это может быть уже готовая ёмкость, а может и сваренная по личным чертежам из листового железа или нескольких частей баков, бочек.
4. Вваривают в основную ёмкость штуцера для соединения и гильзы для измерительных приборов.
5. Если предусмотрен автономный подогрев, то монтируют выбранный вариант в основной корпус.
6. Делают теплоизоляцию термостата. Здесь есть несколько вариантов решения этой задачи, поэтому выбирают наиболее приемлемый и эффективный.
7. На этом этапе обычно крепят устройство на месте эксплуатации, соединяют с системой отопления.
8. Окончательное оформление внешнего вида. Красят оборудование или покрывают декоративной обшивкой. Вариантов выполнить эту процедуру тоже очень много, поэтому мастер выбирает тот, который лучше подходит в конкретных обстоятельствах.

Теплоаккумулятор в системе с твердотопливным котлом

В настоящее время теплоаккумуляторы чаще всего применяют в системах отопления с твердотопливными котлами. Характерная особенность твердотопливных котлов — оптимальный режим их функционирования связан с полным сгоранием топлива, т.е. достигается при работе на максимальной мощности. В противном случае, в результате неполного сгорания топлива, образуются токсичные газы, происходит засорение теплообменных поверхностей внутри котла, появляется в дымоходе сажа, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и даже выходу котла из строя, что небезопасно для дома и его обитателей.

Итак, лучше всего, когда котел работает «на полную». Такой режим вполне оправдан в холода, но большую часть года полученного в избытке количества тепла системе отопления дома просто не нужно — будет слишком жарко. Если у вас нет теплоаккумулятора, единственным выходом остается «отапливать улицу», т.е. открывать форточки. Это и дорого, и неэффективно.

Поэтому в систему отопления встраивают буферную емкость — она забирает излишки тепловой энергии, которые в противном случае попросту терялись бы бесцельно, чтобы впоследствии их использовать по назначению, не тратя на это топливо!

Вкратце, система отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором действует так. Во время работы твердотопливный котел не только подает нагретый теплоноситель в систему отопления дома, но и производит его нагрев в баке теплового аккумулятора. После того, как котел прекращает работать, дом, соответственно, начинает охлаждаться. В этот момент датчик температуры воздуха или датчик температуры теплоносителя в системе отопления подают сигнал на включение циркуляционного насоса, который обеспечивает подачу теплоносителя, накопленного в баке теплоаккумулятора, в систему отопления дома.

Cистема отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором.

Когда температура воздуха (теплоносителя) повышается до установленного значения, датчик выключает насос, и подача тепла прекращается. Температура теплоносителя в баке при этом немного уменьшается, т.к. часть энергии была передана в систему отопления. Следует отметить, что из-за хорошей теплоизоляции теплоаккумулятора, теплоноситель, находясь внутри бака, сам по себе остывает очень медленно. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура теплоносителя в теплоаккумуляторе будет оставаться выше, чем в системе отопления. А дом при этом не будет остывать.

Специалисты по-разному оценивают экономический эффект от установки теплоаккумулятора. Этот эффект зависит от многих факторов, о некоторых из них речь пойдет ниже. В среднем, он составляет от 20%, т.е. экономится каждый 5-й рубль. Отметим, что тепловой аккумулятор особенно эффективен в межсезонье, с его частыми температурными скачками.

И тут возникает еще одно полезное свойство теплового аккумулятора — помимо повышения безопасности дома и экономии ваших денег, он еще и дарит вам комфорт. Во-первых, с появлением в вашем доме буферной емкости, вам придется гораздо реже загружать топливо в котел. Если вы все рассчитали и установили правильно, если в вашем доме хорошая теплоизоляция, применяя теплоаккумулятор, вы сможете топить свой твердотопливный котел не несколько раз в день, а до 1 раза в 2 суток.

Во-вторых, тепловой аккумулятор способен сгладить «температурные скачки», связанные с остыванием теплоносителя в системе отопления, т.к. эта система становится более устойчивой и инерционной. В-третьих, он помогает упростить обслуживание твердотопливного котла и даже повысить срок его службы. В-четвертых, с помощью теплоаккумулятора можно дополнительно обеспечить ваш дом горячей водой, но данная возможность предусмотрена не во всех моделях.

Изготовление и фиксация змеевика

Его делают из медной трубы, которая имеет диаметр 20 мм. Согласно схемам нужно сделать своими руками два змеевика. Оба должны иметь одинаковую высоту. Для вышеописанного примера она может составлять 1,1 м. Это значит, что можно сделать своими руками змеевик с 1,1/0,02 = 55 витками. Если диаметр одного круга составляет 1,6 м, то для змеевика нужно использовать 1,6*3,14*55 = 276,32 м трубы.

Гнуть трубу придется в самом баке. Можно и снаружи, однако, для этого теплоаккумулятор для котлов отопления должен обладать очень большой крышкой.

Следующие шаги являются такими:

1. Подключение змеевика к необходимым штуцерам и приварка их.
2. Проверка бака и каждого змеевика на герметичность. Проверяют только водой, сделав подключение изделия к водяному насосу.
3. Шлифовка, грунтовка и окраска внешней стороны.
4. Теплоизоляция. Для этого следует использовать пенопласт. Согласно схемам его толщина должна составлять 10 см, а плотность — 25 кг/м³. Его приклеивают к корпусу. Альтернативой является минеральная вата с плотностью 135-145 кг/м³.
5. Монтаж лицевого материала. Многие схемы предусматривают использование оцинкованного листа, ДВП или фанеры.

После можно приступать к подключению термоаккумулятора к котлу.

Изготовление электрокотла «Скорпион» Изготовление тэнового котла Изготовление водородного котла Изготовление буферной емкости

Процесс сборки корпуса теплоаккумулятора

Для работы приготовьте следующие материалы:

• рейка хвойных или лиственных пород сечением 30х60 – 18 м.п.;
• ориентриованно-стружечные плиты – 16-18 м2;
• утеплитель листовой – 16-18 м2;
• Кроме перечисленного выше понадобятся следующие инструменты:
• ножовка столярная или электролобзик;
• шуруповерт;
• нож для раскроя утеплителя.

Подготовив все необходимое можно приступать к работе

Обращаем ваше внимание на то, что для достижения максимального эффекта от использования теплоаккумулятора необходимо значительно снизить его теплопотери. Для этого рекомендуем изготавливать стенки корпуса с внутренними пустотами

Соответственно раскрой листовых материалов и брусков осуществляем исходя из рассчитанного нами объема корпуса, его параметров, которые могут быть ограничены размерами помещения, в котором предполагается установка теплоаккумулятора (например, подвал или котельная), а так же строения стенок.

Дно и каждая боковина представляют собой слоеную конструкцию, имеющую реечное ячеистое наполнение и обшивку плоскими листами с двух сторон.

Соединение внутренних реек можно выполнить вполдерева, изготовив в местах стыковки пазы, ширина которых равна толщине реек, а глубина – половине ширины. Крайние бруски лучше взять более массивные, так как на них будет приходиться основная часть нагрузки.

На изготовленный донный блок производим монтаж боковых стенок.

Для сборки можно использовать как мебельные конфирматы, так и обыкновенные оцинкованные саморезы. Оптимального результата удастся добиться при использовании двух видов крепежей. При этом прямоугольность корпуса достаточно легко можно обеспечить применением уголков в местах стыковки стенок корпуса.

Древесина сама по себе хоть и обладает достаточно низкой теплопроводностью, но не способна обеспечить необходимые теплоизоляционные свойства корпуса теплоаккумулятора. Обязательным элементом «начинки» стенок дна и крышки является листовой теплоизолятор.

Теплоаккумулятор для отопления: схема подключения

Для человека, который занимается монтажом отопительных систем, подключение теплоаккумулятора не является проблемой, да и для обычного человека, задавшегося целью самостоятельно обвязать это устройство, имеются все шансы сделать это правильно. Если вы знакомы с принципами соединения труб, то все получится самым лучшим образом. В целом же, схема подключения теплоаккумулятора выглядит следующим образом. 1. Обратный трубопровод – в теплоаккумуляторе он проходит транзитом через весь бак (имеется вход и выход обратки диаметром полтора дюйма). Для начала нужно соединить бак с обраткой котла – на этом промежутке трубопроводов устанавливается циркуляционный насос, который гонит теплоноситель из емкости в котел, расширительный бак и отсекающий кран. С другой стороны теплоаккумулятора также монтируется отсекающий кран и еще один циркуляционный насос – дальше следует обратный трубопровод системы отопления. 2. Подающий трубопровод. Здесь все точно так же, как и с обратным трубопроводом, только отсутствуют насосы и расширительный бак, а есть лишь отсекающие краны. Диаметр подключения подачи точно такой же, как и обратки, и составляет полтора дюйма.

Схема подключения теплоаккумулятора

Как видите, обвязка теплоаккумулятора имеет несложную схему, но это если дело касается небольших систем отопления, нагрев которых производится одним котлом. Если оборудование будет добавляться, то, естественно, и схема начнет усложняться. И не стоит забывать о перегреве этой емкости, чтобы предотвратить его последствия, в обязательном порядке нужно установить взрывной клапан и датчики давления и температуры теплоносителя – для этого в емкости предусматриваются специальные патрубки.

Принцип работы бака-аккумулятора

Схема отопления с теплоаккумулятором

Принцип действия ТА для твердотопливного котла основан на высокой удельной емкости рабочей жидкости (воды или антифриза). За счет подключения бака объем жидкости увеличивается в несколько раз, вследствие чего повышается инерционность системы.

При этом максимально нагретый котлом теплоноситель сохраняет в ТА свою температуру в течение длительного времени, поступая по мере необходимости к приборам обогрева.

Так обеспечивается непрерывная работа системы отопления даже при прекращении сжигания топлива в котле.

Рассмотрим порядок работы системы с твердотопливным котлом и принудительной подачей теплоносителя.

Для запуска системы включается циркуляционный насос, установленный в трубопроводе между котлом и теплоаккумулятором.

Холодная рабочая жидкость из нижней части ТА подается в котел, нагревается в нем и поступает в его верхнюю часть.

В связи с тем, что удельный вес горячей воды меньше, она практически не смешивается с холодной водой и остается в верхней части буферной емкости, постепенно заполняя ее внутреннее пространство за счет отбора насосом холодной воды в котел.

При включении циркуляционного насоса, установленного в обратной магистрали системы между приборами отопления и аккумуляторным баком, холодный теплоноситель начинает поступать в нижнюю часть ТА, вытесняя горячую воду из верхней его части в подающую магистраль.

При этом горячая рабочая жидкость поступает ко всем приборам отопления.

Необходимый объем тепла для обогрева помещений может автоматически регулироваться комнатным датчиком температуры, который управляет работой трехходового клапана, установленного на выходе ТА в подающей магистрали. При достижении в комнате заданной температуры датчик выдает управляющий сигнал на клапан, который срабатывает и ограничивает подачу горячего теплоносителя в систему, перенаправляя его обратно в ТА.

После сгорания топлива в котле горячий теплоноситель из аккумулирующей емкости продолжает поступать в систему по мере необходимости, пока остывшая рабочая жидкость из обратной магистрали полностью не заполнит его внутренний объем.

Схема ГВС с баком-аккумулятором

Время работы ТА при неработающем котле может составлять достаточно продолжительное время. Это зависит от температуры наружного воздуха, объема буферной емкости и количества обогревательных приборов в системе отопления.

Для сохранения тепла внутри теплоаккумулятора бак подвергается теплоизоляции.

Также для этого могут использоваться дополнительные источники тепла в виде встраиваемых электронагревателей (ТЭНов) и/или теплоносителей (змеевиков), подключаемых к другим источникам тепла (электро- и газовые котлы, солнечный коллектор и пр.).

Встроенный в бак теплоноситель для ГВС обеспечивает нагрев холодной воды, подаваемой через него из водопроводной системы. Тем самым он играет роль проточного водонагревателя, обеспечивая потребности хозяев дома в горячей воде.
https://www.youtube.com/watch?v=rgMQG7RLCew

Функциональность аккумуляторов тепла

Принцип действия оборудования состоит в том, что во время работы котла часть тепла используется для нагрева теплоносителя из дополнительной емкости. Подключенный бак имеет хорошую теплоизоляцию и прекрасно сохраняет полученное тепло. После отключения котла вода в системе отопления остывает, и приборы контроля включают насос, подающий горячую воду из аккумулирующей емкости.

Эти циклы продолжаются до тех пор, пока температура воды в дополнительном баке остается достаточно высокой. Общая продолжительность функционирования системы без включения котла зависит от объема дополнительной емкости. На практике она позволяет нагревать помещения от нескольких часов до 2-х суток.

Теплоаккумулятор выполняет следующие функции:

1. Накапливает тепло, поступающее от котла системы, и отдает его со временем для обогрева комнат помещения.
2. Предупреждает возможность перегрева котла, отбирая излишки тепла обменника.
3. Позволяет легко скомбинировать разные отопительные приборы (электрические, газовые, твердотопливные) в общую систему.
4. Способствует улучшению работы отопительного оборудования, снижая расход топлива и улучшая КПД.
5. В системах с твердотопливными котлами позволяет исключить постоянный контроль за состоянием отопительного оборудования. Разогрев теплоноситель в дополнительной емкости, владельцы жилья могут забыть о необходимости постоянной загрузки топлива в котел.
6. Является источником горячей воды для бытовых нужд.

Схема системы отопления

Насколько выгодна система отопления с теплоаккумулятором, можно рассмотреть на таком примере.

Предположим, что в системе теплоснабжения установлен котел мощностью 10 кВт. Через каждые 3 часа необходимо загружать дрова. Это никак не вписывается в планы владельцев жилья. Чтобы удлинить перерывы между загрузками, необходимо использовать котел большей мощности. Но в этом случае возможно закипание теплоносителя, поскольку система не успеет отобрать все выработанное тепло.

Подключение теплоаккумулятора емкостью около 200 литров легко решает проблему. Оборудование позволяет накопить 110 кВт энергии при условии полных и частых загрузок котла. Впоследствии аккумулированное тепло будет поддерживать комфортную температуру в помещении около 10 часов. Загрузка котла топливом все это время не нужна.

Этапы изготовления

Рассматривая, как сделать теплоаккумулятор самостоятельно, необходимо обратить внимание на требования к емкости – она должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать рабочее давление в системе, этот параметр обычно составляет 3 атмосферы. Если в качестве резервуара используется бывшая в употреблении металлическая бочка, следует тщательно зачистить ее внутреннюю поверхность от следов коррозии

Если в качестве резервуара используется бывшая в употреблении металлическая бочка, следует тщательно зачистить ее внутреннюю поверхность от следов коррозии.

Прежде чем изготавливать накопитель тепловой энергии, определитесь, каким образом он будет задействован в схеме. Обычно тепловой накопитель устанавливают в качестве гидравлического разделителя. В этом случае в него врезаются четыре штуцера. Для удобства подключения длина штуцеров должна быть больше толщины утеплителя.

ТА со врезанными штуцерами

Пару штуцеров врезают в верхней и нижней части со стороны котла, вторую пару – симметрично на противоположной стороне, к ним будет подключен отопительный контур. К патрубкам, установленным в нижней части емкости, подсоединяются тройники с термометрами.

Емкость с установленными штуцерами следует обмотать фольгой, создав отражающий слой. Поверх крепится термоизолятор. Рулонный материал можно закрепить при помощи проволоки, затягивая петли путем скручивания свободных концов.

Сделанный теплоизоляционный слой желательно закрыть кожухом, для изготовления которого подойдет тонкая жесть.

Вывод

Даже простейший теплоаккумулятор для котлов отопления способен значительно усовершенствовать отопительную систему с твердотопливным котлом. Его установка дает возможность несколько часов поддерживать комфортный уровень температуры в доме, затушив огонь в котле. Отапливать дом приходится реже, за счет чего снижаются расходы на энергоноситель.

Использование теплоаккумуляторов

От того, как именно сгорает твердое топливо в топке котла, зависит очень многое. Распознать режим горения можно по цвету пламени:

1. Белый цвет означает, что в топку подается чересчур большой объем воздуха и значительная часть тепла, которое могло бы быть усвоено, вылетает вместе с ним в дымоход.
2. Желтый цвет говорит о том, что топливо сгорает в оптимальном режиме: КПД котла в это время является максимальным, а выхлоп – наиболее экологичным. Котел проектируется так, чтобы на номинальной мощности он работал именно в таком режиме.
3. Красный цвет говорит о недостатке кислорода: топливо горит дольше и с меньшей теплоотдачей, но КПД при этом сильно падает, а в выхлопе содержится много тяжелых углеводородных радикалов (недоокисленные части молекул топлива) и большое количество угарного газа.

Приобретая котел, мы подбираем его мощность в расчете на самую низкую температуру, которая может наблюдаться в нашем регионе. И в сильный мороз отопитель работает на номинальной мощности, при которой топливо сгорает в оптимальном режиме. Но экстремальные холода царствуют недолго, и в остальное время заслонку приходится перекрывать, уменьшая теплоотдачу. При этом режим горения превращается из оптимального в наименее выгодный.

Владельцам русских печей такая проблема не знакома: данный агрегат всегда протапливается в оптимальном режиме, а избыток тепла накапливается кирпичным массивом и затем в течение долгого времени постепенно отдается в помещение.

Хорошо бы такую тактику применить и для стального или чугунного котла, но стенки таких приборов не обладают достаточной теплоемкостью. Остается только одно: создать и подключить к котлу отдельное устройство, способное аккумулировать тепло.

Теплоаккумулятор для котла отопления

Попутно уменьшается объем угарного газа в выбросах, а подкладывать дрова или уголь нужно будет гораздо реже. При этом возможность перегрева и закипания теплоносителя в теплообменнике котла почти полностью исключается.

Не помешает теплоаккумулятор и владельцу электрического котла. Ночью, как известно, электроэнергия стоит в 3 раза дешевле, чем днем. При наличии теплоаккумулятора можно перейти на дифференцированный тариф и пользоваться электрокотлом только ночью.

Преимущества теплового аккумулятора

У традиционной русской печи перед современным твердотопливным котлом есть два существенных преимущества:

• если ее конструкция выполнена правильно, сгорание топлива в печи всегда идет в оптимальном температурном режиме, благодаря чему топливо отдает максимум тепловой энергии с образованием минимального количества продуктов горения;
• массивное кирпичное тело печи нагревается, а затем на протяжении длительного времени отдает тепло в помещение, то есть, выполняет функцию аккумулятора тепла, позволяя сократить количество топок в сутки.

Чтобы твердотопливный котел функционировал в оптимальном режиме, полноценно сжигая топливо, он должен работать на своей номинальной мощности. Но при покупке котельного агрегата для отопления дома мощность выбирают в расчете на самые морозные дни в регионе, но таких набирается не более двух недель за зиму. Таким образом, практически весь отопительный сезон котел работает в режиме ограниченной подачи кислорода, из-за чего снижается его КПД, топливо тратится неэффективно, так как при горении отдает меньше тепла.

Схема обвязки ТА

Чтобы избежать данной проблемы, к котельному агрегату подсоединяют теплонакопитель – резервуар с водой, аккумулирующий тепло во время работы котла, и подающий нагретую воду в систему отопления, когда котел выключен на ночь и температура теплоносителя снизилась.

Функционирование устройства

Производители выпускают тепловой аккумулятор для котла в виде емкости для воды цилиндрической формы, в которую погружены змеевики для циркуляции теплоносителя разных контуров отопления и котельного агрегата.

Вода в емкости поглощает избыток тепловой энергии в процессе работы котла, нагревающего теплоноситель и готовящего воду для системы ГВС. Твердотопливный котел (если речь идет не о котлах длительного горения или автоматическом пеллетном агрегата) требует достаточно частой закладки дров или угля, поэтому его останавливают на ночь.

Это приводит к постепенному остыванию теплоносителя, циркулирующего в системе. Автоматическая подача нагретой воды из теплоаккумулятора в радиаторы или систему теплого пола позволяет дольше поддерживать в отапливаемых помещениях дома комфортную температуру.

Особенности конструкции теплового аккумулятора

Модели, предлагаемые производителями, различаются по конструкции и функциональности.

К примеру, в целях удобства и экономии нагревать воду в емкости можно несколькими способами:

• подключив к котлу для отопления;
• установив в теплоаккумуляторе ТЭН;
• подсоединив емкость к солнечному коллектору.

Однако стоимость накопителей тепла в заводском исполнении достаточно высока, поэтому многие домовладельцы предпочитают теплоаккумулятор для твердотопливного котла изготовить своими руками.

В случае самостоятельного изготовления устройство обычно не оснащают змеевиками, выбирая самый простой вариант – емкость, с установленными патрубками в верхней и нижней части. К первой паре патрубков подсоединяются трубы подачи и обратки от котла, к паре патрубков, установленной на противоположной стороне емкости – трубы подачи и обратки отопительной системы.

Конструкция и назначение ёмкостного бака

Но если есть желание, время, подходящие инструменты и финансовые возможности, можно сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками, скопировав модель фабричного производства или разработав собственную конструкцию. Для изготовления змеевиков используется медная труба, также необходимо позаботиться о герметизации мест, где концы змеевика выводятся наружу. Такой подход в первую очередь востребован при наличии солнечного коллектора.

Емкость требует качественной теплоизоляции, благодаря которой температура воды дольше остается высокой.