Теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками

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.

Когда аккумулятор тепла будет лишним

Бывает так, что для систем отопления наоборот требуется быстрый набор температуры и ее снижение. Так, повышенное количество носителя тепла, накапливающееся в аккумуляционной емкости, будет мешать быстро нагреваться и остывать, а также точно регулировать температуру. Такие случаи:

Когда отопление нужно лишь в короткое время и перерасход топлива не нужен. К примеру, котельная функционирует на обогрев сушилки, применяемой только временами. Поэтому нет особой необходимости греть пустое помещение тем теплом, которое накопилось и ставить такое устройство, как система отопления с теплоаккумулятором.
Когда кроме отопления теплоустановка применяется еще и в качестве поставщика тепла для некоего технологического оборудования, и нужна быстрая и точная смена температуры – здесь повышенная инерция будет мешать.

Конструкция теплоаккумулятора

Согласно этой схеме происходит взаимодействие теплоаккумулятора, котла и системы отопления Как вы сами понимаете, довольно трудно изготовить какое-либо устройство, не зная точно весь его «состав». Поэтому сперва мы тщательно рассмотрим основные его узлы, а уже потом приступим к разбору полетов.

Итак, теплоаккумулятор, по сути, является огромным термосом, способным поддерживать температуру горячей воды длительное время (до нескольких суток). Основу его составляет большая железная бочка с хорошей теплоизоляцией, ну и нужные отводы конечно.

Основные узлы теплоаккумулятора:

Бак – непосредственно сама емкость, где будет находиться горячая вода.
Теплоизоляция – слой утеплителя, который не даст воде остыть.
Внешний кожух – одевается поверх теплоизоляции, чтобы ее более надежно зафиксировать и придать вашеу самодельному устройству презентабельный вид.
Запорная арматура
Воздухоотводчик
Предохранительный клапан
Термостат или трехходовой клапан
Резьба на змеевике
Термометр – монтируется в гильзу для дачи максимально точных показаний температуры внутри емкости.
ТЭН электрический – конечно будет лучше, если эта деталь будет присутствовать в вашем теплоаккумуляторе. Он будет играть роль запасного источника энергии на тот случай, если котел по каким-либо причинам не сможет функционировать. Тогда в сильные морозы система не разморозится полностью, пока вы чините отопительный агрегат. Кстати вам понадобится ТЭН всего лишь мощностью около 1,5-2 кВт. Согласитесь, очень нужная вещь!
Змеевик (теплообменник) – это главная деталь всего устройства, так как нагрев происходит именно с его помощью. Идеальным вариантом станет медный змеевик большого диаметра (около 20 мм), так как медь не будет ржаветь, в отличие от стальной или оцинкованной трубы.
Сливной кран – для технического обслуживания бака.

Бак теплоаккумулятора

Об этом стоит поговорить отдельно, так как от верно выбранного материала, объема и формы емкости зависит эффективность работы вашего будущего творения.

Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять: «нержавейка » — наилучший материал для бака теплоаккумулятора. Мало того, что она не подвержена коррозии, она еще и отличается высокой прочностью. Емкость из этого материала прослужит вам верой и правдой более 50 лет. Конечно стоимость бака из «нержавейки» весьма высока.

Есть еще один вариант бочки для теплоаккумулятора – это пластиковая бочка в металлическом каркасе. Максимальная температура воды, которую она сможет выдержать, – 80˚С.

Вполне возможно, что вы просто не сможете позволить себе потратить такую сумму на емкость. Поэтому предлагаем вам несколько возможных вариантов, где и как вы можете достать нужный бак:

— заказать изготовление у опытных сварщиков

— сделать бак самостоятельно из бочки диаметром 1 метр или изготовить элементарный куб из подручных материалов.

Бочка является более оптимальной формой для теплоаккумулятора, нежели куб. В сферической емкости вода будет прогреваться равномерно. Объем бака должен быть около 200-300 литров, но не меньше. Бак на 100 литров просто не справится с возложенными обязанностями.

Изготовление бака

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла можно изготовить своими руками в форме цилиндра, квадратной или прямоугольной формы. Первый вариант лучше. Для его изготовления стоит взять обычный листовой металл с толщиной 4-9 мм. Выгнуть такой металл в цилиндр в домашних условиях очень сложно. Поэтому стоит обратиться в металлообрабатывающие компании. Там проведут прокатку материала и сделают качественные швы.

Проще изготовить своими руками прямоугольный бак. Изготовление включает такие этапы:

Подключение болгарки к электросети и разрезание металла на прямоугольники согласно своей схеме.
Установка двух вертикальных сторон под углом 90°. Для их фиксации можно использовать большие тяжелые предметы. Могут подойти бочки.
Выполнение точечной сварки в нескольких местах.
Проверка правильности угла и при необходимости коррекция.
Сварка двух стенок. Шов следует делать как извне, так и изнутри.
Приваривание всех остальных частей.
Наваривание на каждую сторону 4-5 ребер жесткости. Такие ребра можно было бы не приваривать на бак с объемом, меньшим 5 куб. м. Если будет использоваться цилиндрическая емкость, то ребра жесткости необходимы на верхней и нижней стороне.

Поскольку теплоаккумулятор дляу стройства будет большим, на верхней стороне стоит сделать крышку. Диаметр крышки — 60 см. Ее толщина должна в два раза превышать толщину основного материала. Можно будет залезать/вылезать из бака и варить его изнутри. Крышка должна закрываться герметично. Для этого в конце всех работ на стыки наклеивают своими руками резиновую втулку.

Некоторые пытаются использовать в качестве основной емкости пластмассовые бочки. Они не подходят, так как рассчитаны на невысокую температуру. Исключение составляют изделия, в маркировке которых указано «способность выдерживать температуру, равную 100 °С».

Принцип работы накопителя

Подача в котел холодной воды. После начала работы циркуляционного насоса, расположенного между котлом и накопителем, холодная жидкость из последнего устройства передается в верхнюю часть котла, и горячая вода начинает занимать освободившееся пространство.
Подача горячей воды в отопительную систему. После включения насоса, установленного между накопителем и радиатором, он нагнетает горячую воду в трубы отопления, а холодный теплоноситель начинает поступать вниз накопительного бака. После достижения в помещении нужной температуры термостат отключает работу накопителя.
Передача аккумулирующей энергии. Она осуществляется даже после сгорания в топке всех дров. Накопитель будет передавать тепло до тех пор, пока весь его бак не заполнится холодной водой.

Схема подключения

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

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

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

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

Из преимуществ только простота подключения и минимум используемых элементов.

Схема включения с подмешиванием

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

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

Схема подключения с подмешиванием

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

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

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

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

Принцип работы

Проводя аналогию с русской печью, несложно догадаться, что под солидным термином «теплоаккумулятор» подразумевается просто большой объем какого-либо материала, имеющего значительную теплоемкость. В системах водяного отопления в этом качестве логичнее всего использовать сам теплоноситель – теплоемкость у воды достаточно велика.

Итак, накопитель тепла представляет собой большую емкость, заключенную в теплоизолирующую оболочку и заполненную водой. Применяются разные схемы подключения такого устройства, но принцип его работы остается неизменным: за счет избытка производимого котлом тепла вода в ТА нагревается до высокой температуры и впоследствии накопленное тепло постепенно отбирается в систему отопления.

Схема работы теплового аккумулятора

Помимо основной своей функции ТА может играть роль водонагревателя, для чего внутрь него достаточно встроить змеевик. Правда, получить горячую воду в больших объемах с его помощью не получится.

Зарядку ТА можно осуществлять не только при помощи котла, но и посредством солнечного коллектора – для этого в емкость также нужно встроить змеевик, через который будет протекать нагретый солнцем теплоноситель.

Способы обогрева подземного резервуара

Нагревательный кабель снаружи резервуара
Нагревательный кабель внутри резервуара
Врезной электронагреватель
Погружной электронагреватель

Электрообогрев греющим кабелем снаружи

Применяется для большинства типов РГСП ввиду значительной экономической эффективности и простоты монтажа. Система кабельного обогрева монтируется на этапе установки резервуара, чаще всего включается в комплектацию на этапе проектирования объекта.

Применение обогрева подземного резервуара снаружи

Резервуаров противопожарного запаса воды и воды для технических нужд.
Дренажных емкостей для сбора сточных вод.
Резервуаров системы очистных сооружений и септиков.
Резервуаров для хранения нефтепродуктов и топлива.
Емкостей для хранения щелочей, кислот и иных химических веществ.

В системах обогрева РГСП используется саморегулирующийся греющий кабель мощностью от 24-30Вт/м в защитной оплетке, стойкой к механическим повреждениям. Кабель монтируется под теплоизоляцию. Греющим кабелем обогреваются емкости различного объема от 1 до 150м3.

Для компенсации тепловых потерь греющий кабель укладывается змейкой в нижней части резервуара на высоту от 1м до 1/3 от высоты горизонтальной части резервуара, с определенным шагом, который зависит от мощности кабеля и величины теплопотерь. В большинстве случаев обогрев для данного вида емкостей используется для защиты от замерзания и подержания температуры не выше +5..+10С.

Расчет системы обогрева резервуаров
Проектирование электрообогрева резервуаров

При проектировании системы обогрева необходимо учитывать срок службы (ресурс) греющего кабеля, а также возможность аварии или повреждения системы. Так как замена греющего кабеля на заглубленной в грунт ёмкости практически невозможна, применяют функцию резервирования. Резервирование – монтаж дополнительной, дублирующей секции нагревательного кабеля. Данный способ значительно увеличивает надежность системы, особенно если планируется длительный срок эксплуатации объекта. Средний срок службы греющего кабеля в системе обогрева составляет 15-20 лет.

Пример обогрева подземной емкости с резервной линией кабеля

Срок службы греющего кабеля

Обогрев внутри резервуара

В качестве нагревательного элемента применяется специальный нагревающий кабель в оболочке из фторополимера, стойкий к воздействиям химически агрессивных сред. Витки кабеля крепятся на монтажную ленту, распределяясь по внутренней поверхности резервуара и образуя сетку (нагревательный мат). Так как лента размещена непосредственно в жидкости, КПД работы системы гораздо выше. Монтируется кабель через горловину, таким же образом возможно осуществлять обслуживание и ремонт.

При монтаже системы кабельного обогрева внутри емкости следует уделить особое внимание герметичности соединений и материалам, из которых они изготовлены. Лучше всего для агрессивных сред подходят силиконовые муфты, которые могут быть установлены поверх основного соединения в качестве дополнительной антикоррозийной защиты

В некоторых случаях для защиты от агрессивной среды применяют стальные трубы. Нагревательный кабель устанавливается внутри этих труб. При этом эффективность данной системы падает незначительно по сравнению с непосредственным размещением нагревательного кабеля в агрессивной среде.

Внутренний обогрев резервуаров тэнами НБП, НБВ

Для внутреннего обогрева резервуаров, содержащих вещества повышенной пожароопасности, таких как нефть, мазут, гудрон, техническое масло, битум, гудрон – часто применяют трубчатые нагревательные элементы (ТЭН). Тепловыделение обеспечивают трубчатые нагревательные сердечники (ТЭНС). Главное преимущество данного способа электрообогрева – возможность заменить систему без слива содержимого емкости.

Погружные тэны НБП

Врезные тэны НБВ

Рабочее напряжение ТЭНов – 220-380 В. Мощность до 50 кВт. Средний ресурс – 15000 часов, срок службы до 8 лет. Для взрывоопасных объектов используются ТЭНы во взрывозащищенном исполнении.

Система управляется посредством шкафа управления. Мощность системы определяется после расчета предполагаемых тепловых потерь и характера содержимого продукта.

Недостатком использования ТЭНов является небольшой срок службы и неравномерный разогрев технологической жидкости в резервуре.

Утепление

В качестве теплоизолирующего материала можно использовать:

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.
Минеральная вата толщиной 10 см и плотностью 135-145 кг/м3. Ее проблематичнее прикрепить к устройству.
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.

Где применяется устройство

https://youtube.com/watch?v=V8MNZd2-710

Но теплоаккумулятор будет целесообразен в нескольких случаях:

Когда в отопительной системе используются котлы на твердом топливе, и нет возможности постоянно их обслуживать. Так, теплоаккумулятор может обеспечить постоянную температуру в помещении и сгладить скачки.
Когда используется электрическое водяное отопление и дифференцированная оплата за электроэнергию. Самодельный теплоаккумулятор отопления сможет накопить тепло в те часы, когда тариф минимальный, а далее нагревать при самой маленькой мощности.
Когда отопительная система имеет периоды пикового разбора теплоэнергии, а установка дополнительного котла нецелесообразны. Система отопления с тепловым аккумулятором обеспечит отдачу тепла в эти промежутки времени.

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 видТеплоаккумулятор, патрубки. 1 — система отопления. 2 — верхний змеевик. 3 — нижний змеевик. 4 — охлаждение ТА. 5 — группа безопасности. 6 — магниевый анодТеплоаккумулятор, 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.

ТеплоаккумуляторЗмеевик — теплообменникТрубы довольно неплохо зажимаются между шляпками саморезовПодключение теплообменникаПодключение теплообменникаПодключение теплообменникаУтепление 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.

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.

Теплоаккумулятор для котлов отопления: устройство, назначение + инструкция по изготовлению своими руками

Расчет объема накопительного бака

Когда аккумулятор тепла будет лишним