Главная / Перегородки и арки

Как из пластиковой бочки сделать теплоаккумулятор. Самодельный теплоаккумулятор: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления. Для периодической работы котла в течение суток

Установка в системе отопления водяного аккумулятора тепла решает сразу многие проблемы. С твердотопливными котлами выгоды вообще много: реже топить и ровнее температура в доме. Еще это устройство помогает сделать отопление более экономичным, так как котел работает в самом оптимальном режиме — при активном горении дров. Еще теплоаккумулятор (ТА) позволяет отапливаться электричеством не так дорого. Это хороший вариант сэкономить для тех, у кого есть ночной тариф с солидной разницей в цене относительно дневного тарифа. Единственное что останавливает: высокие цены на теплоаккумулирующие емкости — сотни тысяч. Есть и более дешевый вариант — сделать теплоаккумулятор своими руками. Обойдется в 20-50 тысяч — в зависимости от объема и выбранного материала.

Материалы, конструкция и утепление

Самодельные аккумулирующие емкости для систем отопления обычно делают в виде куба. Размеры и пропорции каждый выбирает исходя из имеющейся площади. В чем их недостаток? В большинстве своем негерметичны. Нет, они не текут и очень хорошо себя чувствуют .

В системе закрытого типа, желательна именно герметичная емкость — чтобы не было воздуха в теплоносителе, можно было поддерживать стабильное давление. Добиться этого в кустарных условиях совсем непросто, хоть и возможно.

С теплообменником и без

Есть два типа теплоаккумуляторов, которые ставят в отопление: с теплообменником внутри подключенным к котлу и без него. Во втором случае, это просто емкость с патрубками. Такие ТА ставят, если теплоноситель в системе и у котла один, и если давление во всех частях системы одинаковое. Третье ограничение — по температуре. В системах отопления такого типа температура внутри котла и на потребителях (радиаторах, теплом полу и других устройствах) может быть одинаковой.

С первого взгляда теплоаккумулятор без теплообменника кажется более выигрышным: прямой нагрев воды более эффективен, чем через опосредованный (через теплообменник). Затраты меньше — так как теплообменник делают из медной трубы или нержавейки и длина трубы — несколько десятков метров.

Но, если пустить воду от котла через змеевик, служить теплообменник котла будет дольше. Ведь в этом круге циркулировать будет небольшой объем. Растворенные в нем соли быстро осядут, а так как новых «поступлений» нет, то и других отложений не будет. Без змеевика прокачиваться будет весь теплоноситель в системе (включая и тот, что в баке), так что осадка будет в десятки раз больше.

Какой длины трубу брать для теплообменника

В большинстве случаев теплоаккумуляторы делают с теплообменниками. Используют для этого медную трубу свернутую спиралью или чугунные радиаторы. С этим все понятно. Но вот какой длины должна быть труба или сколько секций в радиаторе? Это надо считать. Точный расчет длинный и сложный, а приблизительно можно посчитать так:

По опытным данным секция радиатора имеет коэффициент теплопередачи около 500 Вт/кв.м*град, дюймовая медная труба — 800 Вт/кв.м*град.
Принимаем также, что средняя разница температур в теплоносителе составляет 10°С.
Для расчета планируемый запас тепла делим на коэффициент теплопередачи материала (труба или радиатор). Получаем площадь теплообмена для данного случая в квадратных метрах.
Ищем в данных какая площадь поверхности у выбранного вами материала (у 1 метра трубы или 1 секции радиаторов). Чтобы найти метраж или количество секций, делим полученную площадь теплообмена на площадь поверхности.

Это приблизительный расчет. Данные получатся немного завышенными, но это неплохо. Гораздо хуже, если они будут занижены — теплоноситель в теплообменнике закипит раньше, чем нагреется вода в емкости ТА. Поэтому лучше брать с запасом.

Чтобы было чуть понятнее, рассчитаем длину трубы и количество секций, если надо передать воде в ТА 25 кВт тепла. 25000 Вт /800 Вт/кв.м*град = 3,21 м2. В случае с дюймовой тубой потребуется около 40 м.

Для радиаторов расчет аналогичен: 25000 Вт /500 Вт/кв.м*град = 5 м2. Это около 20 секций батарей.

Что лучше — радиаторы или трубы? С точки зрения практичности, лучше радиаторы. Если вдруг оказалось, что теплопередача сделанного теплообменника недостаточна, всегда можно добавить пару секций. С трубой сложнее — ее не дорастишь. Придется либо брать кусок длиннее, либо мудрить что-то со вторым контуром теплообменника. Есть, правда, еще варианты — добавить оребрение (для увеличения площади теплоотдачи) или установить циркуляционный насос, который будет создавать движение в емкости. За счет этого увеличится теплоотдача.

Насос поставить проще, но работать он будет только при наличии электропитания. Так что этот вариант не на все случаи жизни. Разве что у вас есть электрогенератор или другой источник питания на случай пропадания сетевого напряжения.

Из каких материалов делают

Самостоятельно емкость для аккумулирования тепла в системе отопления делают:

Из обычной листовой стали толщиной 4 мм. Наиболее бюджетный вариант. Плох он тем, что такой бак ржавеет. Но есть технологии и покрытия, которые позволят этот процесс предотвратить/замедлить (описание чуть ниже).
Из листовой нержавеющей стали толщиной от 2 мм. Тут проблема в сварных швах. Если сваривать в обычных условиях, в районе нагрева (швы) легирующие металлы выгорают, так что швы ржавеют и текут. Решить проблему можно купив горелку TIG и варить в среде с аргоном.
Из еврокуба. Это большая пластиковая емкость. Она не ржавеет, герметична. Вот только температура жидкости в ней не должна превышать 72-73°C, иначе ее «поведет». Чтобы не перегревать, придется увеличивать объем или уменьшать «простои» между топками.

А вообще, делают теплоаккумулятор и из больших бочек. Под небольшую систему можно сварить две-три двухсотлитровые бочки. Такую емкость можно поставить в небольшой дом — до 60-70 квадратов.

Чтобы емкость из обычной стали не ржавела, изнутри ее надо покрыть герметичным составом. Для этих целей используют толстую пленку, которой обтягивают бассейны. Ее сваривают по нужным размерам по месту. Есть еще резиноподобные краски или мастики. Часть из них тоже используют для герметизации бассейнов, но многие применяются в различных производствах. И пленки, и мастики/краски вам надо найти те, температурный режим использования которых превышает 100°C (а лучше — 110°C). Еще вариант — термостойкая стеклоэмаль.

Если речь идет о теплообменниках, их делают из самых разных материалов:

Самодельные теплообменники для теплоаккумуляторов делают обычно в виде спирали. Для этих целей отлично подходит отожженная медная ли гофрированная нержавеющая труба. Согнуть их не проблема, даже с небольшим диаметром. Эти два материала и лидируют. Но гофрированная труба не слишком хороша с точки зрения теплоотдачи. Пусть у нее больше площадь поверхности, но движение теплоносителя вдоль нее затруднено. Так что это — не лучший выбор. Особенно для котлов с малой мощностью.

В паре с мощными котлами и в аккумулирующих емкостях больших объемов (от куба и больше), хорошо себя показали чугунные радиаторы. Это бюджетный вариант, но он имеет серьезные недостатки. Первый — большая инерционность. Пока не нагреется сам радиатор, никакого теплообмена с водой. Это увеличивает время нагрева ТА. Второй недостаток — чугун ржавеет. Пусть не так быстро, но все-таки. Чтобы частички ржавчины не попали в систему, на выходе из самодельной буферной емкости ставьте грязевики.

Утепление

Так как основная задача — сохранить как можно больше тепла, самодельные теплоаккумуляторы надо утеплять. Два самых распространенных материала для этих целей — пенопласт высокой плотности (не менее 350 гр/м³) и минеральная вата. Минеральную вату лучше брать в матах, с ней проще работать. По толщине — на низ и бока берут по 10 см, верх могут утеплить тщательнее — 15 см.

Чтобы сделанный своими руками теплоаккумулятор выглядел презентабельнее, и для того чтобы немного улучшить теплосбережение, поверх теплоизоляции покрыть его можно фольгированным пеноизолом, обшить фанерой, ОСП или другим листовым материалом.

Чуть сложнее с утеплением нижней части буферной емкости. Заполненная водой она будет весить весьма солидно, так что многие материалы просто сомнутся, и толк от них будет совсем небольшой. Есть два пути решения:

В качестве теплоизоляционной прослойки использовать пено/газо бетонные блоки, поверх которых уложить несколько слоев базальтового картона. Получается неплохая теплоизоляция.
Сделать бак на ножках или сварить раму, на которую поставить емкость. В этом случае можно использовать любой из утеплителей — его можено посадить на монтажную пену.

К необычным материалам, которые использовали для утепления теплоаккумуляторов, относится ячеистый поликарбонат. Он сам по себе хорошо сохраняет тепло, так как используется при строительстве теплиц. Его можно уложить в несколько слоев, доведя теплоизоляцию почти до идеала. В этом случае обшивка фольгированным теплоизолом приобретает больший смысл: тепло будет отражаться обратно на бак.

Ребра жесткости или каркас

Теплоаккумулятор своими руками делают чаще из листового металла. Толщина его — несколько миллиметров. Даже при объеме 500-700 литров получается солидная такая емкость. При заполнении водой, стенки емкости раздуваются в стороны — давление воды немалое.

Вот такие стяжки внутри теплоаккумулятора — для того чтобы стенки не выдавливались водой

Чтобы стенки емкости не прогибались, можно либо наварить изнутри ребра жесткости (как на фото), либо сварить каркас из уголков и металлических полос, а затем обварить его уже металлом. При выборе варианта с ребрами жесткости, наваривать их надо по длинной стороне (если такая есть) с расстоянием не более 50 см. Приварив поперечные полосы на противоположных сторонах куба, их соединяют при помощи металлических полос или штырей, приваривая их тоже с не слишком большим шагом.

Примеры самодельных теплоаккумулирующих емкостей для отопления

ТА для дешевого отопления электричеством

Этот теплоаккумуляторный бак был сделан под электрический котел. С его помощью запасается тепло во время действия ночного тарифа. Емкость получилась большой, чтобы ускорить процесс и иметь определенный запас мощности на случай уменьшения срока действия ночного тарифа, были врезаны еще три ТЭНа по 2 кВт. Они включены «звездой» к трехфазной сети.

По материалам:

размер бака — 1,5*1,5*0,75 м (емкость около 1,7 м³) , толщина листа — 4 мм (пошла часть листа 1,5*6 м);
радиатор чугунный — 7 секций;
металлический уголок — приварен по периметру верхней части для фиксирования крышки;
резиновый уплотнитель на самоклеящейся основе — для уплотнения той самой крышки;
металлическая арматура — штуцера с наружной резьбой, отсечные краны;
электроды для сварки.

Сам процесс сборки емкости прост — надо:

Проварить все швы, зачистить, покрыть грунтовкой.
Сделать отверстия под патрубки, установить и обварить арматуру.
Приварить «стяжки» внутри бака».

ТЭНы установлены внизу — подогревать самый холодный слой
Чтобы стенки не «раздувало»
Уголки просверлить с шагом 15-20 см. Это отверстия под винты стяжки. затем — обвязку из уголка.
Места сварки (все) зачистить, прогрунтовать, покрасить.
Покрыть грунтовкой и покрасить все поверхности снаружи и внутри.
Зачистить, покрыть грунтовкой два раза и покрасить чугунную батарею/теплообменник.
К сделанным под теплообменник выводам подключить батарею, закрепить ее в баке.
К крышке бака по периметру приклеить резиновый уплотнитель. Лучше клеить целым куском — будет более герметично.

Готовый бак установлен на слой пенопласта высокой плотности (10 см), обложен по бокам и сверху матом из минеральной ваты толщиной 1о см. Утеплитель приклеивался к стенкам. При эксплуатации бак и компоненты начали сильно ржаветь. Замедлить процесс помог установленный внутрь магниевый анод.

Самодельный герметичный бак из нержавеющей стали

В систему отопления с угольным котлом мощностью 56 кВт (отапливаемая площадь 190 м ²), собрали теплоаккумулятор объемом в 4 куба. И мощность котла, и размеры бака взяты с очень большим запасом — владелец хочет топить в холода не чаще 1 раза в день, при небольшом минусе — раз в два-три дня. С такими параметрами ему это удается. Предполагается в систему подавать теплоноситель с температурой не выше 50°C, так что радиаторы в комнатах установлены с двойным запасом (). На каждом радиаторе стоят , чтобы была возможность регулировать температуру в каждой комнате отдельно. Для самодельного теплоаккумулятора использовалась листовая нержавеющая сталь толщиной 2 мм.

Из особенностей конструкции: самодельный теплообменник. Он тоже сделан из листового металла. Представляет собой две пластины, между которыми наварены полосы металла. Эти полосы — направляющие для потока теплоносителя. Они немного не доходят до одного из краев, расположены так, чтобы поток шел «змейкой».

Так приварены «направляющие» для потока теплоносителя от котла

Размер теплообменника получился большой. Чтобы конструкция не гуляла, крышку, кроме того что ее обварили, притянули по площади шпильками, места установки обварили накладками из той же нержавеющей стали. Для проверки герметичности провели опрессовку давлением 3,5 Атм. Все цело, течей нет.

По сварке самого корпуса вопросы возникнут вряд ли. Единственное, что может быть интересным — варили обычным сварочным инвертором, но TIG горелкой (куплена в специализированном магазине). Был куплен также бак аргона, так что варили нержавейку в аргоновой среде.

По верхнему краю обварили уголком, к уголку приварили шпильки. На них будет установлена крышка с резиновым уплотнителем.

Так как емкость большая, даже плотный пенопласт ее не выдержит. Поэтому под нее сварена подставка из стального уголка.

Все это установлено в котельной. Бак оклеили со всех сторон минеральной ватой толщиной 15 см, поверх утеплителя обшили ОСП и покрасили. В готовом виде все выглядит неплохо.

По результатам эксплуатации. При морозах в -25°C топить приходится раз в сутки. При температуре -7°C или -10°C — раз в двое суток. При еще более теплой — и того реже.

Как сделать буферную емкость из еврокуба

Если вы решите делать теплоаккумулятор из пластиковой емкости, обязательно обращайте внимание на температурные характеристики. Так как температура теплоносителя может достигать 90°C, то такой и должна быть температура, которую длительное время выдерживает пластик. Таких еврокубов немного и стоят они дорого. В принципе, можно ориентироваться по цене. Если емкость дорогая, она может подойти. Высокой теплостойкостью отличаются изделия из полиэтилена низкого давления (PE-HD). Вот такие емкости и подходят для того, чтобы сделать своими руками из них теплоакумулятор.

Сделать из евробака аккумулятор тепла проще чем из любого другого материала. Емкость готова, надо только внутрь запустить теплообменники, прорезать и вставить функциональные устройства и арматуру. Главная задача — аккуратно вырезать отверстия — ровно под фурнитуру. Герметизируют их при помощи высокотемпературных герметиков (не кислотных).

Если надо установить в бак теплоаккуммулятора из еврокуба ТЭНы, часть стенки лучше вырезать, вырезать пластину из толстого листового алюминия. Пластину притянуть к стенке болтами с паронитовыми прокладками, тщательно все промазав все тем же герметиком.

Утепление:

бока — фольгоизол 5 мм. фольгой внутрь + 50 мм. ЭППС
верх — 2 слоя 10 мм. фольгоизола + 50 мм ЭППС
снизу только 10 мм. фольгоизол — на него куб был поставлен при установке.
Швы пропенены дополнительно. Так что ЭППС в безопасности.

Отзыв от эксплуатации:

«Вчера потеплело до +2, так у меня утром, в 7-00, было 85 градусов, в ТА, в 16-00 78 град, около 23-00, перед включением ТЭНов — 75. В результате ТЭНы работали очень мало! Но так не всегда, бывает остывает сильнее. Погода, ветер, и т. д. — всё влияет».

Водяной теплоаккумулятор – это специальный аппарат, который собирает лишнюю тепловую энергию с котла, простыми словами, накапливает тепло до определенного момента. Если дом перестает отапливаться обычным способом, бак-аккумулятор будет бесперебойно поставлять тепло. Стоимость подобного устройства очень высока: за объем 200 литров придется заплатить почти тысячу долларов, что уж говорить о более объемном оборудовании. Если в планы не входят большие растраты, то предлагаем сделать теплоаккумулятор самостоятельно.

Некоторые думают, что тепловой аккумулятор не особо нужен в доме, ведь он работает редко. Однако, оборудование играет важную роль в отопительной системе и применяется в нескольких случаях.

Если дом обогревается печью, что имеет водяной контур, или котлом, топить которые нужно путем подкидывания дров и угля. Чтобы хозяин дома спокойно спал ночью и не бегал к печи для подкидывания топлива, начинает работать аккумулятор тепла.

Когда дом отапливается электрокотлом, то счет за электричество будет на немаленькую сумму. Все знают, что ночью тариф в два раза меньше, поэтому целесообразно днем использовать теплоаккумулятор.

Ну и, конечно же, при отключении основного источника отопления, например, в случае поломки, накопитель тепловой энергии будет очень кстати.

Виды теплоаккумуляторов

Существует несколько видов тепловых аккумуляторов.

Стандартная буферная емкость. Аккумулятор – это обычный металлический бак. Для того чтобы он дольше сохранял тепло, бак должен быть покрыт слоем утеплителя. Если конструкция не утеплена – сделать это можно своими руками.

Накопитель горячего водоснабжения. Чтобы бак-теплоаккумулятор грел воду, его нужно укомплектовать змеевиком. Змеевик служит проводником холодной воды из водопровода в бак, его размещают в верхней или нижней части конструкции либо, вообще, по всему периметру нагревателя. Напрямую пускать воду в бак не рекомендуется, так как на стенках аккумулятора образовываются отложения и распространяются бактерии.

Змеевик проводят не только от водопровода, но и от солнечных лучей так называемые солнечные коллекторы. Теплоноситель поступает в накопитель от специальных нагретых солнцем панелей, оставляет тепло в баке, и по змеевику опять возвращается к панелям, чтобы заново нагреться.

Водяной теплоаккумулятор с теплообменником. Как и змеевик, теплообменник

используют для ГВС. Благодаря высокой теплопроводности, гофрированная труба отлично подойдет для подключения к солнечным коллекторам. Теплообменник еще используют для системы теплых полов. Труба выдерживает давление до 10 атмосфер.

Конструкцию «бак в баке». Такой теплоаккумулятор называют полноценным бойлером внутри технологической емкости. Чтобы увеличить площадь теплообмена и способствовать очищению стенок бака от накипи, для изготовления конструкции используют ребристую нержавеющую сталь.

Устройство теплоаккумулятора

Основа накопителя – это обычный бак, снизу и сверху имеющий парубки, к которым крепится змеевик. Внизу бак соединяется с источником тепла, а вверху – с отопительной системой. Агрегат отличается высокой теплоемкостью воды. Аккумулятор работает по определенному принципу.

В боковых стенках бака есть две трубы. Одна является проводником холодной воды от водопровода, вторая нужна для теплового носителя, чтобы тот поступал в радиаторы отопления.

Верхний змеевик соединяют с трубой, через которую идет холодная вода, а нижний – с патрубком горячей воды.

Горячая вода циркулирует через змеевик и нагревает жидкость, находящуюся в баке-теплоаккумуляторе. Если котел выключается, вода в трубах постепенно остывает, но циркуляция продолжается. Прохладная жидкость, поступающая в накопитель, начинает выталкивать имеющийся там горячий накопитель в систему отопления, за счет чего помещения продолжают обогреваться какое-то время, даже если котел выключен.

Чтобы теплоноситель двигался по трубе, нужно укомплектовать бак циркулярным насосом.

Как собрать теплоаккумулятор своими руками

Необязательно покупать теплоаккумулятор. Его можно сделать самостоятельно, сэкономив почти в два раза, а эффективность будет не хуже, чем у покупного. Самый простой цилиндрический теплоаккумулятор по принципу работы сходный с термосом. Его стенки сохраняют тепло воды долгое время, поэтому он отлично подойдет для отопления помещений. Перед началом сборки водяного теплоаккумулятора понадобится:

Бак с минимальным объемом 200 литров, бак меньше не имеет смысла. Объем выбирать, основываясь на площадь, которая должна отапливаться.
Материал, чтобы теплоизолировать конструкцию, например, возьмите минеральную вату.
Фольгированная пленка.
Клейкая лента.
Змеевик трубки из меди для его изготовления.
Для опалубки можно использовать бетонную плиту или доски, еще понадобиться бетон для заливки.

В качестве накопителя отлично подойдет железная бочка.

После того как запасетесь всеми необходимыми материалами, можно приступать к работе.

Этапы сборки теплоаккумулятора

Для начала нужно подготовить бочку. Если она старая, то очистите ее от загрязнений и следов коррозии.

Берем теплоизоляционный материал и оборачиваем им внешние стенки бака, после чего закрепляем утеплитель с помощью скотча, обмотанного в несколько слоев. Для утепления отлично подойдет минеральная вата, а вот использование экструдированного пенополистирола не рекомендуется, из-за того, что под такой обшивкой в холодное время года могут поселиться мыши. К минеральной вате они равнодушны.

Чтобы окутать бочку, нужно взять фольгированную пленку и зафиксировать ее клейкой лентой. Самодельный теплоаккумулятор можно обшить листом металла.

Следующим шагом станет изготовление змеевика. Для этого понадобится медная трубка длиной 8–15 метров (длина зависит от объема бака) и диаметром 20–30 метров. Согните трубу в спираль и поместите внутрь бочки. При соединении змеевика с котлом спираль будет нагреваться, соответственно, будет нагреваться и вода в накопителе.

Для движения воды нужно сделать патрубки, которые мы оснастим кранами. Краны нужны, чтобы при необходимости можно было быстро перекрыть циркуляцию воды.

Последний этап – это установка теплоаккумулятора. Бак устанавливают на бетонную основу. Можно использовать готовую плиту или же самим залить опалубку бетонным раствором.

Этот тип конструкции подходит для однокотловой системы отопления. Если котлов несколько, новичку будет сложно сделать правильный агрегат самостоятельно.

Теплоаккумулятор из баллонов

Если котельная слишком маленькая для установки объемных бочек, можно сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана. Такая конструкция имеет объем всего 100 литров, но для небольшого помещения вполне подойдет. Накопитель выполняет несколько функций:

Разгрузка твердотопливного котла при перегреве путем накопления излишков теплоты, что обеспечивает безопасность котла.
Нагрев воды для хозяйственных нужд.
Баллон способен обеспечить обогрев дома на несколько часов, если котел будет отключен.

Для начала нужно подготовить материалы:

баллоны из-под пропана 2 шт.;
медная трубка, длиной 10 метров и диаметром 12 метров;
штуцеры и гильзы для термометров;
базальтовая вата в качестве утеплителя;
металл, чтобы обшить конструкцию.

Если все необходимые материалы в наличии, можно приступать к изготовлению.

Открутить от баллонов вентили и отрезать крышки с помощью болгарки. Перед тем как отрезать крышку, наполнить баллон водой, чтобы остатки газа не взорвались.
Согнуть трубу в форму змеевика вокруг трубы нужного диаметра.
Сверлом сделать отверстия в баллоне для фиксаторов термометра.
Сварить два баллона, поставив их друг на друга.
Внутри получившейся конструкции нужно установить змеевик, а концы трубки выпустить через сделанные отверстия.
К сделанному баку нужно приделать дно и крышку: в дно баллона врезаем штуцер для сливного крана, а в крышку – для сброса воздуха.
Утеплить накопитель базальтовой ватой.
Обшить аккумулятор металлическим листом, закрепив его саморезами.

Такой теплоаккумулятор не оснащен циркуляционным насосом и подключается к котлу напрямую. Он стыкуется с котлом стальными трубами, диаметр которых 5 см.

Выводы

Изготавливать теплоаккумулятор своими руками довольно долгая и трудоемкая работа, но, если соблюдать все этапы сборки, то получится настоящий накопитель тепла, который пригодиться в вашей отопительной системе. Самое важное, что для изготовления теплоккумулятора понадобятся самые обычные материалы, такие как бочка или баллон, которые точно найдутся в гараже.

Видео: Теплоаккумулятор или буферная емкость

– это специальная емкость с жидкостью, которая способна накапливать энергию теплоносителя и отдавать ее обратно. Подобное устройство позволяет значительно сократить расходы на топливо и существенно увеличить КПД (коэффициент полезного действия) отопительной системы.

Применение теплового аккумулятора

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

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

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

Преимущества теплового аккумулятора

Устройство выполняет следующие функции:

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

В независимости от преимуществ установки, существует и несколько минусов.

Недостатки теплового аккумулятора

К недостаткам относят:

Количество воды зависит от вместительности бака теплоаккумулятора. Он выступает в роли ограничителя, который быстро расходуется, поэтому понадобится дополнительная система для подогрева.
Для установки больших баков требуется свободная площадь , в виде отдельного помещения (котельни).

Принцип работы

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

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

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

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

Схема подключения теплоаккумулятора

Виды теплоаккумуляторов

Классификация аккумулирующих емкостей:

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

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

Делаем своими руками

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

q=S*(Tmax-20)*Л/d,(Вт)

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

Tmax – максимальная температура воды, ºС;

20 – температура воздуха внутри помещения, ºС;

Л – теплопроводность изоляционных материалов, Вт/м ºС;

d – толщина теплоизолятора, м.

Формула для площади поверхности бака без дна:

Sос = m/h (кв.м.)

где: Sос – площадь основания бака;

d – диаметр круга, мм;

h – высота бака, м.

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

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

q=7.3*(90-20)*0.040/0.1=204.4 Вт

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

Необходимые материалы и инструменты

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

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

Для работы понадобятся такие материалы как:

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

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

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

Изготовление

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

Выбрать бочку нужного объема.
Очистить ее, устранить пыль и мусор , избавится от коррозии.
Упрочнить бочку с наружной стороны ребрами жесткости (особенно когда теплоаккумулятор рассчитан на более, чем 5м 3).
Под болты необходимо приварить фланец размером с крышку.
Увеличить толщину крышки , приварив к ней ребра жесткости.
Отшлифовать внутреннюю поверхность бочки, а затем обработать ортофосфорной кислотой. После прогрунтовать поверхность 4-6 раз и покрыть несколькими слоями теплостойкой краски.
Вварить внутрь тэны или змеевики и сделать отверстия для патрубков.
Важно! Если позволяют возможности можно использовать вместо стандартной системы покраски, порошковую окраску. Ею покрыть поверхность следует после установки змеевиков. Такой способ позволяет добиться одинакового по толщине слоя из термостойкого полимера, который прекрасно защитит от коррозийных процессов.
Приварить патрубки, проверить герметичность установки , осмотреть змеевика и все швы, отверстия и саму поверхность бака.
Изготовить наружный цилиндр.
Отшлифовать, прогрунтовать и обработать серебрянкой поверхность бочки снаружи.
Обмотать бочку алюминиевой фольгой , а затем утеплить минеральной ватой.

К самодельным установкам выдвигается несколько требований относительно безопасности:

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

Утепление

В качестве теплоизолирующего материала можно использовать:

Пенопласт толщиной в 10 см и плотностью 25кг/м 3 . 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/м 3 . 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.

Установка и подключение

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

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

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

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

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

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

Советы по изготовлению:

Для аккумулирующих емкостей с нуля лучшим вариантом будет использование листового металла толщиной в 2 мм.
Сварить установку можно и из нержавейки , но это обойдется несколько дороже.
Чтобы упростить процесс изготовления и утепления лучше делать теплоаккумулятор прямоугольной формы.
Не используйте для устройства бочки из пластмассы , они не выдерживают высоких температур. Исключением являются бочки с маркировкой до 100 ºС.
В крышку нужно вмонтировать предохранительный клапан , с помощью которого выпускать избыточное давление.
Заводской змеевик можно заменить на стальной гофрированный шланг , что увеличит общую площадь теплообмена.
Чтобы пластиковые баки не теряли своей формы их необходимо заключить в каркас из решетки.
Маленькие тепловые аккумулятора можно применять для водяного теплого пола в качестве подпитки.

Главная задача, которую призван решать теплоаккумулятор - накопление тепловой энергии и её возврат в то время, когда котёл перестаёт её вырабатывать. Например, когда всё топливо уже прогорело. Кроме этого, такое устройство, позволяет не только поддерживать оптимальную температуру воздуха, но и гарантирует наличие горячей воды.

Тепловые аккумуляторы применяют в связке с котлами на твёрдом топливе, а также электрическими. При грамотно выполненной установке домовладелец имеет все шансы на снижение затрат энергии на 20–25%.

Принцип работы

Представляя собой хорошо утеплённый резервуар, теплоаккумулятор работает по простой схеме. К нему сверху подводится труба от котла, по которой поступает вода. Внизу расположен насос, который подаёт постепенно остывающую воду обратно в систему обогрева. Таким образом, холодная вода заменяется вновь подогретой. Любой котёл работает циклами - отключаясь и включаясь. При наличии теплоаккумулятора даже в момент пассивного периода — т. е. до следующей закладки топлива, батареи и вода остаются какое-то время тёплыми, благодаря поступлению в систему горячей воды из резервуара.

Возможности

Потребитель, который применяет тепловой аккумулятор, может эксплуатировать котёл с большим комфортом. Протапливать его достаточно всего один раз в сутки, при этом температура остаётся стабильной в течение двадцати четырёх часов.

Теплоаккумулятор своими руками: схемы и описание процесса

В случае принятия решения о создании теплового аккумулятора своими руками, необходимо:

Выполнить расчёт объёма ёмкости.
Определить подходящую конструкцию - ёмкость может быть цилиндрической или прямоугольной.
Заготовить необходимые материалы и комплектующие.
Собрать и проверить устройство на герметичность.
Подключить ёмкость к системе отопления.

ВАЖНО! Перед расчётом объёма резервуара необходимо решить, какую площадь возможно выделить под его установку.

От объёма резервуара будет зависеть, сколько продержится тепло в помещении в период отключения котла. На фото представлен расчёт объёма для помещения в 100 м²:

Оптимальным накопителем для сохранения разогретого теплоносителя будет цилиндрическая ёмкость с выпуклыми днищами. Такая форма позволяет хранить довольно большой объём воды. Такие ёмкости можно изготовить только в заводских условиях.

Домашний мастер значительно облегчит задачу, если изыщет возможность и будет использовать уже готовую ёмкость. Для этого можно использовать:

Баллоны для хранения и транспортировки газа.
Неиспользуемые ёмкости, которые, предназначены для эксплуатации под давлением.
Ресиверы, которые были установлены в пневматическую систему железнодорожного транспорта.

Но, разумеется, допустимо использование и самодельных баков. Для их изготовления применяют листовой прокат толщиной не менее 3-х мм. Внутри ёмкости располагают 8–15-метровую медную трубку, диаметром 2–3 см, предварительно согнутую в спираль. Сверху резервуара размещают патубок для отвода горячей воды, а снизу такой же для холодной. Каждый снабжают краном для обеспечения контроля поступления жидкости.

Нормальная работа теплового накопителя основана на движении горячего и холодного теплоносителя внутри, время «зарядки» аккумулятора. Оно должно осуществляться строго по горизонтали, а в момент «разрядки» - по вертикали.

Для обеспечения такого движения необходимо обеспечить выполнения нескольких простых правил:

Контур котла требуется подключить к аккумулирующей ёмкости через циркуляционный насос.
Отопительную систему снабжают рабочей жидкостью с применением отдельного насосного агрегата и смесителя, в состав которого включён трехходовой клапан - он отбирает из накопителя требуемый объём воды.
Насосный агрегат, который устанавливают в контуре котла, по эффективности не может уступать узлу, подающему рабочую жидкость к приборам отопления.

Утепление теплоаккумулятора

Как утепляют ёмкости? Для решения этой задачи оптимальным вариантом считают базальтовую вату, толщина которого равняется 60–80 мм. Пенопласт или экструдированный пенополистирол использовать не рекомендуется. Ещё одна причина, по которой используют вату - её пожарная безопасность. Теплоизоляцию устанавливают между ёмкостью и металлическим кожухом, который изготавливают из листового проката - его необходимо покрасить.

При проектировании системы отопления основные цели – это комфорт и безотказность. В доме должно быть тепло и уютно, а для этого в радиаторы всегда должен поступать горячий теплоноситель без задержек и скачков температуры.

С твердотопливным котлом это сложно реализовать, ведь не всегда удается вовремя заправить новую порцию дров или угля, а процесс горения сам по себе неравномерен. Исправить ситуацию поможет теплоаккумулятор для котлов отопления.

С простой конструкцией и принципом действия он способен избавить от целого ряда неудобств и недостатков классической схемы отопления.

Зачем нужен

Теплоаккумулятор представляет собой хорошо утепленный резервуар большой емкости, наполненный теплоносителем, водой. За счет высокой теплоемкости воды при нагреве всего объема в емкости аккумулируется значительный запас тепловой мощности, которую можно использовать по назначению в то время, когда котел не справляется или вовсе бездействует.

Теплоаккумулятор фактически повышает объем теплоносителя в контуре отопления, теплоемкость и соответственно инертность всей системы. Для нагрева всего объема потребуется больше энергии и времени при ограниченной мощности отопления, но и остывать аккумулятор будет очень долго. По необходимости горячая вода из аккумулятора может подаваться в контур отопления и поддерживать комфортную температуру в доме.

Чтобы оценить преимущества теплоаккумулятора, проще всего рассмотреть для начала несколько ситуаций:

Твердотопливный котел лишь периодически подогревает воду. В момент розжига мощность минимальна, во время активного горения мощность возрастает до максимума, после прогорания закладки она вновь спадает и так цикл повторяется. В итоге температура воды в контуре постоянно колеблется в достаточно большом диапазоне;
Для получения горячей воды требуется установка дополнительного теплообменника или внешнего бойлера с косвенным нагревом, что существенно сказывается на работе контура отопления;
К системе отопления, построенной вокруг твердотопливного котла, подключить дополнительные источники тепла предельно сложно. Потребуется сложная развязка, желательно с автоматическим управлением;
Твердотопливный котел, даже длительного горения, постоянно требует внимания пользователя. Стоит пропустить время закладки новой порции топлива, как теплоноситель в контуре отопления уже начинает остывать, как и весь дом;
Часто максимальная мощность котла бывает избыточной, особенно весной и летом, когда не требуется максимальная отдача.

Решением для всех вышеперечисленных ситуаций становится теплоаккумулятор, притом бескомпромиссным и самым доступным в плане реализации и стоимости. Он выступает в роли узла развязки между твердотопливным котлом и контуром (-ами) отопления и отличной базовой площадкой для включения дополнительных функций.

По конструкции теплоаккумулятор может быть:

«пустым» – простая утепленная емкость с прямым подключением;
со змеевиком или регистром труб в качестве теплообменника;
со встроенным бойлерным баком.

С полным «обвесом» теплоаккумулятор способен:

Расчет

Мощность,накапливаемая теплоаккумулятором (ТА), рассчитывается исходя из объема емкости, точнее массы жидкости в ней, удельной теплоемкости жидкости, используемой для его наполнения, и разницы температур, максимальной, до которой может нагреваться жидкость, и минимальной целевой, при которой еще может осуществляться забор тепла от теплоаккумулятора к контуру отопления.

Q = m*С*(T2-T1);
m – масса, кг;
С – удельная теплоемкость Вт/кг*К;
(Т2-Т1) – дельта температур, конечной и начальной.

Если вода в котле и соответственно в ТА нагревается до 90ºС, а нижний порог берется равным 50ºС, то дельта равняется 40ºС. Если брать в качестве наполнения ТА воду, то одна тонна воды при остывании на 40ºС выделяет примерно 46 кВт*часов тепла.

Запасаемой энергии должно хватать для целевого использования теплоаккумулятора.

Для выбора требуемого объема теплоаккумулятора необходимо определить:

Время, в течение которого должно хватать накопленной энергии в ТА для покрытия теплопотерь дома;
Время, за которое должен нагреваться теплоноситель в ТА;
Мощность основного источника тепла.

Для периодической работы котла в течение суток

Если он нужен для перевода работы котла только на ночной или дневной режим, когда тепло поступает в течение ограниченного времени, то мощности ТА должно хватать для перекрытия теплопотерь дома за оставшееся время. В то же время мощности котла должно хватать для нагрева ТА в установленный срок и опять-таки для обогрева дома.

Допустим, что используется твердотопливный котел с закладкой дров только днем в течение 10 часов, расчетные теплопотери дома для самого холодного периода года составляют 5 кВт. В сутки требуется 120 кВт*часов для полного отопления.

Аккумулятор при этом используется в течение 14 часов, это означает, что в нем необходимо аккумулировать 5кВт*14часов =70 кВт*часов тепла. Если брать в качестве теплоносителя воду, то потребуется 1,75 тонны или же объем ТА 1,75 м3. Важно, что и котел при этом должен выдать в течение всего 10 часов всю необходимое тепло, то есть его мощность должна составлять более 120/10 = 12кВт.

Если теплоаккумулятор используется в качестве запасного варианта на случай выхода из строя котла, то запасенной энергии должно хватить хотя бы на сутки или двое для покрытия всех теплопотерь в доме. Если в качестве примера взять все тот же дом на 100 м2, то для его обогрева потребуется 240 кВт*часов за двое суток, а теплоаккумулятор, наполненный водой, должен иметь объем не менее 5,3 м3.

Зато в этом случае не обязательно ТА должен нагреваться в короткий промежуток времени. Достаточно полуторного запаса по мощности котла, чтобы накопить нужный объем тепла за неделю или две.

Расчет приблизительный, без учета снижения тепловой мощности радиаторов в зависимости от температуры теплоносителя и воздуха в помещении.

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.

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.

Своими руками

При большом желании можно соорудить аккумулирующую емкость своими руками. В идеале она должна:

с запасом выдерживать номинальное давление в системе;
иметь расчетный объем;
быть защищенной от воздействия коррозии и высоких температур;
быть полностью герметичной.

Для изготовления следует брать листовую сталь, желательно нержавеющую толщиной не менее 3 мм, учитывая общую нагрузку и давление.

Стандартная форма ТА – высокий цилиндр с полукруглым основанием и крышкой. Соотношение диаметра и высоты подбирается примерно 1 к 3-4, чтобы способствовать лучшему разделению тепла внутри емкости.

В этом случае с самой верхней точки идет забор горячей воды к радиаторам. Чуть выше центра вода отводится к контуру теплого пола, а в самой нижней точке ТА подключается обратная линия к котлу отопления.

Самостоятельно сварить цилиндрическую емкость практически невозможно. Проще возвести параллелепипед со схожей конфигурацией и соотношением сторон. Все углы следует дополнительно усилить.

Емкость обязательно утепляется. Использовать для этого лучше базальтовую или минеральную вату толщиной не менее 150 мм, для снижения теплопотерь через стенки.

Для установки теплоаккумулятора следует подготовить специальную опорную площадку, фундамент, способную выдержать огромный вес оборудования. Даже сам по себе аккумулятор может весить до 400-500 кг. Если же его объем, например 3 кубометра, то в наполненном виде его вес будет превышать 3,5 тонны.

Российского производства

На российском рынке представлено не так много теплоаккумуляторов отечественного производства, так как лишь недавно они стали активно внедряться в системы автономного отопления.