Изготовление теплоаккумулятора своими руками

Теплоаккумулятор – 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.

Теплоаккумулятор

Применение теплового аккумулятора

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

  1. Для электрических котлов, оборудованных многотарифным счетчиком, которые экономно работают исключительно ночью (стоимость электроэнергии ночью в 3 раза дешевле, чем днем).
  2. 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:

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

В независимости от преимуществ установки, существует и несколько минусов.

Как комплектуется теплоаккумулятор к котлу
Как комплектуется теплоаккумулятор к котлу

Недостатки теплового аккумулятора

К недостаткам относят:

  1. Количество воды зависит от вместительности бака теплоаккумулятора. Он выступает в роли ограничителя, который быстро расходуется, поэтому понадобится дополнительная система для подогрева.
  2. 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:

  1. Правильно подобранный объем бака, который зависит от отапливаемой площади.
  2. Качественная теплоизоляция стенок, которая снижает уровень тепловых потерь.
  3. 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
Схема подключения теплоаккумулятора

Виды теплоаккумуляторов

Классификация аккумулирующих емкостей:

  1. 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.
  2. В зависимости от места монтажа:
    • Термосифоны – монтируются на солнечных коллекторах. 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.
  3. 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:

m= Q/(c*∆T)

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 1,7м3. 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:

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

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

Жидкость Теплоемкость, Дж/кг*К
Нашатырный спирт 4730
Вода 4200
Глицерин 2660
Этиленгликоль 2300
Керосин 1950
Машинное масло 1800

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

Изготовление

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

  1. Выбрать бочку нужного объема.
  2. Очистить ее, устранить пыль и мусор, избавится от коррозии.
  3. Упрочнить бочку с наружной стороны ребрами жесткости (особенно когда теплоаккумулятор рассчитан на более, чем 5м3).
  4. Под болты необходимо приварить фланец размером с крышку.
  5. Увеличить толщину крышки, приварив к ней ребра жесткости.
  6. Отшлифовать внутреннюю поверхность бочки, а затем обработать ортофосфорной кислотой. После прогрунтовать поверхность 4-6 раз и покрыть несколькими слоями теплостойкой краски.
  7. 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.
  8. Приварить патрубки, проверить герметичность установки, осмотреть змеевика и все швы, отверстия и саму поверхность бака.
  9. Изготовить наружный цилиндр.
  10. Отшлифовать, прогрунтовать и обработать серебрянкой поверхность бочки снаружи.
  11. 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:

  1. 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.
  2. Минеральная вата толщиной 10 см и плотностью 135-145 кг/м3. Ее проблематичнее прикрепить к устройству.
  3. 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:

  1. Через бак проходит обратный трубопровод, поэтому с его концов должны быть вход и выход размером в 1,5 дюйма.
  2. В первую очередь необходимо подсоединить обратку котла к баку, разместив между ними циркуляционный насос. Он требуется для распределения воды из бочки в расширительный бак, отсекающий кран и в отопительный прибор.
  3. Со стороны подачи тоже монтируется отсекающий кран и циркуляционный насос.
  4. 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.

Блиц-советы

Советы по изготовлению:

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