Энергоаккумулятор для системы отопления своими руками. Самодельный теплоаккумулятор: преимущества, конструктив, схема врезки в систему отопления. Что касается магистрального газа, почему я его не использую

– 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:

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.

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 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 . 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:

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:

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:

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 5м 3).
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/м 3 . 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/м 3 . 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 . 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.

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.

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:

1. Выполнить расчёт объёма ёмкости.
2. Определить подходящую конструкцию - ёмкость может быть цилиндрической или прямоугольной.
3. Заготовить необходимые материалы и комплектующие.
4. Собрать и проверить устройство на герметичность.
5. 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:

1. Баллоны для хранения и транспортировки газа.
2. Неиспользуемые ёмкости, которые, предназначены для эксплуатации под давлением.
3. 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:

1. Контур котла требуется подключить к аккумулирующей ёмкости через циркуляционный насос.
2. 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.
3. 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.

Самостоятельное изготовление теплоаккумулятора под силу каждому человеку, имеющему навыки работы с элементарными слесарными и хозяйственными инструментами. Для сборки такого агрегата не придется покупать какие-либо дорогостоящие детали и материалы. Комплектующие для самой простой модели можно найти в гараже либо кладовой любого запасливого и хозяйственного человека.

После изучения следующего руководства вы сможете самостоятельно изготовить теплоаккумулятор и подключить его к отопительной системе.

Устройство и особенности работы теплоаккумулятора

По своей конструкции типичный является стальным баком с патрубками вверху и внизу, одновременно являющимися концами змеевика, изготовленного из медной трубки. Нижние патрубки соединяются с тепловым источником, верхние – с системой отопления. Внутри установки находится жидкость, которую потребитель может использовать для решения нужных ему задач.

Принцип работы агрегата построен на высокой теплоемкости воды. В целом механизм действия теплоаккумулятора можно описать так:

• в боковые стенки емкости врезано две трубы. Через одну в бак поступает холодная вода от водопровода или из резервуаров, через вторую подогретый теплоноситель отводится в радиаторы отопления;
• верхний конец змеевика, установленного в баке, соединяется с патрубком холодной воды котла, нижний – с патрубком горячей;
• циркулируя через змеевик, горячая вода нагревает жидкость в баке. После выключения котла, вода в отопительных трубах начинает остывать, но продолжает циркулировать. При поступлении в теплоаккумулятор прохладная жидкость выталкивает накопленный там горячий теплоноситель в отопительную систему, благодаря чему обогрев помещений продолжается еще в течение некоторого времени (в зависимости от емкости накопителя) даже при выключенном котле.

Важно! Для обеспечения движения теплоносителя система укомплектовывается .

Цены на теплоаккумуляторы для систем отопления

Теплоаккумуляторы для систем отопления

Ключевые функции теплонакопителей

Теплоаккумулятор имеет множество полезных функций, в числе которых:

• обеспечение пользователя горячей водой;
• нормализация температурного режима в обогреваемых помещениях;
• повышение показателей полезного действия отопительной системы с одновременным уменьшением расходов на обогрев;
• возможность объединения нескольких тепловых источников в единый контур;
• накопление лишней энергии, которую вырабатывает котел и т.д.

При всех своих преимуществах теплоаккумуляторы имеют всего 2 недостатка, а именно:

• ресурс накапливаемой теплой жидкости напрямую зависит от объема используемого бака, но при любых обстоятельствах он остается строго ограниченным и заканчивается довольно оперативно, поэтому нужно обязательно продумать вопрос обустройства дополнительной системы нагрева;
• более объемные накопители требуют достаточно много места для установки, к примеру, котельного помещения.

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

Змеевик — теплообменник

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.

Важно! Бочку можно ставить только на плиту из бетона. Покупаем готовое изделие либо отливаем основание самостоятельно.

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.

Использование теплоаккумулятора в разных системах обогрева

Теплоаккумуляторы эффективно показывают себя при использовании в самых разнообразных системах обогрева. При этом в каждом случае подобный накопитель позволяет существенно сэкономить на отоплении.

Чаще всего тепловыми аккумуляторами комплектуются системы твердотопливного обогрева. Установка будет способствовать более экономичному расходу топлива и эффективному обогреву, а также предотвратит преждевременный износ отопительных радиаторов.

Не лишним будет тепловой аккумулятор и в системе , в особенности в регионах с двойным тарифом за электричество. Ночью, когда электроэнергия продается потребителю по более доступной стоимости, аккумулятор будет накапливать тепло. Днем же можно будет на некоторое время выключить котел и топить силами теплоаккумулятора.

Используются накопители и в многоконтурных отопительных системах. Благодаря ним обеспечивается распределение теплоносителя между контурами. Монтаж патрубков может быть выполнен на разной высоте, что позволит получать воду, нагретую до разной температуры.

Несколько слов о модернизации

При необходимости собранный нами тепловой аккумулятор легко модернизируется. Существует несколько способов.

1. Мы можем установить снизу дополнительный теплообменник, благодаря которому будет накапливаться энергия, получаемая . Актуально для современных систем, использующих энергию солнца для обогрева помещений.
2. Мы можем разделить внутреннее пространство емкости на несколько сообщающихся секций, что обеспечит более выраженное расслоение воды по температурам. Актуально для многоконтурных систем.
3. Мы можем немного увеличить бюджет и выполнить теплоизоляцию стенок бака вместо минеральной ваты. Этот материал позволит дополнительно уменьшить потери тепла.
4. Мы можем увеличить количество патрубков и подключить накопитель тепла к более сложной системе обогрева, построенной на базе нескольких независимых контуров. Актуально для отопительных систем, обслуживающих большие дома с помощью котлов высокой мощности.
5. Мы можем установить дополнительный теплообменник для накопления воды. Ее можно будет использовать для различных бытовых и хозяйственных нужд.

Теперь вы владеете всеми необходимыми знаниями для самостоятельной сборки, установки, подключения и модернизации теплового аккумулятора.

Удачной работы!

Видео – Теплоаккумулятор своими руками

Теплоаккумулятор Jaspi (л)	Время нагрева (час.) при мощности
	20 кВт	25 кВт	30 кВт	35 кВт	40 кВт	45 кВт	50 кВт	55 кВт	60 кВт
500
1000	2,3
1200	2,8	2,2
1500	3,5	2,8	2,3
1800		3,4	2,8	2,4	2,1
2000			3,1	2,7	2,3	2,1
2400				3,2	2,8	2,5	2,2	2,0
3000					3,5	3,1	2,8	2,5	2,3
3500							3,3	3,0	2,7
4000								3,4	3,1
4500									3,5

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.

Для большинства любая отопительная система состоит из трех основных частей:

1. Радиаторов отопления
2. Трубных магистралей
3. Отопительного прибора или котла

Однако современные системы могут оснащаться множеством других полезных устройств, одним из которых является тепловой аккумулятор. С его помощью удается накапливать тот избыток энергии, который вырабатывается в котле и расходуется совершенно напрасно.

Большинство моделей представляют собой не что иное, как , оснащенный несколькими нижними и верхними патрубками. К первым подключаются источники тепла, ко вторым – потребители. Внутри него располагается жидкость, которую можно использовать в желаемых целях. Изготовить теплоаккумулятор своими руками не составит труда – достаточно времени, рабочих материалов с инструментом и желания.

Вводное видео по установке

Принцип работы

В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:

• подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
• Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
• Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой

Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.

Функции, которые выполняет теплоаккумулятор

Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:

1. Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
2. Стабилизируют температурный режим в помещениях
3. Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
4. Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
5. Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом

Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:

• Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
• Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной

Простой тепловой аккумулятор

Самый простейший теплоаккумулятор своими руками можно изготовить, основываясь на принципе работы термоса – он за счет своих непроводящих тепло стенок не позволяет жидкости остывать на протяжении продолжительного временного периода.

Для работы необходимо подготовить:

• Бак желаемой емкости (от 150 л)
• Теплоизоляционный материал
• Скотч
• Тэны или медные трубки
• Бетонную плиту

Вначале очередь следует подумать над тем, что будет представлять собой непосредственно бак. Как правило, используют любую имеющуюся под руками металлическую бочку. Объем ее каждый определяет индивидуально, но брать емкость менее 150 л не имеет практического смысла.

Выбранную бочку необходимо привести в порядок. Ее следует почистить, удалить изнутри пыль и прочий мусор, обработать участки, на которых начала образовываться коррозия.

Затем готовится утеплитель, которым будет оборачиваться бочка. Он будет отвечать за то, чтоб тепло как можно дольше сохранялось внутри. Для самодельной конструкции прекрасно подойдет вата минеральная. Окутав с внешней стороны емкость, необходимо ее хорошенько обмотать скотчем. Дополнительно поверхность накрывают листовым металлом или окутывают фольгированной пленкой.

Для того, чтобы вода внутри подогревалась, необходимо выбрать один из вариантов:

1. Установка электрических тэнов
2. Установка змеевика, по которому

Первый вариант достаточно сложен и не безопасен, поэтому от него отказываются. Змеевик же можно соорудить самостоятельно из медной трубки диаметром 2-3 см и длиной около 8-15 м. Из нее сгибается спираль и помещается в внутрь.

В изготавливаемой модели тепловым аккумулятором является верхняя часть бочки – из нее необходимо пустить отводной патрубок. Снизу устанавливается еще один патрубок – вводной, через который будет поступать холодная вода. Следует их оснастить кранами.

Простое устройство готово к использованию, но перед этим предстоит решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Располагать такую установку рекомендуется исключительно на бетонной плите, по возможности отгородив стенками.

Как подключить

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

1. Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
2. Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
3. Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
4. Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

• Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
• Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
• Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
• Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
• Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.