Теплоаккумулятор своими руками - инструкция по изготовлению

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:

1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Слева на фото – буферный резервуар 400 литров фирмы Drazice, справа – электрокотел Kospel в комплекте с накопителем горячей воды

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

• основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
• теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
• внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
• присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
• погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Устройство и особенности работы теплоаккумулятора

По своей конструкции типичный теплоаккумулятор 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 циркуляционным насосом.

Немного о назначении и конструкции

Прежде чем давать рекомендации по изготовлению этого важного узла, вкратце определимся, для чего он нужен и рассмотрим его заводскую конструкцию. Итак, аккумулирующие емкости с водой применяются в случаях периодического отопления дома, а точнее:

• при работе электрического котла с многотарифным счетчиком, когда нагреватели могут экономно функционировать лишь в ночное время. Агрегат, работая на полную мощность, обогревает дом и накапливает тепловую энергию в баке с водой;
• накопление теплоты необходимо и для котлов на твердом топливе, которые наоборот, останавливаются в ночное или другое время, если некому заложить в топку новую порцию дров или угля;

Агрегаты заводского изготовления представляют собой бак круглой формы, заполненный водой. В нее погружены несколько змеевиков, в них циркулирует теплоноситель котлового и других контуров отопления. Конструкция достаточно сложна в производстве и оттого недешева, в этом можно убедиться, посмотрев чертежи теплоаккумулятора.

Если попытаться взять за основу подобное устройство, чтобы самостоятельно изготовить теплоаккумулятор, то в конечном счёте он обойдется ненамного дешевле заводского. Медные или нержавеющие трубки и работа по навивке из них змеевиков, герметизация вводов и утепление отнимут у вас массу времени и денежных средств. Для домовладельцев, желающих произвести сборку и установку самодельного накопителя тепла, есть более простое решение, описанное ниже.

Использование теплоаккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

Принцип смешивания разных температурных потоков

При необходимости выполнить быстрый прогрев помещения, тепловой аккумулятор при помощи трехходового клапана, выключается из цепи отопления, и только после прогрева теплоносителя до температуры в 60оС в контур включается теплоноситель, накопленный внутри запасника аккумулятора.

К достоинствам такого устройства можно отнести возможность получить достаточно быстрый и экономичный прогрев, после чего осуществляется перенос избыточного тепла в аккумулятор, а также эффективный процесс теплообмена и обеспечение стратегического запаса теплоносителя для максимально продолжительной работы отопительного котла.

Гидравлическая развязка теплоносителя

При такой схеме аккумулятор выступает в качестве элемента контура теплоснабжения, и не исключается из потока теплоносителя.

Таким образом, в ТА осуществляется неизменная тепловая передача от «горячего» отопительного контура.

Высоконагруженные виды теплообменников отопительного котла нуждаются в использовании очищенного от примесей и лишенного пузырьков воздуха теплоносителя, что позволит значительно продлить срок эксплуатации.

Подготовленная вода содержится внутри дополнительного бойлера.

Недостатком такой системы можно считать необходимость приобретения и правильной установки дополнительных устройств (например, мембранного бака, принцип работы которого описан здесь), представленных парой насосов и стандартной системой обеспечения электроснабжения.

В более сложных и усовершенствованных схемах, обязательно, используются два самостоятельных теплообменника, заключенных в корпусе ТА, и мембранный расширительный бак (про установку в системе отопления прочитайте здесь).

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.

Бак-теплоаккумулятор для твёрдотопливного котла WIRBEL CAS-500Устройство для эффективной работы твердотопливного котла и зарядки теплового аккумуляторного бакаСхема установки

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.

Можно и так, но циркуляция будет хуже, а значит, нужна большей длинны труба

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.

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:

• разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
• нагревать воду для хозяйственных нужд;
• обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае затухания ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла после отключения электричества, поскольку присоединен напрямую, без насоса.

Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

• 2 стандартных баллона из-под пропана;
• не менее 10 м медной трубки Ø12 мм либо нержавеющей гофры такого же диаметра;
• штуцеры и гильзы для термометров;
• утеплитель – базальтовая вата;
• крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, наполнив их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку аккуратно изгибаем в змеевик вокруг другой трубы подходящего диаметра. Дальше действуем так:

1. Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
2. Закрепите сваркой внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
3. Поставьте баллоны один на другой и сварите между собой.
4. Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
5. Приделайте дно и крышку.
6. В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, в дно – патрубок сливного крана.
7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
8. Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Стыковка бака с ТТ-котлом без циркуляционного насоса

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы Ø50 мм, проложенные с уклоном, теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи воды к радиаторам отопления после буферной емкости устанавливается насос + трехходовой смесительный клапан.

Основы конструирования буферной емкости

Гораздо предпочтительнее использовать большую готовую бочку или трубу, тогда будет намного меньше сварных швов, чем в самодельной прямоугольной конструкции.

• Ввариваются патрубки 3/4 дюйма для подключения контуров. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийного самотечного циркулирования, желательно создавать не менее 1дюйма, при этом подача от котла, где возможен перегрев, – стальная.
• Сливной патрубок, он же и очиститель шлама – в самой нижней части.
• В крышке рекомендуется создать патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Сделать буферную емкость самостоятельно может лишь квалифицированный сварщик. Пример создания теплоаккумулятора из бочек, но явных ошибок схемотехники повторять не стоит…

Одно из пропагандируемых некоторыми специалистами решений – 4 дешевые бочки 200 литров, попарно соединенные патрубками большого диаметра…

Схема с твердотопливным котлом

Нагреватели на твердом топливе работают в цикличном режиме. Дрова в топке сначала разгораются, потом начинают отдавать тепло. Максимальный пик выделения энергии – горение закладки, потом уровень отдачи понемногу падает. Как только дрова или уголь прогорели, тепло не вырабатывается. Но в период пикового выделения избыток энергии пропадает – для его сбора устанавливают буферный бак.

Точно настроить агрегат с привязкой к периодам нагрева/остывания невозможно. Функция доступна в котлах газовых, электрических. Ограничение существенно только для домов, где нет горячей воды, – надо ждать полноценного нагрева жидкости для применения в быту. В остальном теплоаккумулятор работает безупречно – накапливает избыточное тепло в пиковый период прогрева и отдает при остывании теплоносителя.

Плюсы – сниженный расход топлива, постоянный запас горячей воды, экономия на обслуживании.

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

1. Расчет объема теплоаккумулятора.
2. Выбор подходящей конструкции.
3. Подбор и заготовка материалов.
4. Сборка и проверка герметичности.
5. Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

• упрощенный, предлагаемый производителями;
• точный, выполняемый по формуле теплоемкости воды.

Продолжительность обогрева дома тепловым аккумулятором зависит его размера

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если производительность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места выделено в котельной и подгоняйте полученный объем под реальные размеры помещения.

Справка. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить формулу расчета площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара (D), а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Вы получите более точные размеры теплового аккумулятора, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного количества теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

Здесь:

• Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт•ч;
• m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
• Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
• 1.163 Вт•ч/кг•°С — это справочная теплоемкость воды.

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт•ч энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы самостоятельно изготовить аккумулятор тепла, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления.

С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

1. Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить теплоаккумулятор заводской сборки.
2. Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где брать подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
3. Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Чертеж теплоаккумулятора прямоугольной формы объемом 500 л в разрезе

Совет. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять теплоаккумулятор цилиндрической формы.

В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки, к нему прибавьте высоту столба воды от емкости до расширительного бачка, установленного в высшей точке. Вот почему следует усиливать плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как показано на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую трещину. Как выпирает не укрепленный металл сосуда при заполнении водой, смотрите на видео:

Справка. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие отрывает по краям.

Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Компромиссный вариант – внутренние распорки, изображенные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на давление 3–6 Бар. Какие емкости можно использовать:

• баллоны из-под пропана разной вместительности;
• списанные технологические резервуары, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
• ресиверы от железнодорожных вагонов;
• старые железные бойлеры;
• внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Из готовых стальных сосудов сделать надежный теплоаккумулятор значительно проще

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб Ø15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не грызут.

Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят

Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

1. Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
2. Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки резервуара. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую стальную трубу.

Сборка прямоугольного теплоаккумулятора

Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете сваркой, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.

Сначала бак собирается на прихватках, а потом проваривается сплошным швом

Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:

1. Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
2. Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
3. Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
4. Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
5. Установите снизу резервуара опоры из отрезков трубы.
6. Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на ниже на фото.
7. Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

На фото показана растяжка из широкой полосы, но лучше применить трубу

Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.

Стальные скобки (клипсы) привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки

Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:

• зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
• оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
• нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
• прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.

Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол нежелательно, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом засыпьте ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак

Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается», и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы организовать такую работу батареи, нужно выполнить следующие мероприятия:

• контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
• отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
• насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.

Схема обвязки бака – аккумулятора тепла

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для регулирования потока теплоносителя по температуре воды на входе и выходе емкости. Как правильно производится обвязка и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:

Справка. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.

Сборка простого теплоаккумулятора

Простейший тепловой накопитель работает по принципу термоса. Стенки установки практически не проводят тепло и позволяют воде оставаться теплой в течение достаточно продолжительного времени.

Для сборки такого агрегата нам понадобятся следующие приспособления:

• бак. Объем подбирайте индивидуально, по своим потребностям и возможностям. Объективный минимум – 150 л;
• материал для теплоизоляции. Отлично подходит минеральная вата;
• клейкая лента;
• медные трубки для изготовления змеевика;
• бетонная плита либо доски для опалубки и раствор для заливки.

Теплонакопитель можно собрать на основе железной бочки. Объем, как уже отмечалось, подбирается индивидуально, однако в использовании бака вместительностью меньше 150 л особого смысла нет.

Первый шаг

Подготавливаем бочку к дальнейшей работе. Если это старая емкость, тщательно очищаем ее от различных загрязнений и зачищаем следы коррозии

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.

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.

Простой тепловой аккумулятор своими руками

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла изготовить своими руками довольно просто, если следовать инструкции. Создание ТА следует начинать с расчета его объема. Можно воспользоваться следующей методикой:

Материалы для изготовления емкости

В идеале резервуар изготавливается из нержавеющей стали, чтобы устройство могло функционировать долгие годы без риска коррозии. Но использование такого материала серьезно удорожает конструкцию.

Самодельный теплоаккумулятор можно выполнить из металлической бочки подходящего объема, если толщина стенок составляет не менее 3 мм. Торцы бочки завариваются герметичными крышками.

Резервуар также можно сварить из листового металла толщиной от 3 мм, в этом случае его удобнее сделать прямоугольной формы. Тем более, такая конструкция упрощает расчеты требуемого объема.

Не стоит использовать бочки из полимерных материалов, так как вода в теплоаккумуляторе может нагреваться до 90 градусов. Исключением являются полимерные емкости, маркировка которых указывает, что материал выдерживает нагрев до 100 градусов.

Такая пластиковая емкость как еврокуб может применяться только в качестве теплоаккумулятора для системы теплого пола. Материал изготовления еврокуба рассчитан на максимальный нагрев до 70 градусов, а в контур теплых полов подается теплоноситель, нагретый до 45-50 градусов.

Значение устройства

Понять конструкцию теплового накопителя можно только после того, как определимся со значением и местом этого агрегата в системе отопления.  По своей конструкции теплоаккумулятор  является  термосом, т.е. специальной емкостью, куда поступает нагретый теплоноситель.

В течение определенного времени котловая вода, накопленная в емкости, сохраняет заданные температурные параметры.

При уменьшении интенсивности горения в котле, или в случае его остановки, теплоноситель из бака будет поступать в систему отопления, продолжая поддерживать температуру в радиаторах на определенном уровне.

Важно! Теплоаккумуляторы обеспечивают безопасность отопительной техники и систему домашнего отопления от чрезмерного охлаждения, но и от перегрева. Задача накопительной емкости заключается в снятии избыточного тепла, вырабатываемого отопительным агрегатом на пике своей работы.

За счет присутствия в системе теплового накопителя стало возможным не только добиться сбалансированного теплоснабжения отопительного контура, но и обеспечить существенную экономию топлива. Теплоаккумулятор, включающийся в работу при снижении мощности котла, увеличит промежуток времени между загрузками топлива. К тому же такой принцип работы предоставит вам больше свободы, освободив от необходимости частого подкидывания топлива в котел.

На заметку: участие буферной емкости (теплоаккумулятора) в работе системы отопления снижает расходы топлива на 30-50%, в зависимости от вида и типа нагревательной техники. Количество загрузок топлива в топку прямо пропорционально объему теплового аккумулятора.

Задаемся исходными данными

Максимальная температура воды: Tmax = 90 градусов.

Минимальная температура воды: Tmin = 50 градусов.

Время работы без участия котла: t = 8 часов.

Также для расчета понадобится требуемая тепловая производительность системы отопления (СО).

Следует брать средний показатель, а не тот, который соответствует самым экстремальным морозам. В противном случае ТА получится неоправданно большим и дорогим, а для его зарядки понадобится очень мощный теплогенератор.

Самый правильный способ определить мощность теплоотдачи – рассчитать теплопотери дома. Но для примера мы воспользуемся упрощенной методикой, согласно которой для обогрева площади в 10 кв. м в самый холодный период зимы требуется 1 кВт тепла. Тогда максимальная мощность СО для дома площадью 200 кв. м составит 20 кВт, а средний показатель примем равным W = 10 кВт.

Расчет объема

Исходя из полученных данных, определим количество энергии, которое должен запасти ТА:

Q = W x t x 3600 (переводим часы в секунды) = 10000 х 8 х 3600 = 288 МДж.

Теплоемкость воды составляет (возьмем значение для температуры в 70 градусов): с = 4190 Дж/кг*градус.

Тогда воды нам понадобится:

m = Q/c(Tmax – Tmin) = 288 000 000 / 4190 (90 – 50) = 1718 кг.

Принимая высоту емкости равной 2 м, определим площадь основания: S = 1,718 / 2 = 0.859 кв. м. Такую площадь будет иметь круг диаметром 1040 мм.

Для дальнейших расчетов понадобится площадь поверхности емкости без днища. Она будет равна S = 0.859 + 3.14х1,04х2 = 7,39 кв. м.

Расчет толщины теплоизоляции

Толщину теплоизоляции следует выбирать с учетом того, какая тепловая мощность требуется для отопления котельной. Теплопроводность современных теплоизоляционных материалов составляет Л = 0,040 Вт/м*градус. Следовательно, если взять теплоизолятор толщиной d = 100 мм (0,1 м), то из полностью заряженного ТА (температура воды – 90 градусов) в котельную будет проникать

q = S*(Tmax – 20) * Л / d = 7,39 * (90 – 20) * 0,040 / 0,1 = 206,9 Вт тепла (20 – температура воздуха в помещении).

Если такой показатель не устраивает, толщину теплоизоляции нужно уменьшить.

Изготовление

Итак, рассмотрим, как изготовить теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками. Проще всего изготовить ТА из готовой стальной бочки.

За неимением таковой емкость нужно будет сварить из стальных листов. Она должна выдерживать давление, на которое рассчитан теплообменник котла (обычно 3 атм).

Расположение штуцеров зависит от схемы подключения. Если ТА подключается в качестве гидравлического разделителя, то вверху и внизу в него нужно будет врезать по два штуцера, длина которых должна соответствовать толщине утеплителя.

Одна пара (верхний + нижний) врезается со стороны котла, другая – с противоположной (здесь будет подключаться отопительный контур). К нижним патрубкам нужно будет подсоединить тройники с термометрами.

Бочку оборачивают фольгой, а затем – утеплителем. В качестве последнего следует использовать материал, не выделяющий ядовитых испарений при контакте с горячими поверхностями.

Пенопласт этому условию не удовлетворяет – понадобится минеральная вата, причем такая, которая не содержит фенол-формальдегидных смол в качестве связующего. Такой утеплитель (базальтовая вата) выпускается для теплоизоляции дымоходов.

Остается обитую теплоизолятором емкость закрыть снаружи кожухом из жести или тонколистовой стали.

Теплоаккумулятор из бочки

Если ТА предполагается параллельно использовать для приготовления горячей воды, его нужно оборудовать змеевиком. Последний делается из медной трубы диаметром 20 мм.

В крышку емкости необходимо вмонтировать предохранительный клапан для сброса избыточного давления.

Чтобы гарантированно обезопасить СО от замерзания при долгом простое котла, установите в верхней части ТА электронагреватель (ТЭН) с термостатом, настроенным, к примеру, на температуру в 40 градусов.

Этапы установки теплоаккумулятора дома

Первым делом необходимо оценить несущую способность пола на месте установки. Она может оказаться недостаточной, поскольку вес ТА имеет довольно солидный. В таком случае необходимо соорудить бетонный фундамент. Поверх фундамента нужно уложить подсыпку из керамзита и уже на нее ставить бак.

Обвязка

В нашем примере применена схема обвязки с гидравлическим разделением, в которой ТА играет роль гидрострелки. Согласно ей, накопитель нужно подключать следующим образом:

1. С одной стороны – к котлу: подающий трубопровод (от котла) – к верхнему патрубку, обратный – к нижнему. При этом в обвязке котла, как обычно, делается перемычка с узлом подмеса, предотвращающим попадание в теплообменник холодной воды.
2. С другой стороны – к отопительному контуру, также снабженному перемычкой и узлом подмеса. Забор воды в контур должен осуществляться сверху, а возврат – снизу.

В каждый контур врезается по циркуляционному насосу. Тот, который установлен между ТА и котлом, прогоняет теплоноситель через теплогенератор, заряжая накопитель. Второй насос, установленный на стороне отопительного контура, гоняет теплоноситель через радиаторы.

Теплоаккумулятор – схема монтажа

Как только его температура опустится ниже определенной отметки, откроется клапан смесительного узла и в контур поступит из ТА новая порция горячей воды.

Настройка

Для правильного движения среды внутри теплоаккумулятора нужно добиться, чтобы насос между ТА и котлом прокачивал больше жидкости, чем второй агрегат.

Для того чтобы точно определить мощность каждого насоса, пришлось бы выполнить сложнейший гидравлический расчет, ведь сопротивления контуров значительно отличаются. На практике вместо этого предусматривают возможность регулировки производительности каждого нагнетателя, что дает возможность точно согласовать их работу.

Есть два пути:

1. Установить нагнетатели со ступенчато регулируемой скоростью вращения двигателя. Сегодня в продаже можно найти 3-скоростные циркуляционные насосы.
2. В точке подключения обратки отопительного контура к тепловому аккумулятору можно установить регулирующий вентиль. Меняя его проходное сечение, мы добьемся изменения расхода через циркуляционный насос отопительного контура.

Настройку производительности насосов осуществляют при полностью открытом смесительном клапане отопительного контура. При правильной балансировке температура на термометре со стороны отопительного контура должна быть ниже, чем на термометре со стороны котла.

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

Правила безопасной эксплуатации

К тепловым аккумуляторам, сделанным в домашних условиях своими руками, предъявляют особые требования безопасности:

1. Горячие элементы резервуара не должны прилегать или как-то иначе контактировать с легковоспламеняющимися и взрывоопасными материалами и веществами. Игнорирование этого пункта может спровоцировать возгорание отдельных объектов и пожар в котельном помещении.
2. Закрытая отопительная система предполагает постоянное высокое давление теплоносителя, циркулирующего внутри. Для обеспечения этого пункта конструкция резервуара должна быть полностью герметична. Дополнительно можно усилить ее корпус ребрами жесткости, а крышку на баке оснастить прочными резиновыми прокладками, устойчивыми к интенсивным эксплуатационным нагрузкам и повышенным температурам.
3. Если в конструкции присутствует дополнительный ТЭН, необходимо очень тщательно заизолировать его контакты, а бак – обязательно заземлить. Таким способом удастся избежать удара током и короткого замыкания, способного вывести систему из строя.

При соблюдении этих правил эксплуатация сделанного своими руками теплоаккумулятора будет полностью безопасной и не доставит хозяевам никаких проблем и хлопот.

Рекомендации по изготовлению

Если требуется сделать аккумулирующую емкость с нуля, то лучше всего для этой цели использовать обычный листовой металл толщиной 2 мм. Варить бак можно и из нержавейки, но вовсе не обязательно, так как подобный материал обойдется очень дорого. Для удобства последующего утепления и простоты изготовления емкость лучше делать прямоугольной формы. Зная объем бака, легко рассчитать его габариты в соответствии с условиями его монтажа в котельной.

Совет. Если вы хотите обеспечить совместное функционирование накопительного сосуда и самотечной системы отопления, то нужно смастерить теплоаккумулятор открытого типа, то есть, обеспечить его сообщение с атмосферой через трубку в верхней части бака. Ставить его надо выше уровня радиаторов, для чего придется дополнительно сварить подставку из стальных труб или уголков.

В некоторых случаях нет смысла варить емкость с нуля, можно сделать водяной теплоаккумулятор из бочки. Хорошо подойдет железная бочка большой вместительности, в нее потребуется врезать два патрубка для присоединения к системе. Пластмассовые бочки применять рискованно из-за высокой температуры воды, разве что на маркировке изделия будет указана максимальная температура содержимого до 100 ºС.

Такое же предостережение мы даем тем домашним умельцам, что мастерят теплоаккумуляторы из еврокуба. Конечно, это очень удобный способ, но данная пластмассовая емкость рассчитана на максимальную температуру не более 70 ºС. Поэтому еврокуб подойдет в качестве накопительного бака, работающего с теплыми полами, где температура теплоносителя редко превышает 50 ºС, для радиаторных систем он не годится.

[spoiler title="Источники"]

• https://otivent.com/teploakkumuljator-svoimi-rukami
• https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/teploakkumulyator-svoimi-rukami.html
• https://msklimat.ru/teploakkumulyator-dlya-otopleniya-svoimi-rukami.html
• https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/otopitelnye-pribory/teploakkumulyator-svoimi-rukami.html
• https://ru-canalizator.com/vodosnabzhenie/oborudovanie/ta-chema.html
• https://teplowood.ru/teploakkumulyator-dlya-kotla-otopleniya-svoimi-rukami.html
• http://teplodom1.ru/otoplraznoe/1541-kak-sdelat-teploakkumuljator-bufernuju-emkost-svoimi-rukami-stoit-li-jetim-zanimatsja.html
• https://vse-otoplenie.ru/teploakkumulator-svoimi-rukami-tipy-nakopitelnyh-rezervuarov-kak-sdelat-uteplennyj-bak-iz-bocki
• https://postroimmy.ru/kak-samomu-izgotovit-teploakkumulyator-dlya-kotla-otopleniya.html
• https://gscomplect.com/kak-samomu-sdelat-bufernuyu-emkost-dlya-otopleniya/
• https://www.tproekt.com/akkumulator-tepla-dla-sistemy-otoplenia-svoimi-rukami/
• https://sovet-ingenera.com/otoplenie/kotly/teploakkumulyator-dlya-kotlov-otopleniya.html
• https://fugar-kamin.ru/kotly/teploakkumulyator-svoimi-rukami-delaem-teploakkumulyator-dlya-otopleniya-poshagovo.html

[/spoiler]