Как сделать теплоаккумулятор для твердотопливного котла из бочки
Предварительно необходимо рассчитать объем требуемой ёмкости и сделать чертёж. На чертеже нужно изобразить стандартную бочку, в которую входит два трубопровода. Один из них транспортирует теплоноситель от теплообменника котла, а второй переправляет горячую воду к радиаторам отопления. Остаётся лишь посчитать габариты бочки, точнее, её объём. Зная объём, легко определить диаметр и высоту по справочным данным.
Начнём расчёт. Предположим, наш тепловой генератор на твёрдом топливе полностью бездействует ночью на протяжении 4 часов (после остывания), а площадь нашего небольшого дачного дома 30 кв. м. Следовательно, бочка должна отдавать в час примерно одну десятую площади — 3 кВт. Итого, 12 кВт за ночь. При этом разницу температур бочки и отопления примем максимум 40 градусов (скажем, если в ёмкости вода нагрета до 90, то в радиаторах — хотя бы до 50).
Согласно школьному курсу физики, m=Q/Ct, где
- Q — вся тепловая энергия, у нас это 12 кВт,
- С — удельная теплоёмкость агента, то есть воды, равная 0,0012 кВт/кг х гр. Цельсия,
- t — разница температур.
Получаем по этой формуле: m = 12/0,0012х40 = 250 кг. Таким образом, можно принять объем воды равный 250 литров. Выходит, в качестве теплоаккумулятора для твердотопливного котла при заданных условиях нам подойдёт металлическая бочка на 250 литров. Примерные размеры такой бочки — 600х900 мм. То есть диаметр равен 0,6 м., а высота (длина) — 0,9 м.
Что нужно взять
Для процесса изготовления нашего теплоаккумулятора необходимо заготовить следующие материалы и инструменты.
- Обычная металлическая бочка, её можно купить в магазине,
- сварочный аппарат с маской и электродами,
- электроинструмент типа «болгарки» и диски шлифовальные и отрезные, дрель и свёрла, коронка по металлу.
- два стандартных стальных патрубка для отопления, каждый с резьбой на конце, обычно на 3/4 дюйма,
- минвата.
Начать процедуру лучше при участии помощника. Кроме того, должен быть уже готов чертёж.
Чертёж теплоаккумулятора
Пошаговое изготовление своими руками
- Предварительно бочку тщательно зачищают изнутри. Это нужно для исключения постоянного загрязнения теплоносителя ржавчиной и окалиной. Зачистку можно сделать с помощью болгарки и шлифовальных кругов.
- Далее, необходимо просверлить два отверстия — входное и выходное, под диаметр патрубков подачи. Для этого сначала применяют дрель со сверлом по металлу, а затем лучше использовать коронку.
- Далее, внутрь полученных отверстий тщательно вваривают патрубки для входа и выхода теплоносителя, то есть, прогретой воды. На этих патрубках должна быть нарезана резьба на концах, которые не приваривают. Позже посредством этой резьбы будут прикручиваться шаровые краны для врезки в общую систему отопления.
- После этого очень добросовестно приваривают верхнюю крышку. Все сварные швы должны получиться герметичными во избежание протечек.
- Наконец, утепляют теплоаккумулятор снаружи минватой, для этого оборачивают бочку пластами минваты, после чего тщательно стягивают эти пласты, обернувшие бочку, кольцами из металлической крепёжной ленты.
- Нам остаётся вмонтировать узел в систему посредством шаровых кранов. Теплоаккумулятор должен располагаться сразу после котла, причём по уровню — выше радиаторов, чтобы тепловой агент хорошо их пополнял из нашей ёмкости.
Ещё несколько замечаний
Вот мы и сделали простой теплоаккумулятор для небольшой системы отопления. Как итог — ещё несколько важных замечаний. Для нашего примера необходимый объём бочки получился 250 литров. Однако когда дом большой, может понадобиться накопитель гораздо большего размера. В таком случае лучше будет сварить кубический короб. К тому же, его легче утеплить специальными материалами.
Некоторые умельцы используют для такого варианта стандартный, так называемый европейский, куб объёмом 1000 литров. Он продаётся во многих магазинах. Но здесь нужно помнить, что он пластиковый. Как правило, максимальная температура воды, которую выдерживает «еврокуб», равна 70 градусам по Цельсию, если в маркировке не указано иное. Так что использовать данную ёмкость в системе отопления просто опасно.
И ещё об утеплителе. Пенопласт — это идеальный вариант для кубического короба из металла. Дело в том, что данный утеплитель легко клеить к стенкам. Минвата больше подойдёт для обычной бочки, но нужно будет придумывать, как её закреплять, ведь описанный нами метод с металлическими кольцами не обязателен к применению.
Тепловой аккумулятор для электрокотла
Особую пользу такая система будет нести при условии ночного тарифа. Так, в темное время суток стоимость на электроэнергию может быть значительно меньшей по сравнению с дневной ценой на киловатт-часы. Поэтому функционирование аккумулятора отопления проходит по следующей схеме:
- В ночное время автоматизированный котел самостоятельно включается в нужное время, при этом нагревая аккумулятор отопления до температуры, равной 90°.
- Днем все полученное тепло расходуется на обогрев жилища. При этом регулировать расход воды можно, настроив желаемым образом производительность насоса циркуляции.
Системы многоконтурного отопления с теплоаккумуляторами
Предыстория
Так получилось, что некоторое время назад я приобрёл частный дом на некотором «удалении от цивилизации». Удалённость от цивилизации определяется главным образом тем, что газ там отсутствует в принципе. А разрешённая мощность электрического подключения не предоставляет технической возможности отапливать дом электричеством. Единственным реальным источником тепла в зимнее время является использование твёрдого топлива. Другими словами, дом был оборудован печкой, которую прежний хозяин топил дровами и углём.
Если кто-то имеет опыт использования печки, то ему не нужно объяснять, что это занятие требует постоянного контроля. Даже в не слишком холодную погоду невозможно заложить в печку дрова один раз и «забыть» про неё. Если положить слишком много дров, то в доме станет жарко. А после прогорания топлива, дом всё-равно быстро остынет. Волей-неволей, для поддержания комфортной температуры нужно постоянно подкладывать дрова понемногу. А в сильные морозы печь нельзя оставить без присмотра даже на 3-4 часа. Если не хочешь проснуться утром в холодном помещении, будь добр хотя бы один раз за ночь к печке подойти…
Разумеется у меня желания работать кочегаром не было. И поэтому я сразу же стал думать о более удобном способе отопления. Конечно, при невозможности использования газа или электричества, таким способом могла стать только современная система отопления на твёрдом топливе, состоящая из твердотопливного котла, теплоаккумулятора и простейшей автоматики для включения и выключения рециркуляционного насоса.
Чем современный котёл лучше обычной печки? Он занимает намного меньше места, в него можно заложить больше топлива, он обеспечивает лучшее сгорание этого топлива при максимальной загрузке, и теоретически с его помощью можно большую часть тепла оставить в доме, а не выпустить в трубу. Но в отличие от печки, твердотопливный котёл практически не возможно использовать без теплоаккумулятора. Я так подробно об этом пишу, потому что знаю множество людей, которые пытались отапливать дом такими котлами, подключая их напрямую к трубам отопления. Ничего хорошего у них не получилось.
Что же такое теплоаккумулятор или, как его ещё называют, буферная емкость? В простейшем случае это просто большая бочка с водой, стенки которой имеют хорошую теплоизоляцию. Котёл за два-три часа своей работы нагревает воду в этой бочке. А потом эта горячая вода циркулирует по системе отопления до тех пор, пока не остынет. По мере остывания, котёл нужно разжигать снова. Простейший теплоаккумулятор легко сделает любой сварщик. Но я, после непродолжительных раздумий, от этой идеи отказался и купил готовый. Поскольку живу я в Украине, то обратился в компанию «Теплобак» и ни разу не пожалел: здесь аккумулирующие баки делают профессионально и очень качественно.
В зависимости от объёма теплоаккумулятора, мощности котла и того, сколько тепла нужно дому, котёл приходится топить не постоянно, а один-два раза в сутки, или даже раз в двое-трое суток.
Схемы обвязки теплового аккумулятора
Осмелимся предположить, что если вы заинтересовались этой статьей, то, скорее всего, решили сделать тепловой аккумулятор для отопления и его обвязку своими руками. Схем подключения можно придумать много, главное, чтобы все работало. Если вы правильно понимаете процессы, происходящие в контуре, то вполне можете поэкспериментировать. То, как вы подключите ТА к котлу, повлияет на работу всей системы. Давайте для начала разберем самую простую схему отопления с теплоаккумулятором.
Простая схема обвязки ТА
На рисунке вы видите направление движений теплоносителя
Обратите внимание на то, что движение обратки вверх запрещено. Чтобы этого не происходило, насос между ТА и котлом должен прокачивать большее количество теплоносителя, нежели тот, который стоит до резервуара. Только в таком случае будет образовываться достаточная втягивающая сила, которая будет отбирать часть тепла из подачи
Минус такой схемы подключения – это длительное время разогрева контура. Чтобы его сократить, нужно создать кольцо прогрева котла. Его вы можете увидеть на следующей схеме
Только в таком случае будет образовываться достаточная втягивающая сила, которая будет отбирать часть тепла из подачи. Минус такой схемы подключения – это длительное время разогрева контура. Чтобы его сократить, нужно создать кольцо прогрева котла. Его вы можете увидеть на следующей схеме.
Схема обвязки ТА с контуром прогрева котла
Суть контура разогрева заключается в том, что термостат не подмешивает воду из ТА до тех пор, пока котел не прогреет ее до установленного уровня. Когда котел разогрелся, часть подачи уходит в ТА, а часть перемешивается с теплоносителем из резервуара и поступает в котел. Таким образом, нагреватель всегда работает с уже нагретой жидкостью, что увеличивает его КПД и время разогрева контура. То есть батареи станут теплыми быстрее.
Такой метод установки теплоаккумулятора в систему отопления позволяет использовать контур в автономном режиме, когда насос работать не будет
Обратите внимание, что на схеме показаны только узлы подключения ТА к котлу. Циркуляция теплоносителя к радиаторам происходит по-другому контру, который также проходит через ТА. Наличие двух байпасов позволяет перестраховаться дважды:
Наличие двух байпасов позволяет перестраховаться дважды:
- обратный клапан включается в работу, если насос остановлен и шаровой кран на нижнем байпасе перекрыт;
- в случае остановки насоса и поломки обратного клапана циркуляция осуществляется через нижний байпас.
В принципе, в такую конструкцию можно внести некоторые упрощения. Учитывая тот факт, что у обратного клапана высокое сопротивление потока, его можно исключить из схемы.
Схема обвязки ТА без обратного клапана для гравитационной системы
При этом, когда пропадет свет, нужно будет вручную открыть шаровой кран. Следует сказать, что при такой разводке ТА должен находиться выше уровня радиаторов. Если вы не планируете, что система будет работать самотеком, то обвязку системы отопления с теплоаккумулятором можно выполнить по схеме, указанной ниже.
Схема обвязки ТА для контура с принудительной циркуляцией
В ТА создается правильное движение воды, что позволяет шар за шаром, начиная с верхнего, прогревать ее. Возможно, возникнет вопрос, что делать, если не станет света? Об этом мы рассказывали в статье об источниках альтернативного питания для системы обогрева. Это будет экономнее и удобнее. Ведь гравитационные контуры выполняются из труб большого сечения, к тому же должны соблюдаться не всегда удобные уклоны. Если посчитать цену труб и фитингов, взвесить все неудобства монтажа и сравнить это все с ценой ИБП, то идея установки альтернативного источника питания станет очень привлекательной.
Создаем теплоаккумулятор своими руками
Разновидности теплоаккумуляторов
1 Исходные данные для проектирования
Различные типы и схемы обвязки твердотопливного котла
Схема отопления с буферным баком-аккумулятором тепла, и твердотопливным котлом
Плюсы использования теплового аккумулятора в доме с утеплением
Виды радиаторов
Самыми популярными среди общего количества конвекторов считаются три типа:
- Алюминиевый радиатор;
- Чугунная батарея;
- Биметаллический радиатор.
Если вы знаете, какой конвектор установлен у вас дома и способны посчитать количество секций, то произвести несложные расчеты не составит труда. Далее, рассчитайте объем воды в радиаторе отопления, таблица и все необходимые данные, представлены ниже. Они помогут максимально точно вычислить количество теплоносителя во всей системе.
Тип конвектора | Средний объем воды литр/секция |
Алюминиевый | |
Старый чугунный | |
Новый чугунный |
Биметаллический
Алюминиевый
Несмотря на то, что в некоторых случаях внутренняя система нагрева каждой батареи может отличаться, существуют общепринятые параметры, которые позволяют определить количество помещающейся в нее жидкости. С возможной ошибкой в 5% вы узнаете, что одна секция алюминиевого радиатора может содержать до 450 мл воды
Стоит обратить внимание, на то, что для других теплоносителей объемы могут быть увеличены
Чугунный
Посчитать количество жидкости, которая помещается в чугунном радиаторе немного сложней. Важным фактором будет новизна конвектора. В новых импортных радиаторах пустоты значительно меньше, а за счет усовершенствованного строения греют они не хуже старых.
Новый чугунный конвектор вмещает около 1 литра жидкости, в старый поместится на 700 мл больше.
Биметаллический
Подобные типы радиаторов довольно экономичны и производительны. Причина, по которой могут меняться объемы наполнения, кроются только в особенностях определенной модели и разбросу давления. В среднем подобный конвектор заполняется 250 мл воды.
Возможные изменения
Каждый производитель батарей устанавливает свои значения минимально/максимально допустимых норм, но объем теплоносителя во внутренних трубках у каждой модели может измениться исходя из соображений увеличения давления. Обычно в частных домах и новостройках на цокольном этаже устанавливается расширительный бачок, который позволяет стабилизировать давление жидкости даже при ее расширении при нагреве.
Меняются параметры также на устаревших радиаторах. Нередко даже на трубках из цветного металла образовываются наросты из-за внутренней коррозии. Проблемой тому могут стать примеси в воде.
Из-за подобных наростов в трубках количество воды в системе постепенно нужно уменьшать. Учитывая все особенности своего конвектора и общие данные из таблицы, вы легко высчитаете необходимый объем воды для радиатора отопления и всей системы.
Циркуляционный насос выбирается по двум основным характеристикам:
G* — расходу, выраженному в м 3 /час;
H — напору, выраженному в м.
*Для записи расхода теплоносителя производители насосного оборудования пользуются буквой Q. Производители запорной арматуры, например, Данфосс для расчета расхода пользуется буквой G. В отечественной практике также используется эта буква. Поэтому в рамках объяснений этой статьи мы также будем пользоваться буквой G, Но в других статьях, подойдя непосредственно к разбору графика работы насоса, для расхода мы все же будем использовать букву Q.
Как работает система отопления с теплоаккумулятором
Что такое теплоаккумулятор буферная емкость и его назначение.
Схема подключения и монтаж своими руками
Теплоаккумулятор в системе с твердотопливным котлом
В настоящее время теплоаккумуляторы чаще всего применяют в системах отопления с твердотопливными котлами. Характерная особенность твердотопливных котлов — оптимальный режим их функционирования связан с полным сгоранием топлива, т.е. достигается при работе на максимальной мощности. В противном случае, в результате неполного сгорания топлива, образуются токсичные газы, происходит засорение теплообменных поверхностей внутри котла, появляется в дымоходе сажа, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и даже выходу котла из строя, что небезопасно для дома и его обитателей.
Итак, лучше всего, когда котел работает «на полную». Такой режим вполне оправдан в холода, но большую часть года полученного в избытке количества тепла системе отопления дома просто не нужно — будет слишком жарко. Если у вас нет теплоаккумулятора, единственным выходом остается «отапливать улицу», т.е. открывать форточки. Это и дорого, и неэффективно.
Поэтому в систему отопления встраивают буферную емкость — она забирает излишки тепловой энергии, которые в противном случае попросту терялись бы бесцельно, чтобы впоследствии их использовать по назначению, не тратя на это топливо!
Вкратце, система отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором действует так. Во время работы твердотопливный котел не только подает нагретый теплоноситель в систему отопления дома, но и производит его нагрев в баке теплового аккумулятора. После того, как котел прекращает работать, дом, соответственно, начинает охлаждаться. В этот момент датчик температуры воздуха или датчик температуры теплоносителя в системе отопления подают сигнал на включение циркуляционного насоса, который обеспечивает подачу теплоносителя, накопленного в баке теплоаккумулятора, в систему отопления дома.
Cистема отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором.
Когда температура воздуха (теплоносителя) повышается до установленного значения, датчик выключает насос, и подача тепла прекращается. Температура теплоносителя в баке при этом немного уменьшается, т.к. часть энергии была передана в систему отопления. Следует отметить, что из-за хорошей теплоизоляции теплоаккумулятора, теплоноситель, находясь внутри бака, сам по себе остывает очень медленно. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура теплоносителя в теплоаккумуляторе будет оставаться выше, чем в системе отопления. А дом при этом не будет остывать.
Специалисты по-разному оценивают экономический эффект от установки теплоаккумулятора. Этот эффект зависит от многих факторов, о некоторых из них речь пойдет ниже. В среднем, он составляет от 20%, т.е. экономится каждый 5-й рубль. Отметим, что тепловой аккумулятор особенно эффективен в межсезонье, с его частыми температурными скачками.
И тут возникает еще одно полезное свойство теплового аккумулятора — помимо повышения безопасности дома и экономии ваших денег, он еще и дарит вам комфорт. Во-первых, с появлением в вашем доме буферной емкости, вам придется гораздо реже загружать топливо в котел. Если вы все рассчитали и установили правильно, если в вашем доме хорошая теплоизоляция, применяя теплоаккумулятор, вы сможете топить свой твердотопливный котел не несколько раз в день, а до 1 раза в 2 суток.
Во-вторых, тепловой аккумулятор способен сгладить «температурные скачки», связанные с остыванием теплоносителя в системе отопления, т.к. эта система становится более устойчивой и инерционной. В-третьих, он помогает упростить обслуживание твердотопливного котла и даже повысить срок его службы. В-четвертых, с помощью теплоаккумулятора можно дополнительно обеспечить ваш дом горячей водой, но данная возможность предусмотрена не во всех моделях.
Схемы подключения
Расчет объёма накопителя тепла
Расчет емкости теплоаккумулятора
Для чего нужен теплоаккумулятор, и как рассчитывается
Подключение ТА к потребителям
Принцип работы
Как работает система отопления с теплоаккумулятором
Теплоаккумулятор для котлов отопления – это часть системы отопления, предназначенная для увеличения времени между загрузками твердого топлива в котел. Он представляет собой резервуар, в который нет доступа воздуха. Он утеплен и имеет достаточно большой объём. В тепловом аккумуляторе для отопления всегда есть вода, она же циркулирует по всему контуру. Конечно, в качестве теплоносителя может быть и незамерзающая жидкость, но все же из-за своей дороговизны в контурах с ТА ее не используют.
Помимо этого в заполнении системы отопления с теплоаккумулятором антифризом нет смысла, так как такие резервуары ставятся в жилых помещениях. И суть их применения заключается в том, чтобы температура в контуре всегда была стабильной, а соответственно вода в системе теплой. Применение большого теплового аккумулятора для отопления в загородных домах временного проживания нецелесообразно, а от маленького резервуара толку мало. Это связано с принципом работы аккумулятора тепла для системы отопления.
- ТА находится между котлом и системой отопления. Когда котел нагревает теплоноситель – он попадает в ТА;
- затем вода поступает по трубам в радиаторы;
- обратка возвращается в ТА, а затем сразу в котел.
Хоть аккумулятор тепла для системы отопления – это единый сосуд, из-за его больших размеров направление потоков вверху и в низу отличаются.
Чтобы ТА выполнял свою основную функцию аккумулирования тепла, эти потоки нужно перемешивать. Сложность заключается в том, что высокая температура всегда поднимается, а холод стремится опуститься. Нужно создать такие условия, чтобы часть тепла опускалась ко дну теплового аккумулятора в системе отопления и нагревала теплоноситель обратки. Если температура выровнялась во всём резервуаре, то он считается полностью заряженным.
После того как котел выпалил все что в него загрузили, он перестает работать и в дело вступает ТА. Циркуляция продолжается и он постепенно отдает свое тепло через радиаторы в помещение. Все это происходит до того момента, пока в котел опять не поступит очередная порция топлива.
Если накопитель тепла для отопления маленький, то его запаса хватит совсем ненадолго, при этом время нагрева батарей увеличивается, так как объём теплоносителя в контуре стал больше. Минусы использования для домов временного проживания:
- увеличивается время прогрева помещения;
- больший объём контура, что делает заполнение его антифризом дороже;
- более высокие расходы на монтаж.
Как вы понимаете заполнять систему и спускать воду каждый раз, когда вы приезжаете на свою дачу, по меньшей мере, хлопотно. Учитывая, что один только бак будет литров 300. Ради нескольких дней в неделю идти на такие меры бессмысленно.
В резервуар встраиваются дополнительные контуры – это металлические трубы-спирали. Жидкость в спирали, не имеет прямого контакта с теплоносителем в теплоаккумуляторе для отопления дома. Это могут быть контуры:
- ГВС;
- низкотемпературного отопления (теплый пол).
Таким образом, даже самый примитивный одноконтурный котел или даже печка может стать универсальным нагревателем. Он обеспечит весь дом необходимым теплом и горячей водой одновременно. Соответственно производительность нагревателя будет использована в полной мере.
В серийных моделях, изготовленных в производственных условиях, встраиваются дополнительные источники подогрева. Это тоже спирали, только они называются электрическими тэнами. Их зачастую несколько и они могут работать от разных источников:
Такой подогрев относится к дополнительным опциям и не является обязательным, учитывайте это, если решили сделать теплоаккумулятор для отопления своими руками.
Критерии при подборе
Выбираем теплоаккумулятор
Водный объем носителя тепла в трубе и радиаторе как осуществляется расчет
Расчет теплового аккумулятора
Емкость для накопления тепловой энергии можно как приобрести в готовом виде, так и сделать самостоятельно. Но возникает закономерный вопрос: а какой вместительности должен быть резервуар? Ведь маленький бак не даст должного эффекта, а слишком большой влетит в копеечку. Ответ на этот вопрос поможет найти расчет теплового аккумулятора, но сначала надо определить исходные параметры для вычислений:
- тепловые потери дома или его квадратура;
- длительность бездействия основного источника тепла.
Определим вместительность аккумулирующей емкости на примере стандартного дома площадью 100 м2, для обогрева которого требуется количество тепла в размере 10 кВт. Предположим, что чистое время простоя котла составляет 6 часов, средняя температура теплоносителя в системе – 60 °С. По логике, в промежуток времени, пока отопительный агрегат бездействует, аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт каждый час, всего выходит 10 х 6 = 60 кВт. Это количество энергии, что следует накопить.
Поскольку температура в баке должна быть как можно выше, для вычислений примем значение 90 °С, на большее бытовые котлы все равно неспособны. Потребная емкость теплового аккумулятора, выраженная в массе воды, рассчитывается так:
m = Q / 0.0012 Δt
В этой формуле:
- Q – количество накапливаемой тепловой энергии, у нас это 60 кВт;
- 0.0012 кВт / кг ºС – это удельная теплоемкость воды, в более привычных единицах измерения — 4.187 кДж / кг ºС;
- Δt – разница между максимальной температурой теплоносителя в резервуаре и отопительной системе, ºС.
Итак, водяной аккумулятор должен вмещать 60 / 0.0012 (90 – 60) = 1667 кг воды, по объему это примерно 1.7 м3. Но тут есть один момент: расчет производится при самой низкой температуре на улице, что бывает нечасто, исключая северные регионы. Кроме того, по истечении 6 часов вода в баке остынет только до 60 ºС, значит, при отсутствии холодов аккумулятор можно «разряжать» и дальше, пока температура не упадет до 40 ºС. Отсюда вывод: для дома площадью 100 м2 хватит накопительной емкости объемом 1.5 м3, если котел будет бездействовать 6 часов.
