Теплоаккумуляторы веками использовались для хранения энергии для целей отопления в жилых и коммерческих секторах. При установке рядом с котлом или системой комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) аккумулятор выполняет ряд ключевых функций, в первую очередь выступая в качестве буфера между котлом и потребностью в тепле в доме или здании. Теплоаккумулятор для твердотопливных котлов отопления накапливает тепло в виде горячей воды, обеспечивая постоянный поток горячей воды, даже если потребность временно превышает мощность котла.
Наиболее распространенным типом теплоаккумулятора является бак для горячей воды, обычно изготавливаемый из стали или меди. Его основное назначение – обеспечить резервный объем горячей воды, готовой к использованию, когда котел не работает. Благодаря этому дополнительному аккумулированному теплу горячая вода доступна даже при прерывистой нагрузке на котел. Это устраняет необходимость запуска котла без необходимости и снижает риск попадания холодной воды в жилые и коммерческие краны.
Ключом к эффективности теплоаккумулятора для котла отопления является тепловая стратификация. Это процесс, при котором горячая вода поднимается вверх по баку, а холодная опускается вниз. В результате самая теплая вода всегда находится в верхней части бака и при необходимости может быть слита через верхний клапан. Излишняя горячая вода сверху охлаждается и перемещается на дно бака, образуя барьер между горячей и холодной водой.
Важно правильно подобрать размеры теплоаккумуляторов котлов отопления.
Если они слишком велики, они могут переполниться, что приведет к снижению эффективности. И наоборот, если они слишком малы, аккумулятор может не хранить достаточно тепла для нужд дома или здания. Кроме того, при определении подходящего размера следует также учитывать требования к мощности и температуре котла.
Выполняя техническое обслуживание теплоаккумулятора, важно следить за тем, чтобы изоляция была в хорошем состоянии и не имела трещин и отверстий. Плохая изоляция может привести к тепловым потерям, что, в свою очередь, может снизить эффективность системы. Кроме того, необходимо проверить бак на наличие коррозии и накипи на стенках, что может снизить давление воды, привести к ее перерасходу и потребовать установки дополнительного насоса.
Самостоятельно соорудить теплоаккумулятор может любой человек, имеющий базовые навыки работы с сантехникой и бытовыми инструментами. Чтобы собрать такой агрегат, вам не придется покупать какие-то дорогие детали и материалы. Комплектующие для самых простых моделей найдутся в гараже или кладовке любого запасливого и экономного человека.
Материалы, дизайн и изоляция
Самодельные баки для систем отопления, как правило, изготавливают в виде кубов. Каждый выбирает размер и пропорции исходя из доступной площади. Каковы их недостатки? Большинство из них негерметичны. Но при этом они не текут.
В закрытой системе целесообразна герметичная емкость – так в теплоносителе нет воздуха и можно поддерживать постоянное давление. Хотя это и возможно, в ручных условиях добиться этого непросто.
С теплообменником и без
Для отопления используются два типа тепловых аккумуляторов: с внутренними теплообменниками, подключенными к котлу, и без теплообменников. Во втором случае это просто емкость с насадкой. Устанавливайте этот тип ТА, если теплоноситель в системе и котле одинаковый, а давление одинаковое во всех частях системы. Третье ограничение – температура.
На первый взгляд тепловые аккумуляторы без теплообменников кажутся более выгодными: прямой нагрев воды более эффективен, чем косвенный (через теплообменники). Стоимость ниже – ведь теплообменник изготавливается из меди или нержавеющей стали, а длина трубы составляет десятки метров.
Однако теплообменник котла прослужит дольше, если котловая вода будет проходить через змеевики. Ведь объем тиража в этом кругу будет очень мал. Растворенная в нем соль быстро осядет, а так как нового «поступления» нет, то и других осадков не будет. Без змеевика вся охлаждающая жидкость в системе (включая охлаждающую жидкость в баке) была бы откачана, поэтому отложения увеличились бы в десятки раз.
Какой длины должна быть труба для теплообменника?
Как правило, теплоаккумуляторы для котлов отопления своими руками состоят из теплообменников. Для этого используются спиральные медные трубы или чугунные радиаторы. С этим все становится ясно. Далее нужно решить какой длины будут трубы или какое количество секций батарей должно располагаться в одном радиаторе. Точный расчет долгий и сложный, но примерно его можно рассчитать следующим образом:
- Согласно экспериментальным данным, коэффициент теплопередачи радиаторной части составляет около 500 Вт/кв.м*град, а дюймовой медной трубы – 800Вт/кв.м*град.
- Принимается среднестатистическая разница температур антифриза в 10°C.
- Для расчета планируемого теплового запаса делим его на коэффициент теплопередачи материала (трубы или радиатора). Получаем площадь теплообмена в этом случае в квадратных метрах.
- Смотрим в данных, какова площадь поверхности выбранного вами материала. Чтобы рассчитать длину или количество частей, необходимо разделить полученную площадь на площадь поверхности.
Данные в данном расчете могут быть завышенными, поскольку он выполняется приблизительно. Если их недооценить, то еще хуже – теплоноситель в теплообменнике закипит раньше, чем нагреется вода в баке ТА. Так что лучше оставить небольшой запас.
Чтобы было понятнее, рассчитаем длину и количество секций трубы, если 25 кВт тепла нужно передать воде в ТА. 25000 Вт / 800 Вт/кв.м * град = 3,21 кв.м. В случае дюймовой трубы требуется примерно 40 м.
Для расчет количество радиаторов система расчета та же: 25000 Вт/500 Вт/кв.м*град = 5 м2. Это около 20 аккумуляторных секций.
Что лучше – радиатор или трубы? С точки зрения практичности радиатор лучше. Если вы вдруг обнаружите, что ваш теплообменник не передает достаточно тепла, вы всегда можете добавить несколько секций. С трубой сложнее – не вырастешь. Вам либо нужен более длинный кусок, либо что-то насчет второго контура теплообменника. Правда, есть еще варианты – добавить ребра (для увеличения площади теплообмена) или установить циркуляционный насос для организации движения в контуре.
Насосы проще в установке, но работают только при наличии электричества. Так что этот вариант подходит не на все случаи жизни. Если у вас нет генератора или другого источника питания на случай отключения электроэнергии.
Из какого материала создаются теплоаккумуляторы для котла отопления своими руками?
Автономная теплоаккумулирующая способность в системе отопления составляет:
- Изготовлен из стального листа толщиной 4 мм. Самый бюджетный вариант. Такому танку плохо ржаветь. Но есть методики и покрытия, которые могут остановить/замедлить этот процесс (описаны ниже).
- Изготовлен из листа нержавеющей стали толщиной 2 мм. Есть проблема со сваркой. Если его сварить в нормальных условиях, легированный металл в нагретой области (стыке) выгорит, что приведет к ржавчине и протечке соединения. Вы можете решить эту проблему, купив горелку TIG и готовя в атмосфере аргона.
- Из еврокуба. Это большой пластиковый контейнер. Он не ржавеет и герметичен. Вот только температура жидкости в нем не может превышать 72-73°С, иначе он будет «свинцовым». Чтобы не перегреваться, придется увеличивать объем или сокращать «время простоя» между плитами.
Обычно из чанов делают тепловые аккумуляторы для котлов отопления. Под малую систему можно заварить две-три двухсотлитровые бочки. Такой контейнер можно разместить в небольшом доме – до 60-70 кв.
Чтобы обычные стальные емкости не ржавели, их необходимо изнутри покрыть герметизирующим материалом. Для этих целей используется плотная пленка для покрытия бассейна. Его сваривают до нужного размера. Существуют также резиноподобные краски или клеи. Некоторые из них также используются для герметизации бассейнов, но многие используются в различных отраслях промышленности. Вам нужно найти пленки и клеи/покрытия, которые можно использовать при температуре выше 100°C (или лучше – 110°C). Другой вариант – эмаль Pyrex.
Что касается теплообменников, то они изготавливаются из различных материалов:
- Медные трубы (желательно бесшовные, отожженные).
- труба из нержавеющей стали. Гофрированные или гладкие стены.
- Полиэтиленовая трубка для отопления Pex-Al-Pex, свернутая в спираль и закрепленная на раме.
- Чугунный радиатор.
Самодельные теплообменники для теплоаккумуляторов для котлов отопления обычно делают в форме спирали. Для этих целей отлично подходят трубы из отожженной меди или гофрированные трубы из нержавеющей стали.
В паре с мощным котлом и большими накопительными баками (из кубов и т. д.) хорошо справляются чугунные радиаторы. Это бюджетный вариант, но у него есть серьезные недостатки. Одна из них — большая инерция. Теплообмена с водой нет, пока не прогреется сам радиатор. Это увеличивает время нагрева ТА. Второй недостаток – чугун может ржаветь. Может не так быстро, но все же. Изоляция
Изоляция нижней части буферного резервуара немного сложна. Наполненный водой, он весил бы так много, что многие материалы рассыпались бы, а значили бы очень мало. Есть два решения:
- В качестве утеплителя используются пено/газобетонные блоки, на которые укладывается несколько слоев базальтового картона. Получается, что изоляция хорошая.
- Сделайте бак на ножках или приварите раму для удержания контейнера. В этом случае можно использовать любой утеплитель – его можно разместить на монтажной пене.
Пористый поликарбонат относится к числу необычных материалов, используемых для изоляции теплоаккумуляторов. Он очень хорошо удерживает тепло сам по себе, так как используется для строительства теплиц. Его можно укладывать в несколько слоев, благодаря чему теплоизоляционный эффект близок к идеальному. В этом случае имеет смысл обшивка теплоизоляционной фольгой: тепло будет отражаться обратно в бак.
Ребро жёсткости или каркас
Теплоаккумуляторы для котла отопления своими руками обычно изготавливают из листового металла. Получить такую солидную емкость можно даже при объеме 500-700 литров. При наполнении водой стенки сосуда расширяются в стороны – при значительном давлении воды.
Чтобы стенки контейнера не провисали, можно изнутри приварить ребра жесткости (как показано на картинке), либо сварить каркас из уголков и металлических полос, затем обварить металл. При выборе варианта с ребрами жесткости их необходимо приварить по длинным сторонам (при их наличии) на расстоянии не более 50 см. После приваривания поперечных планок с противоположных сторон куба соедините их с помощью металлических полос или штифтов, шаг их приварки также не слишком большой.
Как сделать тепловой аккумулятор из еврокубов?
Если вы решили сделать аккумулятор тепла из пластиковой тары, обязательно обратите внимание на температурные характеристики. Так как температура охлаждающей жидкости может достигать 90°C, это должна быть температура, которую пластик сможет выдерживать длительное время. Такие еврокубы редки и дороги. В принципе можно ориентироваться по цене. Может подойти, если контейнер дорогой. Изделия из полиэтилена низкого давления (PE-HD) отличаются высокой термостойкостью. Эти емкости подходят для изготовления аккумуляторов тепла своими руками.
При необходимости установки нагревательного элемента еврокуба в бак-аккумулятор лучше всего срезать часть стенки и вырезать пластину из толстого алюминия. Притяните пластину к стене болтами с паронитовыми шайбами, стараясь промазать все тем же герметиком.
Изоляция:
- Боковые стороны – Фольгированная изоляция 5 мм Внутренняя фольга + 50 мм EPS;
- Верх – 2 слоя по 10 мм фольгоизола + XPS 50мм;
- Всего 10 мм снизу фольгоизол – на него при установке ставится куб;
- Дополнительный пенопласт в швах. Так что ЭПП безопасен.
Заключение
Аккумуляторы тепла в системе отопления здания являются важными компонентами, обеспечивающими бесперебойную и эффективную работу системы. Они предназначены для хранения и эффективного высвобождения тепловой энергии из различных источников и регулирования расхода горячей и холодной воды по мере необходимости. Буферный бак вместе с регулирующим клапаном и теплообменником с охладителем являются важными компонентами теплоаккумулятора. Это позволяет контролировать температуру в здании или другом сооружении и обеспечивает комфорт в здании без потерь энергии.
