Как сделать теплоаккумулятор (буферную емкость) своими руками, стоит ли этим заниматься

Теплоаккумулятор содержит большой объем воды (теплоносителя), поэтому может накапливать тепловую энергиюЮ и отдавать ее, когда котел не работает. Это позволяет значительно реже подходить к твердотопливному котлу, фактически раз в двое суток в межсезонье, если котел мощный и дом утепленный, а также дает возможность использовать по максимуму на благо отопления дешевый ночной тариф электроэнергии.

Идея установить буферную емкость (теплоаккумулятор) выглядит блестящей для всех умученных дежурством у котлов, но разбивается о ценник на теплоаккумуляторы. Оказывается, что увеличить комфорт не слишком то и дешево. Но может получится сделать теплоаккумулятор своими руками? Ведь на первый взгляд ничего сложного…

Как можно сделать теплоаккумулятор

Заводская конструкция теплоаккумулятора, как правило, – бочка, круглая в сечении. Объм обычно в пределах 500 – 2000 литров. Диаметр – до метра, высота до 2,5 метров. Размещается на ножках, с множеством вваренных штуцеров. Может содержать в себе 1 или 2 или больше спиральных теплообмеников, для подсоединения независимых контуров, например, солнечного коллектора, нагрева проточной воды…

Емкость утеплена слоем теплоизоляции, чтобы не перегревать воздух в котельной. В фирменных теплоаккумуляторах внутри организована сложное распределение потоков… Можно взглянуть на рекламу Buderus на видео…

Основа конструирования буферной емкости – как должны направляться потоки

Чтобы создать правильное направление потоков, подключение к буферной емкости выполняются следующим образом.

• Подача с котла – в верхней части.
• Подача из емкости на радиаторы – в верхней части, на уровне подачи котла
• Обратка с радиаторов – в нижней части.
• Обратка на котел – в нижней части, чуть ниже обратки с радиаторов.

При этом жидкость в теплоаккумуляторе обязательно должна двигаться сверху вниз, по кольцу контура котла, а также — от котла к радиаторам.

Отследить направление движения жидкости можно по температурным датчикам — обратка котла должна быть теплее, чем обратка радиаторов.

Важно соблюсти принцип: – расход теплоносителя в контуре котла должен превышать расход в радиаторах, только тогда теплоаккумулятор сможет нормально работать. Это обычно обеспечивается большим гидравлическим сопротивлением контура потребителей, при одинаковых насосах.

Радиаторы получат горячий теплоноситель сразу, как он появится внутри теплоаккумулятора, забирая его своим насосом с верхней части, что обеспечивает оперативность управления всем отоплением и реагирование на суточные перепады температур.

Важнейший вопрос при установке теплоаккумулятора – защита котла от холодной обратки, выполняется обязательно, например с помощью трехходового клапана.

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…

Какой объем буферной емкости понадобится

Ключевой вопрос – какой объем теплоаккумулятора можно считать достаточным. Обычный режим работы – разогрев до +90 градусов и остывание до +60 градусов, пока работа радиаторов будет эффективной… В разнице 30 градусов заключается та энергия, которую можно накапливать и использовать.

Несложный тепловой расчет показывает, что одной тонны воды будет достаточно для обогрева среднеутепленного дома 100 м кв в самые пиковые морозы в течении 5 часов. А при средне-сезонной температуре – сутки.

На практике, емкость 1,2 тонны в хорошо утепленном небольшом доме позволяет не подходить к котлу 30 кВт на дровах в течении 2 суток… Ставить буферную емкость менее 0.8 тонны особого смысла нет…

Вопрос утепления

Не нужно спешить накладывать утеплитель до завершения полных испытаний с нагревом и под давлением. При нагреве свыше 60 градусов полистиролы начинают усиленно разлагаться, выделяя яд. Для буферной емкости лучше использовать неплотную минеральную вату толщиной 5 см, ее изоляцию от жилого пространства сделать фольгированным вспененным полиэтиленом проклеенным скотчем.

Буферная емкость из еврокуба

Недорого можно приобрести б/у полиэтиленовые емкости на тонну воды, находящиеся в металлической решетке. Их допустимый предел нагревания — +70 градусов, — выше начинает проявляться текучесть материала. Но среди достоинств – предельная дешевизна изготовления, можно все сделать своими руками без привлечения сварщика… Что из этого получается, смотрите видео.

Теплоаккумулятор для котла отопления своими руками

Установка в системе отопления водяного аккумулятора тепла решает сразу многие проблемы. С твердотопливными котлами выгоды вообще много: реже топить и ровнее температура в доме. Еще это устройство помогает сделать отопление более экономичным, так как котел работает в самом оптимальном режиме — при активном горении дров. Еще теплоаккумулятор (ТА) позволяет отапливаться электричеством не так дорого. Это хороший вариант сэкономить для тех, у кого есть ночной тариф с солидной разницей в цене относительно дневного тарифа. Единственное что останавливает: высокие цены на теплоаккумулирующие емкости — сотни тысяч. Есть и более дешевый вариант — сделать теплоаккумулятор своими руками. Обойдется в 20-50 тысяч — в зависимости от объема и выбранного материала.

Материалы, конструкция и утепление

Самодельные аккумулирующие емкости для систем отопления обычно делают в виде куба. Размеры и пропорции каждый выбирает исходя из имеющейся площади. В чем их недостаток? В большинстве своем негерметичны. Нет, они не текут и очень хорошо себя чувствуют в системах с естественной (гравитационной) циркуляцией.

Этот теплоаккумулятор тоже сделан своими руками

В системе закрытого типа, желательна именно герметичная емкость — чтобы не было воздуха в теплоносителе, можно было поддерживать стабильное давление. Добиться этого в кустарных условиях совсем непросто, хоть и возможно.

С теплообменником и без

Есть два типа теплоаккумуляторов, которые ставят в отопление: с теплообменником внутри подключенным к котлу и без него. Во втором случае, это просто емкость с патрубками. Такие ТА ставят, если теплоноситель в системе и у котла один, и если давление во всех частях системы одинаковое. Третье ограничение — по температуре. В системах отопления такого типа температура внутри котла и на потребителях (радиаторах, теплом полу и других устройствах) может быть одинаковой.

С первого взгляда теплоаккумулятор без теплообменника кажется более выигрышным: прямой нагрев воды более эффективен, чем через опосредованный (через теплообменник). Затраты меньше — так как теплообменник делают из медной трубы или нержавейки и длина трубы — несколько десятков метров.

Но, если пустить воду от котла через змеевик, служить теплообменник котла будет дольше. Ведь в этом круге циркулировать будет небольшой объем. Растворенные в нем соли быстро осядут, а так как новых «поступлений» нет, то и других отложений не будет. Без змеевика прокачиваться будет весь теплоноситель в системе (включая и тот, что в баке), так что осадка будет в десятки раз больше.

Большинство решает сделать ТА с теплообменником

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.

Из каких материалов делают

Самостоятельно емкость для аккумулирования тепла в системе отопления делают:

• Из обычной листовой стали толщиной 4 мм. Наиболее бюджетный вариант. Плох он тем, что такой бак ржавеет. Но есть технологии и покрытия, которые позволят этот процесс предотвратить/замедлить (описание чуть ниже).
• Из листовой нержавеющей стали толщиной от 2 мм. Тут проблема в сварных швах. Если сваривать в обычных условиях, в районе нагрева (швы) легирующие металлы выгорают, так что швы ржавеют и текут. Решить проблему можно купив горелку TIG и варить в среде с аргоном.
• Из еврокуба. Это большая пластиковая емкость. Она не ржавеет, герметична. Вот только температура жидкости в ней не должна превышать 72-73°C, иначе ее «поведет». Чтобы не перегревать, придется увеличивать объем или уменьшать «простои» между топками.

Это сделанный из еврокуба теплоаккумулятор

А вообще, делают теплоаккумулятор и из больших бочек. Под небольшую систему можно сварить две-три двухсотлитровые бочки. Такую емкость можно поставить в небольшой дом — до 60-70 квадратов.

Чтобы емкость из обычной стали не ржавела, изнутри ее надо покрыть герметичным составом. Для этих целей используют толстую пленку, которой обтягивают бассейны. Ее сваривают по нужным размерам по месту. Есть еще резиноподобные краски или мастики. Часть из них тоже используют для герметизации бассейнов, но многие применяются в различных производствах. И пленки, и мастики/краски вам надо найти те, температурный режим использования которых превышает 100°C (а лучше — 110°C). Еще вариант — термостойкая стеклоэмаль.

Если речь идет о теплообменниках, их делают из самых разных материалов:

• Медные трубы (лучше бесшовные, отожженные).
• Нержавеющая труба. Гофрированная или с ровными стенками.
• Полиэтиленовая труба для отопления Pex-Al-Pex, свернутая в спираль и зафиксированная на каркасе.
• Чугунные радиаторы.

С гофрированной трубой трудностей никаких

Самодельные теплообменники для теплоаккумуляторов делают обычно в виде спирали. Для этих целей отлично подходит отожженная медная ли гофрированная нержавеющая труба. Согнуть их не проблема, даже с небольшим диаметром. Эти два материала и лидируют. Но гофрированная труба не слишком хороша с точки зрения теплоотдачи. Пусть у нее больше площадь поверхности, но движение теплоносителя вдоль нее затруднено. Так что это — не лучший выбор. Особенно для котлов с малой мощностью.

В паре с мощными котлами и в аккумулирующих емкостях больших объемов (от куба и больше), хорошо себя показали чугунные радиаторы. Это бюджетный вариант, но он имеет серьезные недостатки. Первый — большая инерционность. Пока не нагреется сам радиатор, никакого теплообмена с водой. Это увеличивает время нагрева ТА. Второй недостаток — чугун ржавеет. Пусть не так быстро, но все-таки. Чтобы частички ржавчины не попали в систему, на выходе из самодельной буферной емкости ставьте грязевики.

Утепление

Так как основная задача — сохранить как можно больше тепла, самодельные теплоаккумуляторы надо утеплять. Два самых распространенных материала для этих целей — пенопласт высокой плотности (не менее 350 гр/м³) и минеральная вата. Минеральную вату лучше брать в матах, с ней проще работать. По толщине — на низ и бока берут по 10 см, верх могут утеплить тщательнее — 15 см.

Чтобы сделанный своими руками теплоаккумулятор выглядел презентабельнее, и для того чтобы немного улучшить теплосбережение, поверх теплоизоляции покрыть его можно фольгированным пеноизолом, обшить фанерой, ОСП или другим листовым материалом.

Чуть сложнее с утеплением нижней части буферной емкости. Заполненная водой она будет весить весьма солидно, так что многие материалы просто сомнутся, и толк от них будет совсем небольшой. Есть два пути решения:

• В качестве теплоизоляционной прослойки использовать пено/газо бетонные блоки, поверх которых уложить несколько слоев базальтового картона. Получается неплохая теплоизоляция.
• Сделать бак на ножках или сварить раму, на которую поставить емкость. В этом случае можно использовать любой из утеплителей — его можено посадить на монтажную пену.

К необычным материалам, которые использовали для утепления теплоаккумуляторов, относится ячеистый поликарбонат. Он сам по себе хорошо сохраняет тепло, так как используется при строительстве теплиц. Его можно уложить в несколько слоев, доведя теплоизоляцию почти до идеала. В этом случае обшивка фольгированным теплоизолом приобретает больший смысл: тепло будет отражаться обратно на бак.

Ребра жесткости или каркас

Теплоаккумулятор своими руками делают чаще из листового металла. Толщина его — несколько миллиметров. Даже при объеме 500-700 литров получается солидная такая емкость. При заполнении водой, стенки емкости раздуваются в стороны — давление воды немалое.

Вот такие стяжки внутри теплоаккумулятора — для того чтобы стенки не выдавливались водой

Чтобы стенки емкости не прогибались, можно либо наварить изнутри ребра жесткости (как на фото), либо сварить каркас из уголков и металлических полос, а затем обварить его уже металлом. При выборе варианта с ребрами жесткости, наваривать их надо по длинной стороне (если такая есть) с расстоянием не более 50 см. Приварив поперечные полосы на противоположных сторонах куба, их соединяют при помощи металлических полос или штырей, приваривая их тоже с не слишком большим шагом.

Примеры самодельных теплоаккумулирующих емкостей для отопления

ТА для дешевого отопления электричеством

Этот теплоаккумуляторный бак был сделан под электрический котел. С его помощью запасается тепло во время действия ночного тарифа. Емкость получилась большой, чтобы ускорить процесс и иметь определенный запас мощности на случай уменьшения срока действия ночного тарифа, были врезаны еще три ТЭНа по 2 кВт. Они включены «звездой» к трехфазной сети.

Этот теплоаккумулятор сделан из обычной листовой стали 4 мм толщиной

• размер бака — 1,5*1,5*0,75 м (емкость около 1,7 м³) , толщина листа — 4 мм (пошла часть листа 1,5*6 м);
• радиатор чугунный — 7 секций;
• металлический уголок — приварен по периметру верхней части для фиксирования крышки;
• резиновый уплотнитель на самоклеящейся основе — для уплотнения той самой крышки;
• металлическая арматура — штуцера с наружной резьбой, отсечные краны;
• электроды для сварки.

Сам процесс сборки емкости прост — надо:

• Проварить все швы, зачистить, покрыть грунтовкой.
• Сделать отверстия под патрубки, установить и обварить арматуру.
• Приварить «стяжки» внутри бака».

Готовый бак установлен на слой пенопласта высокой плотности (10 см), обложен по бокам и сверху матом из минеральной ваты толщиной 1о см. Утеплитель приклеивался к стенкам. При эксплуатации бак и компоненты начали сильно ржаветь. Замедлить процесс помог установленный внутрь магниевый анод.

Самодельный герметичный бак из нержавеющей стали

В систему отопления с угольным котлом мощностью 56 кВт (отапливаемая площадь 190 м²), собрали теплоаккумулятор объемом в 4 куба. И мощность котла, и размеры бака взяты с очень большим запасом — владелец хочет топить в холода не чаще 1 раза в день, при небольшом минусе — раз в два-три дня. С такими параметрами ему это удается. Предполагается в систему подавать теплоноситель с температурой не выше 50°C, так что радиаторы в комнатах установлены с двойным запасом (расчет был по площади). На каждом радиаторе стоят терморегуляторы, чтобы была возможность регулировать температуру в каждой комнате отдельно. Для самодельного теплоаккумулятора использовалась листовая нержавеющая сталь толщиной 2 мм.

Из особенностей конструкции: самодельный теплообменник. Он тоже сделан из листового металла. Представляет собой две пластины, между которыми наварены полосы металла. Эти полосы — направляющие для потока теплоносителя. Они немного не доходят до одного из краев, расположены так, чтобы поток шел «змейкой».

Так приварены «направляющие» для потока теплоносителя от котла

Размер теплообменника получился большой. Чтобы конструкция не гуляла, крышку, кроме того что ее обварили, притянули по площади шпильками, места установки обварили накладками из той же нержавеющей стали. Для проверки герметичности провели опрессовку давлением 3,5 Атм. Все цело, течей нет.

Это уже готовый теплообменник. Его надо под наклоном установить в емкость теплоаккумулятора

По сварке самого корпуса вопросы возникнут вряд ли. Единственное, что может быть интересным — варили обычным сварочным инвертором, но TIG горелкой (куплена в специализированном магазине). Был куплен также бак аргона, так что варили нержавейку в аргоновой среде.

Так выглядит корпус ТА

По верхнему краю обварили уголком, к уголку приварили шпильки. На них будет установлена крышка с резиновым уплотнителем.

Верхний край со шпильками для фиксации крышки

Так как емкость большая, даже плотный пенопласт ее не выдержит. Поэтому под нее сварена подставка из стального уголка.

Подставка под почти готовый теплоаккумулятор

Все это установлено в котельной. Бак оклеили со всех сторон минеральной ватой толщиной 15 см, поверх утеплителя обшили ОСП и покрасили. В готовом виде все выглядит неплохо.

Это таплоаккумулятор сделанный своими руками

По результатам эксплуатации. При морозах в -25°C топить приходится раз в сутки. При температуре -7°C или -10°C — раз в двое суток. При еще более теплой — и того реже.

Как сделать буферную емкость из еврокуба

Если вы решите делать теплоаккумулятор из пластиковой емкости, обязательно обращайте внимание на температурные характеристики. Так как температура теплоносителя может достигать 90°C, то такой и должна быть температура, которую длительное время выдерживает пластик. Таких еврокубов немного и стоят они дорого. В принципе, можно ориентироваться по цене. Если емкость дорогая, она может подойти. Высокой теплостойкостью отличаются изделия из полиэтилена низкого давления (PE-HD). Вот такие емкости и подходят для того, чтобы сделать своими руками из них теплоакумулятор.

Сделать из евробака аккумулятор тепла проще чем из любого другого материала. Емкость готова, надо только внутрь запустить теплообменники, прорезать и вставить функциональные устройства и арматуру. Главная задача — аккуратно вырезать отверстия — ровно под фурнитуру. Герметизируют их при помощи высокотемпературных герметиков (не кислотных).

Если надо установить в бак теплоаккуммулятора из еврокуба ТЭНы, часть стенки лучше вырезать, вырезать пластину из толстого листового алюминия. Пластину притянуть к стенке болтами с паронитовыми прокладками, тщательно все промазав все тем же герметиком.

Утепление:

• бока — фольгоизол 5 мм. фольгой внутрь + 50 мм. ЭППС
• верх — 2 слоя 10 мм. фольгоизола + 50 мм ЭППС
• снизу только 10 мм. фольгоизол — на него куб был поставлен при установке.
• Швы пропенены дополнительно. Так что ЭППС в безопасности.

Отзыв от эксплуатации:

«Вчера потеплело до +2, так у меня утром, в 7-00, было 85 градусов, в ТА, в 16-00 78 град, около 23-00, перед включением ТЭНов — 75. В результате ТЭНы работали очень мало! Но так не всегда, бывает остывает сильнее. Погода, ветер, и т. д. — всё влияет».