Буферная емкость своими руками: устройство, принцип работы, сборка теплонакопителя для твердотопливного котла

Обновлено: 18.04.2024

Буферная емкость ведущих производителей, изготовленная в заводских условиях, на 500 л. обойдется приблизительно в 30000-38000 руб. Изготовление теплоаккумулятора для котла отопления своими руками будет стоить приблизительно вдвое дешевле. Цена будет еще меньше если самостоятельно установить емкость и выполнить обвязку.

Какого объема должен быть тепловой накопитель

Принцип работы теплоаккумулятора связан с накоплением тепловой энергии во время работы котла и ее отдачи после отключения отопительного оборудования. Фактически, буферная емкость работает по принципу обыкновенной электроаккумулятора.

От объема резервуара зависит то, сколько времени будет поддерживаться обогрев здания в автономном режиме. Прежде чем приступить к изготовлению системы отопления с самодельным тепловым аккумулятором, потребуется рассчитать объем бака.

Существует два метода вычислений:

Предположительный расчет емкости теплового аккумулятора для дома с площадью 100 м²:

Площадь дома отапливаемая

y = S/10*0.53 = 100 м² / 10 * 0.53 кВт = 5.3 кВт

Суточная потребность возмещения теплопотерь

Q = y*24 = 5.3 кВт * 24 ч = 127.2 кВт-ч.

Удельная теплоемкость воды

Cуд = 0.00116 кВт-ч/кг•°С

Разница температур воды

Удельный вес воды

V = Q/(C*T*g) = 127.2 кВт-ч / (0.00116 кВт-ч/кг•°С * 50°С * 1000 кг/м³) = 2.19 м³

Согласно таблицы, эффективное водяное отопление с самодельной емкостью для дома, способное проработать в автономном режиме около 10 часов, 2,19 м³. Можно уменьшить объем до 1,4 м³ при этом тепловой аккумулятор будет способен отдавать тепло 5 часов. После проведения расчетов можно приступать к изготовлению бака аккумулятора своими руками.

Как и из чего сделать буферную емкость

Теплоаккумулятор изготавливают по чертежу заводского бака. Внутреннее устройство полностью идентично. Бак состоит из следующих узлов:

Чтобы изготовить буферную емкость самостоятельно достаточно собрать аккумулятор подобно заводскому модулю. Следует помнить, что для разных систем отопления (открытого и закрытого типа), требуются баки разной конструкции. Также будет необходимо подобрать материал для изготовления и утепления емкости.

Тип конструкции теплонакопителя

Существует несколько видов емкостей, классифицирующийся по форме и устройству. Самодельные баки теплоаккумуляторы бывают:

Для самотечной системы отопления подойдет только открытый буферный бак. Отличие в конструкции: наличие патрубка в верхней части емкости, сообщающегося с атмосферой.

Материал для изготовления аккумуляторного бака

Вариантов для изготовления множество. Наиболее распространенные:

Кроме изготовления сварной конструкции бака используют уже готовые емкости. Подойдут: старые бойлеры, ресиверы, емкости для хранения жидкого азота, баллоны под сжиженный газ и т.п.

Как утеплить буферную емкость

В заводских накопителях изоляцию прокладывают между внутренним баком и внешним кожухом. В самодельных буферных емкостях для твердотопливного котла используется тот же метод теплоизоляции.

Утеплению подлежат стенки теплоаккумулятора. Рекомендуют использовать минеральную или базальтовую вату толщиной не менее 6-8 см. С ватой легко работать. Минеральная теплоизоляция бака пропускает влагу и конденсат (дышит), не скапливая жидкость внутри волокон.

Еще один плюс. Как показывает практика, буферные емкости, утепленные ватой, не любят мыши. При изоляции пенопластом или пенополистиролом грызуны не редко селятся внутри теплоизолирующего слоя. Появившиеся дырки приводят к быстрой потере тепла и снижению КПД накопителя.

Чертежи для изготовления теплоаккумулятора

Теплоаккумулятор можно сделать своими руками. Достаточно рассчитать объем бака, подобрать подходящий материал и изоляцию.

Выбор проточного водонагревателя, как альтернатива бойлерам, электрическим и газовым колонкам, по мнению специалистов, оправдан.

Предохранительный клапан на водонагреватель, это группа безопасности. Клапан сбрасывает чрезмерное давление, не дает вытечь

Установка автомата и УЗО к электрическому водонагревателю, дифференциального выключателя (АВДТ), защищает от ударов током,

Какой водонагреватель поставить - проточного или накопительного типа - один из главных вопросов, который

Фильтр от накипи для бойлера снизит частоту очистки и технического обслуживания бака, и ТЭНа водогрейного оборудования. Умягчители и декальцинаторы подбираются под характеристики воды, есть правила установки, замены. Фильтр от накипи для

Индукционные водонагреватели принадлежат к области инноваций. Варианты самодельного водонагревательного оборудования индукционного типа, это постоянные

Некоторые элементы обвязки обогревателей в частном доме возможно изготовить самостоятельно. Так, сделанная своими руками буферная емкость для твердотопливного котла позволит обеспечить бесперебойную и эффективную работу системы отопления.

Этот резервуар называют еще теплоаккумулятором или накопителем, так как он способен накапливать тепловую энергию и отдавать ее в систему, даже когда котел не работает на полную мощность.

Устройство теплового агрегата

В настоящее время тепловой аккумулятор представляет собой довольно сложную конструкцию. Более простой агрегат по своему устройству напоминает термос. В его конструкцию входят следующие элементы:

внутренний бак;
внешняя обшивка;
утеплитель.

Внутренний бак имеет четыре патрубка: два соединяют с твердотопливным котлом, два — с контуром системы отопления. В верхней части резервуара устанавливают предохранительный клапан для сброса лишнего давления.

В низшей точке бака находится кран для слива жидкости. В схему обвязки встроены два циркулирующих насоса, которые осуществляют движение теплоносителя под определенным давлением.

В общей схеме системы отопления агрегат занимает место непосредственно между котлом и радиаторами.

Если он отсутствует, то для того чтобы процесс проходил равномерно, необходимо постоянно подкладывать дрова в топку. Иногда эту процедуру невозможно выполнить вследствие конструктивных особенностей котлов.

Принцип действия

Принцип работы буферной емкости можно сравнить с действием автомобильного аккумулятора. Пока двигатель работает, генератор вращается и вырабатывает электрический ток, который накапливается в автомобильной батарее.

Как только мотор глушат, снабжение электрооборудования электрическим током обеспечивает аккумулятор. Так и в этом случае, когда разжигают твердое топливо в котле, охлажденная жидкость из резервуара насосом подается в обогреватель, где она нагревается.

Поступающий в буферную емкость горячий теплоноситель поднимается в верхнюю часть, так как он легче холодной жидкости. Сначала движение воды в системе осуществляется по малому кругу: между котлом и тепловым аккумулятором.

Когда теплоноситель в емкости нагреется, он начинает поступать по трубопроводам к батареям. Затем остывшая жидкость по обратным трубопроводам попадает в нижнюю часть буферного бака.

Одним из недостатков такой конструкции является длительный начальный период прогрева теплоносителя. Иногда он может занимать от 2 до 4 часов. Но все же у этого устройства немало положительных свойств, а именно:

экономия топлива;
простота конструкции, что позволяет сделать теплоаккумулятор своими руками;
повышение коэффициента полезного действия твердотопливного котла;
легкое обслуживание оборудования;
защита элементов системы отопления от перегрева.

В основу работы теплоаккумулятора заложена высокая теплопроводность жидкости. Например, при остывании 1 л воды на 1° C позволяет нагреть 1 м³ воздуха в помещении на 4° C.

Поэтому если в определенный момент передать тепловую энергию некоторому объему воды, то затем его хватит для обогрева жилища в течение длительного времени.

Расчет объема бака

Прежде чем приступить к изготовлению теплонакопителя для отопления своими руками, необходимо рассчитать примерный объем будущего агрегата. Сначала следует узнать приблизительную мощность теплоотдачи емкости, учитывая, что для обогрева в зимний период 10 м² помещения расходуется 1 кВт мощности.

То есть для отопления большого загородного дома площадью 200 м² потребуется 20 кВт тепловой энергии, но для расчета принимают средний показатель — 10 кВт. При этом максимальная температура теплоносителя берется равной 90° C, а минимальная — 50° C.

Время действия буферного бака без участия котла составляет 8 часов. В дальнейшем, проведя расчет по формуле m=Q/c (tmax-tmin), можно узнать количество воды, поступающее в бак. В формуле следующие обозначения:

После расчета получится 1718 кг воды, то есть примерный объем будет равен 1,8 м³. Объем резервуара можно определить и по каталогу заводских видов теплоаккумуляторов, сравнив их технические характеристики, которые могут подойти к требуемой площади помещения.

Самостоятельное изготовление

Чтобы проще изготовить теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками, лучше всего выбрать прямоугольную форму конструкции. Для этого подойдут детали из листовой гофрированной стали, так как они обладают повышенной жесткостью.

Обязательно присутствие сварочного аппарата, так как все основные сборочные работы проводят при помощи этого агрегата. Кроме листов стали, понадобится металлический уголок для установки распорок.

Дело в том, что конструкция будет работать под давлением, поэтому ее следует усилить. Сначала сваривают внутреннюю емкость, расперев уголками противоположные стенки. Затем собирают наружный корпус, который по размерам будет немного больше, чтобы хватило места для установки утеплителя.

Одну сторону кожуха не закрывают, через нее вставляют внутреннюю емкость. Затем вваривают патрубки в рабочий бак для подключения системы отопления, предохранительного клапана, сливного крана, а пустоты между ним и кожухом заполняют утеплителем.

Для этого подойдет минеральная вата или монтажная пена. Далее приваривают стенку кожуха и подключают теплоаккумулятор к системе отопления. Не стоит забывать после сварки конструкций проверить их на герметичность.

Более того, в некоторых европейских странах использование твердотопливных котлов отопления без теплоаккумуляторов вообще запрещено, причем, список таких стран постоянно пополняется. Да и в нашей стране темпы продаж теплоаккумуляторов для котлов отопления год от года демонстрируют неуклонный рост.

Некоторые отечественные производители наладили выпуск тепловых аккумуляторов, разработанных специально для российских условий и климатических особенностей нашей страны. Попробуем разобраться, каково назначение данного вида оборудования, в чем его особенности, а главное - что даст установка теплоаккумулятора конкретному владельцу частного дома, и как подобрать именно то, что нужно.

Теплоаккумулятор и его использование с теплоисточниками различного типа

Принцип работы теплоаккумулятора очень прост: его главная задача - накапливать тепловую энергию, когда в системе отопления есть ее излишки, и отдавать это тепло в период его дефицита, т.е. когда теплоисточник не работает. Отсюда вытекает и главный вывод - наиболее эффективно использовать тепловые аккумуляторы с тепловыми источниками, которые имеют ярко выраженный периодический характер работы.

К ним относится большинство твердотопливных котлов, очень распространенных как в России, так и за рубежом. А также стремительно набирающие популярность, особенно на юге, солнечные коллекторы. Понятно, что твердотопливные котлы нагревают воду только во время топки, а солнечные коллекторы бесполезны в ночное время.

Но это еще не все, даже электрические отопительные котлы в сочетании с теплоаккумуляторами могут быть более эффективными. Если разница между дневными и ночными тарифами на электроэнергию значительна, например, ночной тариф меньше дневного более чем в 2 раза, можно сделать систему отопления в доме таким образом, чтобы электрокотел работал только в ночное время, а днем отапливать дом за счет тепла, накопленного в теплоаккумуляторе. Кстати, принимая во внимание взрывной рост тарифов на электроэнергию, экономическая целесообразность такого решения становится актуальной.

Еще одним фактором, определяющим эффективность использования тепловых аккумуляторов, является то, что теплоаккумулятор может стать звеном, объединяющим сразу несколько источников тепла. Другими словами, при необходимости - например, когда стоимость солнечных коллекторов еще более снизится, а эффективность повысится - вы сможете без существенных изменений перестроить систему отопления в своем доме так, чтобы по максимуму отапливать помещения за счет дешевой энергии солнца, но при этом, когда солнца нет, применять твердотопливный котел.

В этом случае появляется возможность в полном объеме накапливать весь избыток тепла, а затем, отдавать его по мере необходимости. Фактически теплоаккумулятор позволяет использовать различные источники тепловой энергии с минимальной в текущий момент стоимостью и при этом обеспечивает устойчивость системы за счет переключения между ними. Конечно, такая возможность есть не у каждого теплового аккумулятора - следует выбрать нужную модель заранее.

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.

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.

Как выбрать нужный теплоаккумулятор

Для начала вам предстоит рассчитать объем теплоаккумулятора. Это важно, т.к. от объема зависят габаритные размеры буферной емкости. Следует помнить, что вам еще нужно найти «правильное» место в доме, чтобы, сначала внести туда через дверные проемы немалый по ширине и высоте тепловой аккумулятор, а потом еще и установить его рядом с твердотопливным котлом, как это чаще всего происходит на практике. Разумеется, точные расчеты может сделать только специалист, т.к. для этого требуется учесть множество специфических факторов, но в любом случае нужно понимать, какую примерно буферную емкость вы покупаете.

Объем теплоаккумулятора напрямую зависит от мощности твердотопливного обогревательного котла. Существует несколько методик предварительного расчета, основанных на определении способности твердотопливного котла нагреть необходимый объем рабочей жидкости до температуры не менее 40°C за время сгорания одной полной загрузки топливом, т.е. примерно за 2-3 часа. Считается, что так достигается максимальный КПД котла с максимальной же экономией топлива.

Но, как правило, для начала можно воспользоваться следующей методикой расчета: 1 КВт мощности твердотопливного котла должен соответствовать не менее 25 литрам, но и не более 50 литрам объема, подключаемого к нему теплоаккумулятора.

Таким образом, при мощности отопительного котла, равной 15 кВт, емкость теплового аккумулятора должна быть не менее: 15*25 = 375 литров. И не более 15*50 = 750 литров. Лучше выбирать с запасом, т.е. порядка 400-500 литров.

Вообще, производители теплоаккумуляторов предлагают изделия самых разных объемов - от 40 до 10 000 литров. Внимание! Тепловые аккумуляторы емкостью более 500 литров могут не пройти в дверной проем вашего дома.

Далее придется определиться с типом теплоаккумулятора.

Какой тип теплоаккумулятора вам подходит

Тип зависит от ваших потребностей, т.е. от того, как именно вы хотите его использовать. Существует 4 условных типа тепловых аккумуляторов:

Простой телоаккумулятор, для подключения к единственному теплоисточнику;
Буферная емкость для одновременного подключения нескольких теплоисточников, например, твердотполивного котла отопления и солнечного коллектора. Отличается от предыдущего типа наличием нижнего змеевика;
Теплоаккумулятор с змеевиком ГВС предназначен как для отопления, так и для производства горячей воды в проточном режиме;
Тепловой аккумулятор, имеющий внутренний бак для горячего водоснабжения (конструкция «бак в баке»), применяется как для аккумулирования тепла в системе отопления, так и для приготовления и накопления горячей воды, которая используется в быту.

Александр Федотов, Руководитель отдела продаж «Компании Эван»

«Выбор теплоаккумулятора зависит от целей, которые призвана решать система отопления. Это может быть теплоснабжение здания или обеспечение отоплением и горячей водой. В первом случае может использоваться обычный утепленный бак, во втором речь уже идет о приборе с различными встроенными теплообменниками.

При выборе теплоаккумулятора необходимо учесть тип основного источника тепла и их количество в системе теплоснабжения. Важными факторами являются также мощность теплового прибора и часовые расходы тепла».

Кроме этого, теплоаккумулятор может быть дополнительно оборудован одним или несколькими ТЭНами для автономного подогрева воды, когда это необходимо.

Цена теплоаккумулятора зависит от его объема, типа, а также от дополнительных опций и, конечно, от бренда производителя.

Несколько слов о производителях теплоаккумуляторов. На российском рынке представлены многочисленные модели как отечественных, таки зарубежных предприятий-изготовителей. Из числа наиболее зарекомендовавших себя, можно выделить продукцию шведского концерна NIBE (на территории РФ предлагается компанией Эван), итальянских Cordivari и TML, немецких Wolf и Wespe heizung, финского бренда Jaspi.

Изготовление теплоаккумулятора своими руками

Интернет пестрит различного рода рекомендациями для умельцев, как сделать теплоаккумулятор собственными силами, уверяя, что ничего сложно в этом нет. С одной стороны, обилие этих рекомендаций еще раз подчеркивает значимость тепловых аккумуляторов в системе отопления - бесполезные вещи не обсуждают. С другой, заставляет здравомыслящего человека задуматься: когда следует сделать выбор между тем, чтобы купить теплоаккумулятор у сертифицированного производителя и заплатить несколько больше, или сделать его «в гараже», но при этом сэкономить свои деньги, нужно в первую очередь задуматься о последствиях.

Потому что даже самый великий народный умелец, сооружая тепловой аккумулятор из железной бочки, как это нередко рекомендуют на разных сайтах, должен понимать, к чему приведет такая мнимая экономия. Во-первых, температура теплоносителя внутри теплоаккумулятора может быть близка к 100°C, во-вторых, внутри системы существует повышенное давление. Как поведет себя кустарная буферная емкость в процессе эксплуатации, не сможет предсказать никто. Стоит ли подвергать риску свой дом - вопрос открытый. Выбор каждый делает сам.

Читайте также: