Теплоаккумулятор для твердотопливного котла своими руками: инструкция с чертежами и видео

Что такое теплоаккумулятор и какую функцию он выполняет

При сильном горении происходит перегрев системы, при слабом она остывает. Сократить амплитуду и увеличить период колебаний можно за счет вместительного бака с теплоаккумулятором. Последний представляет собой теплообменник с большой емкостью, заполненой теплоностилем. Одна часть системы забирает излишки энергии с котла, вторая постепенно отдает тепло в отопительную систему, не давая температуре резко упасть. Весь это процесс происходит автоматически через змеевики под управлением трехходовых клапанов.

Принцип действия

Теплоаккумулятор – это емкость, внутри которого циркулирует горячий жидкий теплоноситель. Температура поддерживается в нужном диапазоне благодаря дозированию энергии, передаваемой в контур. Разогретый бак отдает тепло в комнаты постепенно. В результате пропадает необходимость постоянно поддерживать горение в топке котла.

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.

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.

Расчет буферной емкости

Главным критерием, которым необходимо руководствоваться при теплового аккумулятора для твердотопливного котла, выступает его емкость или объем. Чтобы сделать расчет буферной емкости, необходимо знать следующие факторы:

• мощность котла отопления;
• предполагаемая длительность отопления без источника тепла;
• тепловая нагрузка на отопительную систему.

Пример расчёта

Исходные данные:

• дом, площадь которого 200 м²;
• длительность простоя котла 8 часов;
• предположительно вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С.

Для того, чтобы обогреть дом такой площади в зимнее время 20 кВт теплоты, в среднем ее потребление составит около 10 кВт/ч. Таким образом, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии.

Далее расчет объема теплоаккумулятора производится через формулу теплоемкости воды.

m = Q / 1.163 х Δt, где:

• Q – расчетное количество тепловой энергии, необходимое для накопления, Вт;
• Δt – разница между температурой теплоносителя в баке, которая была в начале и той, что получилась в конечном результате, равна 90 – 40 = 50 °С;
• 163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Формула теплоёмкости воды

Особенности установки и схема подключения аккумулирующей емкости

Схема подключения теплоаккумулятора

Для подключения к системе отопления теплоаккумулятора необходимо правильно выбрать его месторасположение. Лучше всего, если он будет стоять в непосредственной близости от котла. В таком случае температура теплоносителя будет высокой, что положительным образом скажется на скорости нагрева воды в емкости.

Также следует изготовить постамент для него, так как общая масса заполненного теплоаккумулятора будет довольно высока. В нашем случае она будет приблизительно равна 2,1 т. В частном доме для этого нужно подготовить отдельный фундамент. Если в системе отопления с теплоаккумулятором предусмотрено горячее водоснабжение – в помещении следует провести водопровод. Он подключается к баку через запорную арматуру. Увы, но не существует пока общих схем изготовления теплоаккумулятора для отопления. Чаще всего руководствуются личным опытом.

Тепловой аккумулятор: что это такое

Конструктивно твердотопливный теплоаккумулятор представляет собой специальную емкость с теплоносителем, которая быстро нагревается в процессе сгорания топлива в топке котла. После того, как тепловой агрегат перестает работать, аккумулятор отдает свое тепло, тем самым, поддерживая в здании оптимальный температурный режим.

В сочетании с современным котлом, работающим на твердом топливе, тепловой аккумулятор позволяет достичь практически 30%-й экономии топлива и повышения КПД системы. Кроме того, количество загрузок теплового агрегата удается сократить вплоть до 1 раза, да и сама техника работает на полную силу, максимально сжигая все загруженное топливо.

Узнайте также о достоинствах пластиковых труб для отопления.

Конструкция и назначение емкостных баков

Выполнены все тепловые аккумуляторы (и это можно видеть на многих фото или видео на нашем сайте) в виде неких буферных емкостей – баков, которые утеплены специальными материалами. При этом объем подобных баков может достигать 350-3500 литров. Использовать устройства можно как в открытых, так и в закрытых системах отопления.

Принцип работы отопительной системы с аккумулятором теплоты

Как правило, основное отличие системы с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором от обычной заключается в цикличной работе.

В частности, выделяют два цикла:

1. Произведение двух закладок горючего, сжигание его в режиме максимальной мощности. При этом все избыточное тепло не вылетает «в трубу», как при традиционной схеме отопления, а скапливается в аккумуляторе;
2. Котел не топится, а оптимальный температурный режим теплоносителя поддерживается за счет отдачи тепла от бака. Следует отметить, что при использовании современных теплоаккумуляторов можно добиться простоя теплового генератора до 2-х дней (все зависит от теплопотерь здания и наружной температуры воздуха).

Узнайте также об особенностях процесса установки котлов отопления.

Основные функции теплоаккумуляторов

Твердотопливный котел с теплоаккумулятором – очень выгодный и производительный тандем, за счет которого можно сделать систему отопления более практичной, экономичной и производительной.

Тепловые аккумуляторы выполняют сразу несколько функций, среди которых можно выделить:

• Аккумуляция тепла от котла с последующим его расходом по требованию отопительной системы. Зачастую, данный фактор обеспечивается применением трехходового клапана или же специальной автоматики;
• Предохранение обогревательной системы от опасного перегрева;
• Возможность простой увязки в одной схеме нескольких разных источников теплоты;
• Обеспечение работы котлов с максимальным показателем КПД. Собственно, данная функция появляется за счет работы техники на повышенных температурах и снижения расхода топлива;

Теплоаккумуляторы как на подбор

• Стабилизация температурных режимов в здании, снижение количества загрузок горючего в котел. При этом данные показатели довольно значимые, что делает установку подобного оборудования более эффективным и финансового выгодным решением;
• Обеспечение здания горячей водой. Требуется обязательная установка на выходе из бака теплового аккумулятора специального термостатического защитного клапана, так как температура воды может достигать более 85С.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла можно производить различными способами. Но, если необходимо быстро выполнить все расчеты, то лучше воспользоваться проверенным на практике вариантом – на 1 кВт мощности твердотопливного котла должно приходиться не менее 25 литров объема. Чем выше мощность теплотехники, тем большего объема потребуется установить аккумулятор.

Конструктивные особенности баков

Применение теплового аккумулятора: когда необходима техника

Инструкция к тепловым аккумуляторам твердотопливных котлов говорит о том, что подобные агрегаты следует применять в нескольких основных случаях:

1. Необходимость в эффективном горячем водоснабжении в больших объемах. Например, если в доме имеется два или более санузлов, большое количество кранов, то без теплоаккумуляторов не обойтись, ведь техника существенно увеличивает выработку воды без лишних финансовых затрат;
2. При использовании твердого топлива с различными коэффициентами тепловыделения. За счет такой техники удается сгладить пики горения и снизить количество закладок;
3. Если в доме имеется необходимость в зарядке аккумуляторов теплом по «ночному тарифу»;
4. При использовании тепловых насосов. В том случае, если кроме твердотопливного котла в здании имеется еще и альтернативная система отопления, то аккумулятор поможет оптимизировать время работы компрессора установки.

Достоинства и недостатки отопления с теплоаккумулятором

Плюсами таких систем являются:

1. Снижение затрат на энергоносители.
2. Увеличение КПД отопительной системы.
3. Отсутствие перегрева.
4. Снижение количества (периодичности) загрузки твердого топлива в котел.
5. Тонкая настройка температурного режима в помещениях.
6. Возможность модернизации (совмещение с системой подачи горячей воды, использование альтернативных источников энергии вместо топлива).

При всех достоинствах отопительное оборудование такого типа имеет и недостатки:

1. Мощность установленного котла позволяет отапливать площадь, вдвое больше, чем требуется (запас мощности).
2. Система долго запускается из холодного состояния до вхождения в нормальный рабочий режим.
3. Ввиду громоздкости оборудования и большого числа комплектующих усложняется транспортировка, размещение и монтаж.
4. Сохраняется необходимость топливного склада в непосредственной близости от котельной.
5. Стоимость оборудования и отсутствие быстрой окупаемости затрат, особенно при замене котла.

Последний недостаток успешно решается, если смонтировать теплоаккумулятор своими руками.

Типы отопительных систем с теплоаккумулятором и разным количеством змеевиков

Змеевик играет роль теплообменника, то есть жидкости различных систем не смешиваются между собой, а передача тепла происходит через стенки этой спирали. Изготавливается из меди или нержавеющей стали. Иногда используется черный металл что бы удешевить конструкцию.

Различают четыре основных типа систем:

Без змеевика. Вместо него может быть вмонтирован дополнительный бак меньшего диаметра, подключенный к малому контуру. Передача тепла происходит благодаря физическим свойствам, при котором она поднимается вверх, а холодный теплоноситель опускается в нижнюю часть емкости. Такая система является самой простой и работает только с одним потребителем, например системой отопления и одним источником. Это может быть как твердотопливный котел так и солнечный коллектор. Особенности – минимальная себестоимость, простота монтажа.

С одним змеевиком. Спираль находится внутри основного бака, по ней циркулирует теплоноситель от источника. Энергия передается в накопительную емкость откуда и циркулирует далее к потребителю. Особенности такой системы является не смешивание различных теплоносителей

Это может быть важно если они имеют различные химические составы

Система может работать и в обратном порядке, через змеевик может бить запитана система отопления или ГВС. 

С двумя змеевиками. Дополнительный малый контур теплообменника запитан в систему, подключенную к альтернативному источнику энергии. Эта система позволяет использовать более широкий спект оборудования для нагрева теплоносителя.

С тремя спиралями. Предполагается, что в единый отопительный комплекс входит котел на твердом топливе и два альтернативных источника, например, солнечная и геотермальная батареи. Максимальная экономия твердого топлива. Котел может использоваться как дополнительный (резервный).

С дополнительным баком. Существуют системы, в которых включен еще один контур с теплообменником для того, чтобы горячая вода в кране появлялась сразу же после запуска котла, не дожидаясь выхода в оптимальный режим обогрева. Однако в таких системах, запас горячей води ограничен, по его истечению дальнейший прогрев будет проходить медленнее чем через змеевик.

Применение различных типов систем

Отопительные системы, в состав которых входят только твердотопливные котлы применяются, как правило, для обогрева частных домов. Необходимость сооружать угольный (дровяной) склад доставляет неудобство, но такой конфигурации достаточно для отопления в самые суровые морозы.

Системы отопления, в которые включен солнечные коллекторы позволяют экономить до 30% затрат на энергоносители, но не заменить твердотопливный котел. Поэтому ее используют как вспомогательную, тем более что солнце светит не всегда. А вот для того, чтобы дома всегда была вода, мощности достаточно (замещает на 50-90%).

Совмещенные конфигурации предполагают применение газового и твердотопливного котлов. Это удобно при запуске системы в промерзшем здании. Если газовый агрегат подключить к системе горячего водоснабжения, то вода будет всегда. При этом не нужно подбрасывать дрова, достаточно нажать пусковую кнопку газовой горелки. а основную задачу по нагреву води возьмет на себя твердотопливный котел.

Этапы сборки теплоаккумулятора

Теперь, когда вы примерно представляете, что такое теплоаккумулятор, знаете его конструкцию и имеет под рукой необходимые материалы, можно, наконец, приступить непосредственно к процессу изготовления.

Шаг 1. Приступим к обработке бочки. Изделие из металла следует хорошенько почистить от мусора и прочей грязи, а также зачистить те участки, где появилась ржавчина. Теперь нам нужно сделать так, чтобы ржавчина не появилась еще очень долго. Для этого нужно обработать внутреннюю поверхность ортофосфорной кислотой и нанести 4-5 слоев грунтовки .

Теплоаккумулятор необходимо утеплить минеральной ватой или другим подходящим материалом

Шаг 2. Теперь нужно позаботиться о теплоизоляции емкости. Это необходимо не только для того, чтобы вода сохраняла свое тепло длительное время, но и чтобы окружающий воздух не нагревался от теплоаккумулятора. Энергия не будет тратиться напрасно! Самым простым вариантом будет пенопласт (толщиной 100 мм плотностью 25 кг/куб.м.). Его очень просто вырезать и крепить к стенкам емкости.

Другой вариант – использование минеральной ваты (плотность этого материала уже намного выше и составляет около 140 кг/куб.м.). Для ее надежной фиксации вам как раз и пригодится скотч или любая другая клейкая лента. Если вам покажется это необходимым, то на всякий случай можете сделать внешний каркас из листового металла и надеть поверх утеплителя.

Змеевик внутри самодельного теплоаккумулятора

Шаг 3. Теперь нужно изготовить змеевик, по которому и будет передвигаться сам теплоноситель. Для этого нам послужат медные трубы диаметром 20-30 мм, протяженность зависит от объема вашей емкости, но в среднем вам может потребоваться от 8 до 15 метров такой трубы. Помните о том, что этот змеевик должен соединяться с котлом, ведь по нему будет протекать горячая вода. А холодная вода, находящаяся в баке, будет нагреваться от змеевика.

Удобнее будет мастерить змеевик с помощью 2х деревянных реек. По всей длине вкрутите саморезы, оставив выглядывать шляпку миллиметров на 5. Между этими саморезами очень удобно фиксировать трубы змеевика.

Шаг 4. В вертикальной стенке емкости нужно проделать 2 отверстия для фиксации подающего и отводящего патрубков. На них в дальнейшем установите запорные краны.

Шаг 5. Далее нужно разместить бочку в заранее выбранном и подготовленном для этого месте.

Помните! Устанавливать ее можно только на бетонном основании! Вам нужно будет залить его самостоятельно или же приобрести готовую бетонную плиту!

Шаг 6. Выполняем подключение теплоаккумулятора к котлу. Отдельно стоит упомянуть про крышку емкости. Как вариант, вы можете сделать ее литой, то есть приварить ее к самому баку, а можете – съемной, на болтах. В последнем случае вам понадобится монтировать воздухоотводчик и предохранительный клапан.

Теплоаккумуляторы могут использоваться в различных отопительных системах, однако, наиболее эффективны и необходимы они в паре с твердотопливным и электрическим котлами. В первом случае у вас всегда будет запас горячей воды, на случай ожидания загрузки новой порции дров в котел. А в паре с электрическим котлом он поможет вам сократить расход электроэнергии: нагрев воды будет происходить ночью, а утром вы сможете пользоваться подготовленным запасом горячей воды, что очень удобно.

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.

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.

Использование теплоаккумулятора в разных системах обогрева

Схема ГВС

Теплоаккумуляторы эффективно показывают себя при использовании в самых разнообразных системах обогрева. При этом в каждом случае подобный накопитель позволяет существенно сэкономить на отоплении.

Чаще всего тепловыми аккумуляторами комплектуются системы твердотопливного обогрева. Установка будет способствовать более экономичному расходу топлива и эффективному обогреву, а также предотвратит преждевременный износ отопительных радиаторов.

Не лишним будет тепловой аккумулятор и в системе электрического отопления, в особенности в регионах с двойным тарифом за электричество. Ночью, когда электроэнергия продается потребителю по более доступной стоимости, аккумулятор будет накапливать тепло. Днем же можно будет на некоторое время выключить котел и топить силами теплоаккумулятора.

Используются накопители и в многоконтурных отопительных системах. Благодаря ним обеспечивается распределение теплоносителя между контурами. Монтаж патрубков может быть выполнен на разной высоте, что позволит получать воду, нагретую до разной температуры.

Подключение профессиональные рекомендации

Чтобы правильно и максимально эффективно реализовать систему частного отопления на основе любого твердотопливного котла, можно подключать теплоаккумулятор несколькими методами. Они довольно распространены среди профессиональных мастеров, но этому можно обучиться и самостоятельно, так как в данных схемах нет ничего сложного и сверхъестественного.

Совет! Рассмотрите тот факт, что стоимость работ напрямую зависит от основного принципа построения системы постоянной циркуляции топлива в котле.

Схема подключения теплоаккумулятора

С подмешиванием жидкости

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу распространенного типа предельно понятна. Легко и доступно применяется в обвязках систем постоянного отопления, которые основываются на циркуляции простого гравитационного типа топлива в котле. В этой ситуации происходит такое:

• Во время нагревания установленного объема воды в самом теплообменнике устройства начинается ее циркуляция по всей системе установленного трубопровода, который проходит через клапан бойлера.
• Когда заданная пользователем температура достигается, встроенный клапан активно начинает работать и соответственно поддерживать установленный заранее показатель, понемногу подмешивая только холодную воду из самого бойлера.
• В этот момент в бак наливается горячая вода из установленного агрегата – так происходит зарядка теплоаккумулятора.
• За все время, которое может быть определено только баком бойлера, топливо полностью выгорает.
• Начинает обратный процесс, который состоит в подаче воды на небольшие радиаторы. Стабильность температуры сохраняется все время.
• Когда непосредственный источник нужного тепла не может поддержать стабильный нагрев воды в емкости теплоаккумулятора, установленный клапан оперативно и надежно перекрывается, а система моментально приобретает свое исходное состояние.

Если электропитание отсутствует или же циркулярный насос отказывает, бойлер сразу переходит в специальный буферный режим, который дает возможность всей системе работать только на обратном клапане.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Набранная вода, которая нагрелась до этого момента в самом котле, далее активно поступает в установленный бак. Затем она направляется к нескольким радиаторам отопления. За счет этого непрерывного процесса обеспечивается плавное нагревание воды и аккуратное падение высоких температур.

Совет! Чтобы функционирование схемы отопления было на высоте, теплоаккумулятор надо монтировать достаточно высоко, чтобы не было контакта с радиаторами отопления.

С гидрораспределением

Система такого типа продается практически для каждой модели котла. За счет них можно предусмотреть беспрерывную и стабильную подачу электроэнергии. Чтобы вся обдуманная система работала правильно и налажено, стоит правильно и четко предусмотреть источник стабильного и полноценного питания.

Возможно реализовать такой принцип: установленный бойлер послужит лишь специальной емкостью, которая по максимуму стабилизирует температуру достаточно большого и необходимого для комфорта в помещении объема воды. В этом есть смысл в том случае, когда надо сразу давать питание на несколько контуров частного отопления.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу такого типа также нашла широкое применение у современных пользователей и застройщиков.

Какую именно схему подключения теплоаккумулятора выбрать зависит исключительно от индивидуальных потребностей владельца дома и проживающих там. Тут надо взвесить все преимущества и недостатки, а также учесть множество факторов, которые могут значительно повлиять на окончательный выбор.

Достаточно многое зависит от площади, которая будет отапливаться с помощью твердотопливного котла; используемых элементов и агрегатов всей установки; рассчитанного количества контуров, которые будут сделаны в обвязке; наличия продуманной системы горячего стабильного водоснабжения всего помещения.

Правильно организовать схему подключения является непростой задачей, которая требует к себе повышенной концентрации и правильного подхода. Если нет уверенности в своих знаниях, лучше доверить процесс опытным и квалифицированным специалистам.

Как это работает

В обычных отопительных системах вода после нагревания подается в буферную емкость при помощи циркуляционного насоса. Бак возвращает обратно в нагреватель точно такое же количество уже охлажденного теплоносителя. Роль второго компрессора сводится к подаче нагретой воды, отобранной из верхней части емкости, внутрь расположенных в разных комнатах радиаторов.

Так как контур полностью герметичен, нижняя часть буфера получает обратно точно такое же количество жидкости. Первый из насосов включается только на время розжига котла. Второй аппарат оснащен термостатом, отслеживающим температуру в помещении. При ее понижении ниже заданного предела аппарат включается.