Тепловой аккумулятор в фундаменте

Обновлено: 13.05.2024

Долговременный теплоаккумулятор

Использование долговременных теплоаккумуляторов поможет уменьшить сложности и, возможно, решить некоторые экономические проблемы. Долговременный теплоаккумулятор лучше всего определить как устройство для хранения солнечной энергии в течение длительного времени после того, как она была уловлена, например, от одного сезона до следующего, т.е. сообразуясь с законами природы. Главное различие между системой долговременного аккумулирования тепла и обычной солнечной системой заключается в первую очередь в устранении вспомогательной дублирующей системы (печи) и сопутствующих составных частей на стыке двух систем. Сравним технологическую схему такой системы со схемами некоторых других систем. Тепловой насос может использовать этот долговременный тепловой аккумулятор в качестве источника тепла; если большой бак теплоаккумулятора имеет достаточно высокую температуру, то здание может воспользоваться теплом обычным путем, например через радиационные панели или нагнетание горячего воздуха.

Рис. 1. Система долговременного аккумулирования тепла. Солнечная установка собирает и аккумулирует тепло солнечного излучения круглый год в ясную погоду. Когда необходимо, тепло используется в здании. Вспомогательной дублирующей системы (на органическом топливе) не требуется:
1 - солнечный коллектор; 2 - теплоаккумулятор; 3 - жилище; 4 - температура 30. 90°С.

Средства, сэкономленные в результате ликвидации дублирующей системы, можно использовать на сооружение отсека долговременного теплоаккумулятора, так как 100% потребности в отоплении будут удовлетворяться за счет солнечной энергии (за исключением расхода электроэнергии для вентиляторов и насосов), то можно оправдать более высокие первоначальные затраты.

В доме Солтерра, разработанном Уильямом Эдмундсоном, используется смонтированный на крыше солнечный коллектор, через который проходит и нагревается воздух. Нагретый воздух циркулирует по трубам диаметром 100 мм, которые погружены в отсек теплоаккумулятора под домом. Отсек имеет бетонные стены, пол и перекрытие и заполнен водонасыщенной жирной глиной, песком, гравием и даже дробленым камнем. Тепло можно запасать в большом количестве, так что тепло от дополнительного источника не потребуется в течение многих недель. В этом случае солнечные коллекторы можно было бы рассчитать на обеспечение всей потребности в отоплении, а вспомогательная отопительная система была бы не нужна.

Рис. 2. Дом Солтерра Уильяма Б. Эдмундсона:
1 - солнечный коллектор; 2 - изоляция; 3 - пенобетон; 4 - водонасыщенный грунт; 5 - трубы диаметром 100 мм.

В своем проекте Эдмундсон принял массу влажного грунта 1600 кг/м 3 и удельную теплоемкость 1,84 кДж/(кг*°K) при теплоаккумулирующей способности около 2950 кДж/(м 3 *°K). Если грунт нагревать от 27 до 55°С, то он аккумулирует около 81650 кДж/м 3 . Отсек в доме Эдмундсона имеет объем 250 м 3 ; общая длина труб составляет 610 м, что обеспечивает поверхность теплообмена между трубами и грунтом, равную 260 м 2 . При вышеприведенных условиях в отсеке накопится около 20*10 6 кДж. Если дополнительная нагрузка дома составляет 28485 кДж/°K*день, то наружная температура может в среднем составлять (-1°С) в течение 40 дней, прежде чем израсходуются 20*10 6 кДж (приняв отсутствие потери тепла из отсека).

Летом тепло улавливается и хранится в отсеке. Затем оно обогащается тепловым насосом, чтобы поднять температуру, скажем, от 60 до 120°С, которая достаточна для работы кондиционера абсорбционного типа.

Стена-теплоаккумулятор

Этого должно быть достаточно для суточного регулирования температуры во всем доме (расчетное потребление тепла 50-60 кВт*ч в сутки при -10С на улице).

Стена содержит воздуховод с чердака для забора воздуха для горения пеллетного камина. Труба 110 мм из оцинкованной стали. Также, в стене заложен дымоход от камина диаметром 110 мм.

Планировалось, что стена будет отбирать тепло от дымохода и нагреваться. В месте, где проходит труба дымохода, кирпич нагревается до примерно 25-30С. Дымоход на 2 этаже не нагревается выше 60С (на 2 этаже в месте, где нет еще сэндвича, можно держать трубу рукой, хотя и горячо).

Стену можно оставить в кирпиче, без штукатурки и покраски. Можно в будущем и покрасить. Смотрится хорошо, нужно только удалить высолы с кирпича.

Водяной теплоаккумулятор

Я сделал у себя в котельной теплоаккумулятор (ТА) из еврокуба. Еврокуб купил Б/у, по всей видимости немецкий (пластик жесткий), т.к. только еврокубы Shults сделаны не из простого PE, а из PE-HD, который выдерживает, по разным сведениям до 90 или 120С. Я до такой температуры греть не собираюсь, максимальная температура в баке будет около 70-75С. Это также связано с тем, что мой бак в 1000 литров трудно (и не нужно) нагреть до такой температуры электричеством ночным тарифом одновременно с теплыми полами.

Такие режимы позволяли поддерживать температуру в доме на уровне 19-22 градусов. В сильные морозы, если не была увеличена мощность ТЭНов, дом мог остыть до 15 градусов.

Как-то весной забыл включить обогрев вообще, дом за неделю остыл с 18 до 12 градусов, при этом были небольшие, но морозы (ночью до -12С, днем около 0). Все это говорит о хорошей тепловой инерционности дома.

Было решено избавиться от ТА, т.к. он показал свою ненадежность. Был куплен Stank AT-Duo емкостью 750 л, что позволило переделать систему отопления на напорную без применения дополнительного теплообменника.

Информация с форума по расчету ТА

Расчет теплоаккумулятора состоит из трех частей:
1. Формулы расчета запаса энергии теплоаккумулятора.
2. Расчет мощности нагревателей и расхода энергии.
3. Расчет необходимого объема теплоаккумулятора.

1. Формула расчета запаса энергии теплоаккумулятора: 2. Расчет мощности нагревателей и расхода энергии. 3. Расчет необходимого объема теплоаккумулятора.

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла и выполнить его обвязку

Использование аккумуляторов тепла для системы отопления позволяет оптимизировать сжигание твердых видов топлива в котлах. Простыми словами, при наличии буферной емкости – теплоаккумулятора домовладельцу не нужно часто посещать котельную, а дрова будут сгорать в оптимальном режиме. Но для этого емкость нужно правильно подобрать, а потом и состыковать с отопительным оборудованием, что обязательно вызовет затруднения у несведущего человека. Поэтому стоит подробно разобраться, что собой представляет теплоаккумулятор для твердотопливного котла, как его подобрать и подключить к отоплению частного дома.

Что такое буферная емкость

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для системы отопления, — это обычный металлический бак расчетной вместительности, укрытый теплоизоляционным слоем. В простейших моделях заводского изготовления есть только патрубки для подключения теплоносителя, да гильзы под установку термометров. В буферных емкостях подороже термометры уже встроены, а самые дорогие изделия оснащаются теплообменниками в виде змеевиков. Устройство такого теплоаккумулятора показано на рисунке:

Как видно, конструкция буферной емкости не отличается особой сложностью, оттого разные мастера — умельцы приспособились ее делать своими руками, о чем рассказано в отдельной теме.

Назначение змеевиков – подогрев воды для обеспечения ГВС и присоединение альтернативных источников тепловой энергии – солнечных коллекторов. Понятно, что данная функция востребована лишь при благоприятных погодных условиях в регионе проживания. В целом же буферная емкость для котла отопления призвана решать такие задачи:

Создание условий для работы ТТ-котла с максимальным КПД и минимальными выбросами в атмосферу.
Комфортная эксплуатация теплогенератора, когда не нужно подбрасывать дрова в топку каждые 4—6 часов, включая ночное время.
Подогрев и подача воды питьевого качества 1—2 потребителям (опция).

Большинство производителей отопительного оборудования, работающего на твердом топливе, в прилагающейся документации указывают, что крайне желательно выполнить подключение к ТТ-котлу теплоаккумулятора. Причина такова: агрегат достигает наибольшей эффективности при режиме работы, близком к максимальному. А поскольку излишек вырабатываемого тепла нужно куда-то поместить до подачи в систему отопления, понадобится буферная емкость с водой.

Не имея термоаккумулятора, мы стараемся всячески «придушить» тепловой агрегат, ограничивая подачу воздуха для горения. Мало того что это снижает его КПД до 40% (как у буржуйки), но и вызывает выброс в атмосферу токсичного угарного газа. Из-за этого часть европейских стран запретили сжигание древесины и угля в котлах отопления без буферной емкости.

С более редкими посещениями помещения топочной все понятно: накопленное в баке тепло еще долгое время будет расходоваться на обогрев дома при условии, что его объем правильно рассчитан. Кроме того, при совместной работе твердотопливного котла в паре с теплоаккумулятором вероятность перегрева и закипания воды в рубашке агрегата сводится практически к нулю.

Помимо взаимодействия с дровяными теплогенераторами, можно использовать теплоаккумуляторы и с электрическими котлами. Это имеет смысл, когда ночью потребляемая электроэнергия считается по тарифу, что в 2—3 раза ниже обычного. За промежуток времени, пока действует этот тариф, электроустановка сможет полностью «зарядить» тепловой аккумулятор, а он станет отдавать эту энергию на обогрев дома в течение дня.

При таком варианте результаты предыдущего расчета мощности электрического котла придется удвоить, чтобы его теплоотдачи хватило на обогрев дома и загрузку бака по ночному тарифу.

Расчет буферной емкости

Основной критерий, по которому выбирается буферная емкость для твердотопливного котла, — это ее объем, определяемый расчетом. Его величина зависит от таких факторов:

тепловая нагрузка на отопительную систему частного дома;
мощность котла отопления;
предполагаемая длительность работы без помощи источника тепла.

Перед тем как рассчитать вместительность теплоаккумулятора, нужно прояснить все перечисленные моменты, начиная со средней тепловой мощности, что потребляет система в течение зимнего периода. Максимальную мощность принимать для расчета не следует, это приведет к увеличению размеров бака, а значит, и к повышению стоимости изделия. Лучше несколько дней в году претерпеть неудобства и загружать топку чаще, нежели платить сумасшедшую цену за большой теплоаккумулятор, который будет использоваться нерационально. Да и места он займет слишком много.

Мнение эксперта. Для обеспечения тепловой энергией дома площадью 200 м² достаточно буферной емкости, вмещающей 1 т теплоносителя, а это объем 1 м³. Утверждение верно для средней полосы Российской Федерации, в более южных или северных регионах расклад будет другим.

Невозможна нормальная работа системы отопления с теплоаккумулятором, когда источник тепла имеет малый запас по мощности. В этом случае «зарядить» батарею полностью не удастся никогда, поскольку теплогенератор должен одновременно обогревать дом и загружать емкость. Помните, что подбор твердотопливного котла для обвязки с теплоаккумулятором предполагает двукратный запас по тепловой мощности.

Алгоритм расчета предлагается изучить на примере дома площадью 200 м² при длительности простоя котла 8 часов. Предполагается, что вода в баке нагреется до 90 °С, а в процессе работы отопления остынет до 40 °С. Для обогрева такой площади в наиболее холодное время понадобится 20 кВт теплоты, а среднее ее потребление составит около 10 кВт/ч. Значит, батарея должна накопить 10 кВт/ч х 8 ч = 80 кВт энергии. Дальше расчет объема теплоаккумулятора для твердотопливного котла ведется через формулу теплоемкости воды:

m = Q / 1.163 х Δt, где:

Q – расчетное количество тепловой энергии, которое надо накопить, Вт;
m – масса воды в резервуаре, кг;
Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя в баке, равна 90 – 40 = 50 °С;
163 Вт/кг °С или 4.187 кДж/ кг °С – удельная теплоемкость воды.

Для рассматриваемого примера масса воды в теплоаккумуляторе составит:

m = 80000 / 1.163 х 50 = 1375 кг или 1.4 м³.

Как видите, в результате вычислений размеры буферной емкости выходят больше, чем рекомендует эксперт. Причина проста: для расчета были взяты неточные исходные данные. На практике, особенно когда дом хорошо утеплен, средний расход теплоты на площадь 200 м² будет меньше, чем 10 кВт/ч. Отсюда вывод: чтобы правильно рассчитать размеры теплоаккумулятора для твердотопливного котла, необходимо использовать более точные исходные данные по потреблению тепла.

Для справки. Существует и укрупненный способ расчета, согласно которому на каждый кВт тепловой мощности котла приходится 25 л объема теплоаккумулятора.

Подбор теплоаккумулятора

Остальные критерии выбора емкости не столь важны и в основном касаются разных опций. Одна из них – встроенный змеевик, нагревающий воду для хозяйственных нужд. Может оказаться полезной, если нет других средств подогрева, но для больших расходов в сети ГВС этот способ точно не подойдет. Кроме того, теплообменник отнимет часть «заряда» теплоаккумулятора, уменьшив время автономной работы отопления.

Полезная опция – встроенный в верхнюю часть бака ТЭН, способный поддерживать температуру теплоносителя на определенном уровне. Благодаря электрическому подогреву система не разморозится в случае аварии и даже сможет обогревать дом какое-то время после того, как аккумулятор «разрядился», а котел еще не запущен.

Второй змеевик для подключения гелиосистемы полезен лишь в южных регионах, где солнечная активность позволит загрузить теплоаккумулятор. А вот на что стоит обратить внимание при подборе, так это рабочее давление резервуара. Надо учитывать, что большинство твердотопливных котлов рассчитано на давление в рубашке до 3 Бар, значит, и буферная емкость должна спокойно выдерживать столько же.

Схемы подключения

Способов обвязки котла твердотопливного с теплоаккумулятором и системой отопления существует немало. Но все они производные от базовой схемы, изображенной ниже. С ее помощью легко разобраться, как эти агрегаты работают в паре, а после все смонтировать своими руками.

Источник тепла, работающий на твердом топливе, имеет традиционный котловой контур со смесительным узлом, чья задача – не допустить подачу холодного теплоносителя в котел. Затем подающий и обратный трубопроводы подключены к буферной емкости, соответственно, сверху и снизу. Таким же образом к теплоаккумулятору присоединяется система отопления, тоже оснащенная узлом смешивания. Его цель – поддерживать в системе требуемую температуру воды, подмешивая часть горячего теплоносителя при необходимости.

Важный момент. Фактическая производительность циркуляционного насоса котлового контура должна быть немного выше, чем у насосного агрегата отопительной сети. Соблюдение этого условия позволит потокам внутри теплоаккумулятора двигаться в правильном направлении (показаны на схеме белыми стрелками).

На самом деле сетевой насос будет мощнее котлового и вот почему. Сопротивление сети трубопроводов и радиаторов выше, нежели 3—5 м трубы от твердотопливного котла до теплоаккумулятора. Более высокая мощность и напор нужны агрегату, чтобы преодолеть это сопротивление. Поэтому более слабый насос котлового контура сможет обеспечить больший расход, надо только верно настроить оба агрегата. Есть 2 варианта решения вопроса:

При использовании 3-скоростных насосов можно настроить их производительность переключением скоростей.
Поставить на входе обратки из системы в буферную емкость балансировочный вентиль, которым и производить регулировку.

Одновременный прогрев отопительных приборов и послойная загрузка теплоаккумулятора возможна, когда потоки внутри бака движутся по горизонтали с небольшим преобладанием со стороны твердотопливного котла. Возникает вопрос – как это проверить? Возникает ответ: на обеих вводах обратки в бак надо поставить термометры (как на схеме) и выполнять регулировку, переключая скорости насосов или вращая балансировочный вентиль. Важное условие: трехходовой клапан отопительной сети нужно полностью открыть вручную.

Регулировкой необходимо добиться, чтобы температура на входе в теплоаккумулятор (Т1) была меньше, чем на его выходе (Т2). Это означает, что часть горячей воды идет на «зарядку» батареи. Подробнее обо всех моментах вы сможете узнать от эксперта, просмотрев видео:

Альтернативная схема

Данная схема обвязки буферной емкости и твердотопливного котла предложена одним из участников популярного форума. Ее особенность состоит в том, что при отключении электроэнергии работоспособность схемы сохраняется, хотя за это приходится расплачиваться увеличенными диаметрами стальных труб. Ниже на рисунке изображено подключение теплоаккумулятора к закрытой системе отопления, но при монтаже ее лучше сделать открытой, о чем говорит и сам автор.

Вкратце суть такова: благодаря Т-образному вводу сверху бака происходит одновременный нагрев радиаторов и «зарядка» термоаккумулятора, сделанного своими руками. Насосом котлового контура управляет накладной датчик на подающей магистрали, включая агрегат по достижении в нем температуры 60 °С. Циркуляция в сети зависит от комнатного термостата, с которым связан сетевой насос.

Примечание. Предложенная схема обвязки проверена ее создателем на собственном опыте. Все подробности ее монтажа и эксплуатации описаны автором на форуме

Заключение

Нельзя отрицать тот факт, что теплоаккумулятор улучшает условия эксплуатации обычного твердотопливного котла. Последний сжигает топливо с максимальным КПД, а после прогрева число походов в котельную сокращается до минимума. Другое дело, что данное удовольствие – не из дешевых, из-за чего львиная доля работающих в частных домах аккумуляторов – самодельные.

Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками

Зачастую домовладельцы не в состоянии купить современное отопительное оборудование, поэтому ищут альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (иначе – тепловой аккумулятор), незаменимую вещь для систем отопления с твердотопливным котлом. Накопительный бак объемом 500 л стоит примерно 600—700 у. е., цена тысячелитровой бочки достигает 1000 у. е. Если же сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом установить резервуар в котельной самостоятельно, удастся сэкономить половину указанной суммы. Наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:

При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились установкой теплоаккумулятора и решили его сделать своими силами, то для начала стоит ознакомиться с заводской технологией сборки.

Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна

Повторить технологический процесс в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак–аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в таком порядке:

Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где из него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферические крышки.
Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху емкость обшивается тонколистовой сталью с полимерным цветным покрытием либо закрывается плотным чехлом.

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Вместо облицовки производители зачастую применяют специальный чехол (можно выбрать цвет)

Большинство заводских аккумуляторов тепла рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя в системе отопления 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

Расчет объема теплоаккумулятора.
Выбор подходящей конструкции.
Подбор и заготовка материалов.
Сборка и проверка герметичности.
Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если производительность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места выделено в котельной и подгоняйте полученный объем под реальные размеры помещения.

Справка. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить формулу расчета площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара (D), а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Вы получите более точные размеры теплового аккумулятора, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного количества теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт•ч;
m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
1.163 Вт•ч/кг•°С — это справочная теплоемкость воды.

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт•ч энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации.

О конструкции емкости

Чтобы самостоятельно изготовить аккумулятор тепла, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления.

С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить теплоаккумулятор заводской сборки.
Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где брать подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Совет. В закрытой системе отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять теплоаккумулятор цилиндрической формы.

В открытой системе отопления с нулевым напором воды можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на стенки, к нему прибавьте высоту столба воды от емкости до расширительного бачка, установленного в высшей точке. Вот почему следует усиливать плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как показано на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую трещину. Как выпирает не укрепленный металл сосуда при заполнении водой, смотрите на видео:

Справка. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие отрывает по краям.

Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Компромиссный вариант – внутренние распорки, изображенные на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Чертеж аккумулятора тепла на 500 л – вид сверху (поперечный разрез)

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на давление 3–6 Бар. Какие емкости можно использовать:

баллоны из-под пропана разной вместительности;
списанные технологические резервуары, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
ресиверы от железнодорожных вагонов;
старые железные бойлеры;
внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб Ø15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не грызут.

Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят

Теперь укажем другие варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки резервуара. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую стальную трубу.

Сборка прямоугольного теплоаккумулятора

Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете сваркой, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.

Сначала бак собирается на прихватках, а потом проваривается сплошным швом

Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:

Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
Установите снизу резервуара опоры из отрезков трубы.
Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на ниже на фото.
Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.

Стальные скобки (клипсы) привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки

Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:

зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.

Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол нежелательно, лучше устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом засыпьте ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак

Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается», и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы организовать такую работу батареи, нужно выполнить следующие мероприятия:

контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для регулирования потока теплоносителя по температуре воды на входе и выходе емкости. Как правильно производится обвязка и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:

Справка. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте.

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко, призвана выполнять 3 функции:

разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
нагревать воду для хозяйственных нужд;
обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае затухания ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла после отключения электричества, поскольку присоединен напрямую, без насоса.

Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

2 стандартных баллона из-под пропана;
не менее 10 м медной трубки Ø12 мм либо нержавеющей гофры такого же диаметра;
штуцеры и гильзы для термометров;
утеплитель – базальтовая вата;
крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, наполнив их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку аккуратно изгибаем в змеевик вокруг другой трубы подходящего диаметра. Дальше действуем так:

Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
Закрепите сваркой внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
Поставьте баллоны один на другой и сварите между собой.
Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
Приделайте дно и крышку.
В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, в дно – патрубок сливного крана.
Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы Ø50 мм, проложенные с уклоном, теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи воды к радиаторам отопления после буферной емкости устанавливается насос + трехходовой смесительный клапан.

Заключение

На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовить теплоаккумулятор своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что подобные высказывания далеки от реальности, на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к твердотопливному котлу. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за буферную емкость не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.

27 Replies to “Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками”

Удельная телоемкость воды в статье приведена не верно. Верные данные: 4183 Дж/(кг·град).

сезонный аккумулятор тепла

Еще одна теоретическая идея на тему сокращения расходов на отопление. Про пассивное солнечное отопление написано очень много. По классике это дневной цикл накопления/отдачи тепла - днем через большие окна от солнца нагрели аккумулятор (бетонный пол, стену и т.д.) вечером/ночью он отдает это тепло назад тем самым уменьшая затраты на отопление. Длинну свеса крыши расчитываем таким образом, чтобы солнце в окна попадало только зимой (летом солнце высоко и окна оказываются в тени свеса). Кто-то называет цифры что таким образом в хорошо теплоизолированном доме можно обеспечить 60-70% всей потребности в обогреве. Может быть где-то и можно.. Но!
Одна беда - в условиях западной части России и Белоруссии эта идея работает плохо из-за очень малого числа солнечных дней. Тем не менее кто-то из приверженецов экологии в штатах (ну почему не в канаде!? модифицировал идею расширением цикла с одного дня, до сезона. Т.е. летом мы накапливаем тепло, зимой отдаем. Где накапливаем? - В земле под домом. А как нагреваем? - циркулируя горячий воздух из солнечного коллектора низкоборотистым вентилятором.
Вот тут на английском это описано чуть подробнее. Картинка ниже оттуда же.
А вот тут та же идея применяется для продления теплого сезона в теплице - только они пошли еще дальше, т.е. просто гоняя воздух по трубе тепло передается не очень эффективно, у себя они загоняют влажный теплый воздух чтобы из-за разницы температур в трубе произошел эффект конденсации ("точка росы") в результате эффективность теплопередачи вырастает в разы. Правда применять такой способ под жилым домом, а не под теплицей наверно не стоит - растений нет, куда вода будет уходить? - вдруг дом поплывет

У кого какие соображения по поводу такого способа снизить затраты на отопление (очевидно, что как единственный способ отопления эта штука не рассматривается)

Гравийный теплоаккумулятор

Обычно в качестве аккумулятора солнечного тепла используют воду. Однако теплоаккумулирующими материалами могут служить гравий, щебень, кирпич, бетон и другие материалы. Обычно гравий в качестве теплоаккумулятора используют в солнечных отопительных системах с воздушными солнечными коллекторами. Такие теплоаккумуляторы широко применяются в США в системах, в которых комбинируют несколько методов аккумулирования тепла.

Для аккумулирования одинакового количества теплоты гравий потребует в 2,5 раза большего объема, поэтому основным недостатком гравийного теплоаккумулятора являются лишь его большие размеры, а достоинством — возможность размещения непосредственно под полом помещения. Если рационально использовать подпольное пространство, то можно найти достаточно места для размещения гравийного теплоаккумулятора и обеспечить эффективный обогрев помещения через пол. В этом случае может возникать значительное сопротивление воздушному потоку, поэтому необходимо в каждом конкретном случае использовать какое-либо устройство, обеспечивающее равномерную циркуляцию воздуха.

Рис. 1. Общий вид гравийного теплоаккумулятора:
1 - крышка; 2 - бункер; 3 - бетонный блок; 3 - теплоизоляция; 4 - сетка; 5 - гравий (галька).

Обычно сопротивление воздушному потоку в гравийном теплоаккумуляторе определяется расчетным путем. Чтобы в солнечном доме, имеющем под полом слой гравия толщиной 30 см, аккумулировать 200 МДж тепла и удерживать это тепло при температуре 20°C. необходима площадь пола не более 20 м 3 . Этого тепла будет достаточно для отопления помещений 1-го этажа: гостиной, столовой и спальни.

Диаметр используемых частиц гравия (гальки) обычно 4. 8 см. Если бы удалось подобрать частицы гравия одного диаметра, то независимо от их размера получаемый тепловой эффект был бы на 50% больше и не было бы помех при циркуляции воздуха.

Нельзя смешивать мелкий и крупный гравий.

Гравийные аккумуляторы могут использоваться и летом в системе кондиционирования. Однако при этом существует опасность заиндевения гравия.

Если к расположенному под полом гравийному теплоаккумулятору подвести систему труб с циркулирующей водой и устроить простейший бак-накопитель горячей воды, то зимой, когда наблюдается максимальное потребление горячей воды, эта система может служить для предварительного подогрева воды в системе солнечного горячего водоснабжения.

Монтаж таких устройств позволяет повысить суммарный коэффициент использования солнечного излучения в системах солнечного горячего водоснабжения и сократить размеры солнечного теплоаккумуляторов.

Читайте также: