Теплоаккумулятор для котла отопления: как сделать и расчёты

Сейчас мы с вами разберемся как рассчитать буферную ёмкость для системы отопления дома, или другими словами — как сделать теплоаккумулятор для котла отопления своими руками и подключить его.

В настоящее время владельцы частных домов активно переходят на твердотопливные котлы, которые являются хорошей альтернативой газовым и электрическим.

Топливом для них выступают уголь, дрова, пеллеты. За счет доступности топлива, конструктивных особенностей твердотопливных котлов и простоты их установки, удается достичь высококачественной работы системы отопления.

Но несмотря на ряд преимуществ, эти устройства имеют и один явный недостаток — для того, чтобы не остаться без тепла и поддерживать в помещении необходимую температуру, их зачастую приходится растапливать два раза в сутки. Для устранения таких неудобств в систему отопления встраивается еще один элемент — теплоаккумулятор для твердотопливного котла.

Теплоаккумулятор для котла отопления

Функции, преимущества и недостатки использования теплового аккумулятора

Теплоаккумулятор служит для того, чтобы запасать тепло. Благодаря ему система отопления с твердотопливным котлом становится более выгодной, практичной и производительной.

Подключаемые системы к буферной ёмкости

Теплоаккумулятор выполняет ряд функций:

1. Аккумуляция тепла от котла и последующий его расход по требованию отопительной системы. Это стало возможным благодаря применению трехходового клапана либо специальной автоматики.
2. Предохранение обогревательной системы от перегрева.
3. Максимальный показатель КПД в работе котлов.
4. Возможность в одной схеме увязать различные источники тепла.

Объем аккумулирующего бака может составлять от ста до нескольких тысяч литров. Чем больше буферная емкость для котла по объему, тем больше и ее размеры.

В системе отопления с использованием теплового аккумулятора выделяются следующие преимущества:

• защита котла от перегрева;
• работа с максимальной экономией энергоресурсов и увеличение КПД всей системы отопления;
• простота и удобство в пользовании котлом, возможность загружать его в любое время;
• обеспечение стабильной температуры на всей площади помещения;
• возможность обеспечивать дома горячим водоснабжением, не используя дополнительные водогрейные устройства.

Недостатки аккумуляторов тепловой энергии:

• большой вес и большие размеры;
• устанавливать его необходимо рядом с отопительным котлом, поэтому в доме должно быть отдельное помещение соответствующей площади;
• высокая цена.

Устройство и принцип работы

Тепловой аккумулятор является буферной емкостью, которая изготовлена в форме цилиндра из нержавеющей либо черной стали.

Устройство теплоаккумулятора

Как правило в работе твердотопливного котла с теплоаккумулятором выделяют два цикла:

1. На первом цикле производятся две закладки горючего, далее, они сжигаются в режиме максимальной мощности. При данном процессе все избыточное тепло скапливается в аккумуляторе, а не вылетает в трубу.
2. Нет необходимости топить котел, поскольку поддержка оптимального режима температуры осуществляется за счет отдачи тепла от бака.

В зависимости от конструкции, выделяются следующие виды буферных емкостей:

• пустые (теплообменник отсутствует);
• с наличием одного или двух теплообменников;
• с наличием встроенных бойлеров меньшего диаметра, которые используются для возможности обеспечивать автономную работу системы горячего водоснабжения.

В стальном корпусе бака есть несколько резьбовых отверстий, благодаря которым теплоаккумулятор подключается к котлу.

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

Объем теплового аккумулятора для котла должен быть таким, чтобы при полном сгорании одной закладки жидкость в баке нагревалась до 40 градусов. В среднем на 1 кВт мощности котла нужно от 50 до 70 л воды.

Подключение теплоаккумулятора к системе отопления и твердотопливному котлу

Для того, чтобы произвести подключение буферной емкости к системе отопления, можно воспользоваться схемой.

Схема подключения буферной емкости

Этапы подключения к системе отопления:

• Необходимо транзитом по тепловому аккумулятору, через весь бак провести обратный трубопровод, на  концах которого должны быть вход и выход, размером в полтора дюйма.
• На первом этапе соединяются бак и обратка котла, между ними размещается циркуляционный насос, который прогоняет воду из бочки в кран, бак и котел.
• С обратной стороны монтируются отсекающий кран и циркуляционный насос.
• Подающий трубопровод соединяется по такому же принципу, как и предыдущий, однако в этом случае отсутствует установка тепловых насосов.

Данная схема подходит для подключения буферной емкости к системе отопления, работающей на основе только одного котла. При увеличении количества котлов, схема подключения теплоаккумулятора усложнится.

Вариант обвязки твердотопливного котла и теплоаккумулятора

Этапы обвязки с твердотопливным котлом:

• С одной стороны – к котлу: подающий трубопровод проводится к верхнему патрубку, обратный, соответственно — к нижнему. При этом в обвязке котла, необходимо сделать перемычку с узлом подмеса, который не будет позволять попадать холодной воде в теплообменник.
• С другой стороны необходимо провести к отопительному контуру, который также снабжен узлом подмеса и перемычкой. Забор воды в контур будет происходить сверху, а возврат будет осуществляться снизу. В каждый контур необходимо врезать по одному циркуляционному насосу. Тот насос, который установлен между теплообменником и котлом, будет прогонять теплоноситель через теплогенератор, тем самым осуществляя процесс зарядки накопителя. Второй насос, установленный на стороне отопительного контура, предназначен для прогона теплоносителя через радиаторы.

Как сделать своими руками

Самый простой способ изготовления теплового аккумулятора для отопления своими руками подразумевает наличие готовой стальной бочки.

Бочка для теплоаккумулятора

Если же необходимая емкость отсутствует, то ее нужно сварить из стальных листов, толщина которых должны быть 2 мм. Если подключение теплоаккумулятора происходит в качестве гидравлического разделителя, то снизу нужно врезать два штуцера и сверху два, длина этих приспособлений должна быть идентичной толщине утеплителя. К нижним патрубкам необходимо присоединить тройники с термометрами. Далее бочку нужно обвернуть фольгой, а после утеплителем. В качестве утеплителя важно использовать материал, который контактируя с горячими поверхностями, не выделяет ядовитых испарений. Последний этап: емкость, предварительно обитую теплоизолятором закрыть снаружи кожухом из тонколистовой стали или жести.

Если же теплоаккумулятор параллельно будет использован в качестве нагрева горячей воды, то необходимо изготовить еще змеевик. Материалом выступает медная труба, диаметр которой составляет 20 мм.

Еще один способ, которому обыватели отдают большее предпочтение — это изготовление теплоаккумулятора из еврокуба ёмкостью 1000 литров. Рекомендуется использовать еврокубы, высокое качество которых подтверждено международным сертификатом качества.

Прежде чем начать изготавливать термоаккумулятор из еврокуба, следует помнить, что температура жидкости, которая будет находиться в такой резервуаре не должна превышать 72°С, поэтому стандартные еврокубы для отопительных систем с высокой температурой не подходят.

Для того, чтобы самостоятельно соорудить тепловой аккумулятор из еврокуба нужны следующие материалы:

• еврокуб из пищевых материалов;
• тэн 3000 Вт, 3 штуки;
• футорка с прокладками G2″ на G1″1/4, 5 штук;
• муфта D32 — G1 1/4″, 2 штуки;
• адаптер-переходник G1″1/4, 2 штуки;
• контргайка G1″1/4, 5 штук;
• сгон G1″1/4 30 см, 2 штуки;
• сантехнический лён или специальная паста;
• герметик;
• карданный ключ.

Теплоаккумулятор из еврокуба на 1000 л

Сборка осуществляется следующим способом:

1. Дрелью в корпусе контейнера нужно сделать врезку под тэны, далее в отверстия вставить футорки с применением прокладок и силиконового клея-герметика, с внутренней стороны закрепить футорки контргайками и установить тэны.
2. Затем необходимо обеспечить подачу воды в теплообменник, это осуществляется при помощи штатной сливной горловины через переходники.
3. Следующий этап: в верхнюю часть еврокуба врезается “обратка” и подключается, после чего нужно разметить место под врезку и установку теплообменника, а также врезать футорки и вкрутить в них сгоны.
4. С внутренней стороны сгонов надо прикрутить муфты для подсоединения гофру, затем ее закрепить и равномерно распределить по объему теплового аккумулятора для отопления.
5. Подключая тепловой аккумулятор, на место монтажа устройства нужно установить лист ЭППС, толщина которого должна составлять 10 см, а также по задней стенке проложить ПСБ толщиной 15 см.

Утепляется тепловой аккумулятор при помощи 10 сантиметрового листового пенопласта. Его нужно приклеить к корпусу еврокуба.

Помимо твердотопливных котлов, использовать теплоаккумулятор выгодно для газовых и электрических отопительных устройств:

• Используя газовые котлы, экономия достигается из-за переменного использования теплоаккумулятора и самого котла. При этом газ расходуется в меньших количествах, так как газовая горелка включается намного реже.
• Для электрокотлов теплоаккумулятор достаточно включать на полную мощь только в ночью, так как тарифы на электроэнергию в это время намного ниже.  В дневное время, когда котел отключен, обогрев осуществляется за счет тепла, которое накопилось за ночь.

В теплоаккумуляторе отсутствуют подвижные механические элементы и работа его статична. А это означает, что данное устройство надёжно и долговременно в использовании.