Теплоакумулятор - як виготовити для опалення покрокова інструкція
Теплоакумулятор – це спеціальна ємність з рідиною, яка здатна накопичувати енергію теплоносія та віддавати її назад. Подібний пристрій дозволяє значно скоротити витрати на паливо та суттєво збільшити ККД (коефіцієнт корисної дії) опалювальної системи.
Застосування теплового акумулятора
Акумулюючий контейнер з водою використовується для будинків з періодичним опаленням, а саме:
- Для електричних котлів, обладнаних багатотарифним лічильником, які економно працюють виключно вночі (вартість електроенергії вночі в 3 рази дешевша, ніж вдень).
- Для котлів на твердому паливі, які вночі припиняють працювати через необхідність періодичного підкидання дров або вугілля.
Використання таких установок у системі не тільки продовжує період її експлуатації, але й виконує низку інших корисних функцій.
Переваги теплового акумулятора
Пристрій виконує такі функції:
- Накопичує теплоенергію, за рахунок чого суттєво економить паливо.
- Дозволяє поєднати в одній системі кілька джерел теплоенергії (геліометричну систему, ТЕН, котел та ін.).
- Підвищує ККД казана.
- Захищає всі елементи від перегріву.
- Нагріває воду.
- Контролює температурний режим у приміщеннях.
Незалежно від переваг установки, існує кілька мінусів.
Недоліки теплового акумулятора
До недоліків відносять:
- Кількість води залежить від місткості бака теплоакумулятора. Він виступає вролі обмежувача, який швидко витрачається, тому знадобиться додаткова система для підігріву.
- Для встановлення великих баків потрібна вільна площа, у вигляді окремого приміщення (котельні).
Принцип роботи
Теплоакумулятор накопичує енергію за рахунок прямого або непрямого опалення в системі, а температура при цьому досягає максимальної позначки. Як тільки котел перестає працювати, пристрій починає віддавати накопичену від нагрітої води енергію назад теплоносія.
Щоб тепловий акумулятор працював якісно, його слід підключити якомога ближче до вихідного патрубка теплоносія. Також конструкція повинна відповідати таким вимогам:
- Правильно підібраний об'єм бака, який залежить від площі, що опалюється.
- Якісна теплоізоляція стінок, що знижує рівень теплових втрат.
- Виконання функції ГВП (гаряче водопостачання).
Теплоакумулятор – вертикальна герметична ємність (бак), яка покрита ізоляцією і має 4 патрубки для підведення та відведення води (2 зверху та 2 знизу). Як матеріал для бака використовується чорна або нержавіюча сталь, яка може бути покрита емаллю.
Види теплоакумуляторів
Класифікація акумулюючих ємностей:
- Залежно від конструкції пристрою бувають:
- Теплоакумулятори із вбудованим змійовиком або теном.
- Пристрої з двома та більше змійовиками або тенами.
- Комбіновані пристрої, де використовується тен і змійовик одночасно.
- Залежно від місця монтажу:
- Термосифони – монтуються на сонячних колекторах. Вони складаютьсяз двох баків (внутрішнього та зовнішнього), між якими встановлюють утеплювач товщиною 50 мм. Матеріал ізолятора – пінополіуретан.
- Буферні контейнери – монтуються такі ємності всередині приміщення. Конструкція така сама, як і у термосифонів.
- Залежно від функції ГВП:
- Моделі із наявністю ГВП.
- Моделі без ГВП.
Конструкція пристрою дуже складна, тому вартість моделей заводського виробництва така висока. Щоб заощадити кошти, можна спорудити подібну установку самостійно.
Робимо своїми руками
Для розробки установки можна використовувати сталеві бочки або прості листи сталі. Форма бака може бути як циліндричною, і квадратної. Але перш ніж розпочати виготовлення, необхідно провести розрахунки обсягів, потужності та теплоізоляції.
Щоб дізнатися об'єм бака, необхідно обчислити скільки рідини має бути в тепловому акумуляторі. Використовуємо таку формулу:
де: Q - це витрата теплоенергії у всій системі, кВт;
c – теплоємність води, що становить 4,187 кДж/кг ºС чи 0,0012 кВт/кг ºС;
∆T – Різниця між максимальним та мінімальним значенням температур рідини в ємності та трубопроводі ºС.
З цього випливає, що приблизний об'єм бака має бути 1,7 м 3 . Такий бак забезпечуватиме опалювальну систему потоком із температурою 50ºС протягом 8 годин. Потім почнеться поступове охолодження приміщення і через 3-4 години повністю розрядиться акумулятор.
Важливо! Щоб пристрій встигав повністю підзарядитись у період функціонування котла, йому необхідно мати додатковий запас потужності.
Розрахунок товщини теплоізоляції безпосередньо залежить від потужності, яка потрібна для опаленнякотельні. Теплопровідність ізоляційних матеріалів становить 0,040 Вт/м ºС.
Дізнаємося, скільки тепла проникатиме в котельню, використовуємо формулу:
де: S - Площа поверхні бака без днища, кв. м.;
Tmax – максимальна температура води, ºС;
20 – температура повітря усередині приміщення, ºС;
Л – теплопровідність ізоляційних матеріалів, Вт/м ºС;
d – товщина утеплювача, м.
Формула для площі поверхні бака без дна:
де: Sос – площа основи бака;
d – діаметр кола, мм;
h – висота бака, м-код.
Використовуючи утеплювач із товщиною 0,1 м., то з теплоакумулятора в котельню надходитиме 204,4 Вт тепла.
Якщо цей показник не підходить, то товщину ізоляції необхідно зменшити.
Необхідні матеріали та інструменти
Для виготовлення теплового акумулятора знадобиться ємність об'ємом понад 150 літрів. Самостійно зробити таку ємність дещо проблематично, але можливо. Як альтернативний варіант можна застосовувати баки радянського виробництва, які виконані з нержавіючої сталі.
Вони раніше використовувалися їдальнями для підігріву води. А якщо дістати подібний раритет не вийшло, підійде будь-яка ємність із сталі з товщиною стінок від 5 мм. Найдоступніший варіант – бочка.
Для роботи знадобляться такі матеріали як:
- бак із ємністю понад 150 літрів;
- теплоізоляційний матеріал;
- мідні труби з діаметром 20-30 мм (змійовик) або тени;
- термометр;
- патрубки;
- кріплення для термометра та змійовика (тену);
- електронагрівач потужністю 800Вт і довжиною приблизно 2 м.
- зварювальний апарат;
- інструменти.
ВЯк теплоносій для пристрою можна використовувати декілька матеріалів, теплоємність яких представлена в таблиці:
| Рідина | Теплоємність, Дж/кг*К |
| Нашатирний спирт | 4730 |
| Вода | 4200 |
| Гліцерин | 2660 |
| Етиленгліколь | 2300 |
| Гас | 1950 |
| Машинне масло | 1800 |
Виходячи з цих даних, найдоступніший і найефективніший матеріал – вода.
Виготовлення
Розглянемо детальніше, як з бочки спорудити ємність, що акумулює. Етапи монтажу пристрою:
- Вибрати бочку потрібного обсягу.
- Очистити її, усунути пил і сміття, позбудеться корозії.
- Зміцнити бочку із зовнішнього боку ребрами жорсткості (особливо коли теплоакумулятор розрахований на більш ніж 5м 3 ).
- Під болти необхідно приварити фланець розміром з кришку.
- Збільшити товщину кришки, приваривши до неї ребра жорсткості.
- Відшліфувати внутрішню поверхню бочки, а потім обробити ортофосфорною кислотою. Після прогрунтувати поверхню 4-6 разів і покрити кількома шарами теплостійкої фарби.
- Вварити всередину тени або змійовики і зробити отвори для патрубків.
До саморобних установок висувається кілька вимог щодо безпеки:
- Забороняється контакт гарячих деталей установки з легкозаймистими та вибуховими матеріалами.
- Через високий внутрішній тиск і закритість системи потрібно забезпечити максимальну герметичність, монтувати ребра жорсткості та спеціальні гумові прокладкидля кришки.
- У разі використання додаткового нагріву у вигляді тенів, необхідно заізолювати всі контакти та зробити заземлення для бака.
В якості теплоізолюючого матеріалу можна використовувати:
- Пінопласт товщиною 10 см і щільністю 25кг/м 3 . Цей матеріал дуже зручний у використанні. Його легко клеїти до металевих стінок та просто прорізати отвори для патрубків.
- Мінеральна вата товщиною 10 см і щільністю 135-145 кг/м 3 . Її проблематичніше прикріпити до пристрою.
- Рулонний утеплювач ISOVER. Його використовують для круглих баків, виготовлених із бочок. Прикріпити матеріал до бочки важко, особливо у нижній її частині.
Найкращим варіантом для утеплення виступає матеріал, який не виділяє при нагріванні отруйних випарів. Пінопласт, на жаль, не підходить під цю умову. А мінеральна вата має містити фенолформальдегідних смол. Ідеальний варіант для утеплення – базальтова вата.
Встановлення та підключення
Щоб підключити пристрій знадобиться в першу чергу вибрати місце для встановлення. Найкращим варіантом буде його розташування в максимальній близькості до котла, тоді температура носія буде високою і збільшиться швидкість нагрівання рідини в ємності.
Другий етап - спорудження додаткового фундаменту під установку, оскільки її вага понад 2 т. Якщо система передбачає гаряче водопостачання, знадобиться провести водопровід.
Схема підключення саморобного пристрою у кожного своя. Приблизний спосіб підключення одного працюючого котла складається з наступних кроків:
- Через бак проходить зворотний трубопровід, тому з його кінців повинні бути вхід і вихід розміром в1,5 дюйми.
- В першу чергу необхідно під'єднати обратку котла до бака, розмістивши між ними циркуляційний насос. Він потрібен для розподілу води з бочки в розширювальний бак, кран, що відсікає, і в опалювальний прилад.
- З боку подачі теж монтується відсікаючий кран і циркуляційний насос.
- З'єднувати трубопровід подачі слід аналогічно зворотній, але без установки теплових насосів.
Якщо кількість контурів більше двох, то схема підключення суттєво ускладниться.
Тепловий акумулятор слід додатково обладнати термометром, вибуховим клапаном та датчиками, які контролюють рівень тиску всередині. Через постійне накопичення тепла бочкою може статися перегрів, тому слід періодично скидати надлишковий тиск.
Бліц-поради
Поради з виготовлення:
- Для акумулюючих ємностей з нуля найкращим варіантом буде використання листового металу завтовшки 2 мм.
- Зварити установку можна і з нержавіючої сталі, але це обійдеться дещо дорожче.
- Щоб спростити процес виготовлення та утеплення краще робити теплоакумулятор прямокутної форми.
- Не використовуйте для пристрою бочки із пластмаси, вони не витримують високих температур. Винятком є бочки з маркуванням до 100 ºС.
- У кришку потрібно вмонтувати запобіжний клапан, за допомогою якого видавати надлишковий тиск.
- Заводський змійовик можна замінити на сталевий гофрований шланг, що збільшить загальну площу теплообміну.
- Щоб пластикові баки не втрачали своєї форми їх необхідно укласти в каркас із ґрат.
- Маленькі теплові акумулятори можна застосовувати дляводяної теплої підлоги як підживлення.