Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обв’язка

Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязка

Не багато хто знає, що в країнах Західної Європи на законодавчому рівні забороняється використовувати твердопаливний котел без теплоаккумулятора (ТА).

У нас такої заборони поки не ввели, але і без нього вже досить багато обзавелися цим пристроєм.

Яка в ньому є необхідність, і з чого можна зробити теплоакумулятор своїми руками – про це піде мова в нашому матеріалі.

Зміст

  • 1 Використання теплоакумуляторів
  • 2 Принцип роботи
  • 3 Простий тепловий акумулятор своїми руками
    • 3.1 Задаємося вихідними даними
    • 3.2 Розрахунок обсягу
    • 3.3 Розрахунок товщини теплоізоляції
  • 4 Виготовлення
  • 5 Етапи встановлення теплоаккумулятора будинку
    • 5.1 Обв’язка
    • 5.2 Налаштування
  • 6 Відео на тему

Використання теплоакумуляторів

Від того, як саме тверде паливо згорає в топці котла, залежить дуже багато. Розпізнати режим горіння можна за кольором полум’я:

  • Білий колір означає, що в топку подається надто великий обсяг повітря і значна частина тепла, яке могло б бути засвоєно, вилітає разом з ним в димохід.
  • Жовтий колір говорить про те, що паливо згорає в оптимальному режимі: ККД котла в цей час є максимальним, а вихлоп – найбільш екологічним. Котел проектується так, щоб на номінальній потужності він працював саме в такому режимі.
  • Червоний колір говорить про нестачу кисню: паливо горить довше і з меншою тепловіддачею, але ККД при цьому сильно падає, а у вихлопі міститься багато важких вуглеводневих радикалів (недоокислені частини молекул палива) і велика кількість чадного газу.
  • Купуючи котел, ми підбираємо його потужність в розрахунку на найнижчу температуру, яка може спостерігатися у нашому регіоні. І в сильний мороз обігрівач працює на номінальній потужності, при якій паливо згорає в оптимальному режимі. Але екстремальні холоди царюють недовго, і в інший час заслінку доводиться перекривати, зменшуючи тепловіддачу. При цьому режим горіння перетворюється з оптимального в найменш вигідний.

    Власникам російських печей така проблема не знайома: даний агрегат завжди протоплюється в оптимальному режимі, а надлишок тепла накопичується цегельним масивом і потім протягом довгого часу поступово віддається в приміщення.

    Добре б таку тактику застосувати і для сталевого або чавунного котла, але стінки таких приладів не володіють достатньою теплоємністю. Залишається тільки одне: створити і підключити до котла окреме пристрій, здатний акумулювати тепло.

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязка

    Теплоакумулятор для котла опалення

    Попутно зменшується обсяг чадного газу у викидах, а підкладати дрова або вугілля потрібно набагато рідше. При цьому можливість перегріву і закипання теплоносія в теплообміннику котла майже повністю виключається.

    Не завадить теплоакумулятор і власнику електричного котла. Вночі, як відомо, електроенергія коштує в 3 рази дешевше, ніж вдень. При наявності теплоаккумулятора можна перейти на диференційований тариф і користуватися електрокотлом тільки вночі.

    Принцип роботи

    Проводячи аналогію з російською піччю, нескладно здогадатися, що під солідним терміном «теплоакумулятор» мається на увазі просто великий обсяг якого-небудь матеріалу, що має значну теплоємність. У системах водяного опалення як найлогічніше використовувати сам теплоносій – теплоємність води досить велика.

    Отже, накопичувач тепла являє собою велику ємність, укладену в теплоізоляційну оболонку і заповнену водою. Застосовуються різні схеми підключення такого пристрою, але принцип його роботи залишається незмінним: за рахунок надлишку виробляється котлом тепла вода ТА нагрівається до високої температури і згодом накопичене тепло поступово відбирається в систему опалення.

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязка

    Схема роботи теплового акумулятора

    Крім основної своєї функції ТА може грати роль водонагрівача, для чого всередину нього досить вмонтувати змійовик. Щоправда, отримати гарячу воду у великих обсягах з його допомогою не вийде.

    Зарядку ТА можна здійснювати не тільки за допомогою котла, але і за допомогою сонячного колектора – для цього в ємність також потрібно вмонтувати змійовик, через який буде протікати нагрітий сонцем теплоносій.

    Простий тепловий акумулятор своїми руками

    Теплоакумулятор для твердопаливного котла виготовити своїми руками досить просто, якщо слідувати інструкції. Створення ТА слід починати з розрахунку його обсягу. Можна скористатися наступною методикою:

    Задаємося вихідними даними

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязкаМаксимальна температура води: Tmax = 90 градусів.

    Мінімальна температура води: Tmin = 50 градусів.

    Час роботи без участі котла: t = 8 годин.

    Також для розрахунку знадобиться необхідна теплова продуктивність системи опалення (СО).

    Слід брати середній показник, а не той, який відповідає найбільш екстремальних морозів. Інакше ТОЙ вийде невиправдано великим і дорогим, а для його зарядки знадобиться дуже потужний теплогенератор.

    Самий вірний спосіб визначити потужність тепловіддачі – розрахувати тепловтрати будинку. Але для прикладу ми скористаємося спрощеною методикою, згідно з якою для обігріву площі 10 кв. м в найхолодніший період зими потрібно 1 кВт тепла. Тоді максимальна потужність З для будинку площею 200 кв. м складе 20 кВт, а середній показник приймемо рівним W = 10 кВт.

    Розрахунок обсягу

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязкаВиходячи з отриманих даних, визначимо кількість енергії, яку повинен складати ТА:

    Q = W x t x 3600 (переводимо годинники в секунди) = 10000 х 8 х 3600 = 288 МДж.

    Теплоємність води становить (візьмемо значення для температури 70 градусів): з = 4190 Дж/кг*градус.

    Тоді води нам знадобиться:

    m = Q/c(Tmax — Tmin) = 288 000 000 / 4190 (90 — 50) = 1718 кг.

    Приймаючи висоту ємності дорівнює 2 м, визначимо площа основи S = 1,718 / 2 = 0.859 кв. м. Таку площу матиме коло діаметром 1040 мм

    Для подальших розрахунків знадобиться площа поверхні ємності без днища. Вона буде дорівнює S = 0.859 + 3.14х1,04х2 = 7,39 кв. м.

    Розрахунок товщини теплоізоляції

    Товщину теплоізоляції слід вибирати з урахуванням того, яка теплова потужність потрібна для опалення котельні. Теплопровідність сучасних теплоізоляційних матеріалів становить Л = 0,040 Вт/м*градус. Отже, якщо взяти теплоізолятор товщиною d = 100 мм (0,1 м), то з повністю зарядженого ТА (температура води – 90 градусів) в котельню проникатиме

    q = S*(Tmax — 20) * Л / d = 7,39 * (90 — 20) * 0,040 / 0,1 = 206,9 Вт тепла (20 – температура повітря в приміщенні).

    Якщо такий показник не влаштовує, товщину теплоізоляції потрібно зменшити.

    Виготовлення

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязкаОтже, розглянемо, як виготовити теплоакумулятор для котлів опалення своїми руками. Найпростіше виготовити ТА з готової сталевої бочки.

    Через брак такої ємність треба буде зварити із сталевих листів. Вона повинна витримувати тиск, на яке розрахований теплообмінник котла (зазвичай 3 атм).

    Розташування штуцерів залежить від схеми підключення. Якщо ТА підключається в якості гідравлічного роздільника, то вгорі і внизу в нього потрібно буде врізати по два штуцера, довжина яких повинна відповідати товщині утеплювача.

    Одна пара (верхній + нижній) врізається з боку котла, інша – з протилежного (тут буде підключатися опалювальний контур). До нижніх патрубкам потрібно буде приєднати трійники з термометрами.

    Бочку обертають фольгою, а потім – утеплювачем. В якості останнього слід використовувати матеріал, який не виділяє отруйних випарів при контакті з гарячими поверхнями.

    Пінопласт цій умові не задовольняє – знадобиться мінеральна вата, причому така, яка не містить фенолформальдегідних смол як зв’язуючих. Такий утеплювач (базальтова вата) випускається для теплоізоляції димоходів.

    Залишається оббиту теплоізолятором ємність закрити зовні кожухом з жерсті або тонколистової сталі.

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязка

    Теплоакумулятор з бочки

    Якщо передбачається паралельно використовувати для приготування гарячої води, його потрібно обладнати змійовиком. Останній робиться з мідної труби діаметром 20 мм.

    В кришку ємності необхідно вмонтувати запобіжний клапан для скидання надлишкового тиску.

    Щоб гарантовано забезпечити З від замерзання при довгому просте котла, встановіть у верхній частині ТА електронагрівач (ТЕН) з термостатом, налаштованим, приміром, на температуру до 40 градусів.

    Етапи встановлення теплоаккумулятора будинку

    Насамперед необхідно оцінити несучу здатність підлоги на місці установки. Вона може виявитися недостатньою, оскільки вага ТА має досить солідний. В такому випадку необхідно спорудити бетонний фундамент. Поверх фундаменту потрібно укласти підсипку з керамзиту і вже на неї ставити бак.

    Обв’язка

    У нашому прикладі застосована схема обв’язки з гідравлічним поділом, в якій ТА грає роль гидрострелки. Згідно їй, накопичувач потрібно підключати наступним чином:

  • З одного боку – до котла: подаючий трубопровід (від котла) – до верхнього патрубка, зворотний – до нижнього. При цьому в обв’язку котла, як правило, робиться перемичка з вузлом підмішування, запобігає попаданню в теплообмінник холодної води.
  • З іншого боку – до опалювального контуру, також постаченому перемичкою і вузлом підмішування. Забір води в контур повинен здійснюватися зверху, а повернення – знизу.
  • У кожен контур врізається по циркуляційного насосу. Той, який встановлений між ТА і котлом, проганяє теплоносій через теплогенератор, заряджаючи накопичувач. Другий насос, встановлений на стороні опалювального контуру, ганяє теплоносій через радіатори.

    Теплоакумулятор своїми руками: розрахунок основних параметрів, виготовлення і обвязка

    Теплоакумулятор — схема монтажу

    Як тільки його температура опуститься нижче певної позначки, відкриється клапан змішувального вузла і в контур надійде з ТА нова порція гарячої води.

    Налаштування

    Для правильного руху середовища всередині теплоаккумулятора потрібно домогтися, щоб насос ТА між котлом і прокачує більше рідини, ніж другий агрегат.

    Для того щоб точно визначити потужність кожного насоса, довелося б виконати складний гідравлічний розрахунок, адже опору контурів значно відрізняються. На практиці замість цього передбачають можливість регулювання продуктивності кожного нагнітача, що дає можливість точно узгодити їх роботу.

    Є два шляхи:

  • Встановити нагнітачі зі східчасто регульованою швидкістю обертання двигуна. Сьогодні у продажу можна знайти 3-швидкісні циркуляційні насоси.
  • У точці підключення обратки опалювального контуру до теплоакумулятора можна встановити регулюючий вентиль. Змінюючи його прохідний перетин, ми доб’ємося зміни витрати через циркуляційний насос опалювального контуру.
  • Налаштування продуктивності насосів здійснюють при повністю відкритому смесительном клапані опалювального контуру. При правильній балансуванню температура на термометрі з боку опалювального контуру повинна бути нижче, ніж на термометрі з боку котла.

    Відео на тему

    Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: