Як зробити теплоакумулятор і підключити його своїми руками

Часто домовласники не можуть купити сучасне опалювальне обладнання, тому шукають альтернативні рішення. Наприклад, буферна ємність (інша назва – тепловий акумулятор) – незамінна річ для систем опалення з твердопаливним котлом. Накопичувальний бак об’ємом 500 л коштує близько 600–700 у. о., ціна бочки 1 м³ сягає 1000 у. о. Якщо ж зробити теплоакумулятор своїми руками, а потім встановити резервуар в котельні, вдасться зекономити половину зазначеної суми. Наша мета – розповісти про способи виготовлення.

Будова і сфера застосування акумуляторів тепла

Накопичувач теплової енергії – це утеплений залізний бак з патрубками для підключення магістралей водяного опалення. Буферна ємність виконує 2 функції: накопичує надлишки теплоти і обігріває будинок під час бездіяльності котла. Теплоакумулятор заміщує опалювальний агрегат у 2 випадках:

1. При обігріві житла піччю з водяним контуром чи котлом на твердому паливі. Накопичувальна ємність працює для опалення вночі, після прогорання дров або вугілля. Завдяки цьому домовласник спокійно відпочиває, а не бігає до котельні. Це зручно.
2. Коли джерелом тепла служить електрокотел, а облік споживання ведеться двотарифним лічильником. Енергія за нічним тарифом вдвічі дешевша, тому вдень роботу системи опалення повністю забезпечує тепловий акумулятор. Це економічно.

Важливий момент. Бак-акумулятор гарячої води підвищує ефективність твердопаливного котла. Адже максимальний ККД теплогенератора досягається за інтенсивного горіння, яке неможливо постійно підтримувати без буферної ємності, вона поглинає надлишки теплоти. Чим ефективніше спалюються дрова, тим менша їх витрата. Це стосується і газового котла, чий ККД знижується у режимах слабкого горіння.

Акумуляторний бак, заповнений теплоносієм, діє за простим принципом. Поки обігрівом приміщень займається теплогенератор, вода в ємності досягає максимальної температури 80–90 °C (теплоакумулятор заряджається). Після зупинки котла до радіаторів починає надходити теплоносій з накопичувального бака, що забезпечує опалення будинку протягом певного часу (теплова батарея розряджається). Тривалість роботи залежить від місткості резервуара і температури повітря на вулиці.

Найпростіша акумулююча заводська ємність, зображена на схемі, складається з таких елементів:

• основний резервуар циліндричної форми, зроблений з вуглецевої чи нержавіючої сталі;
• теплоізоляційний шар 50–100 мм завтовшки залежно від типу утеплювача;
• зовнішня обшивка – тонкий фарбований метал або полімерний чохол;
• приєднувальні штуцери, врізані в основну ємність;
• занурювальні гільзи для встановлення термометра і манометра.

Примітка. Дорожчі моделі акумуляторів тепла для систем опалення оснащуються змійовиками для ГВП та підігріву від сонячних колекторів. Інша корисна опція – вбудований у верхню зону резервуара блок електричних ТЕНів.

Виготовлення буферної ємності в заводських умовах

Якщо ви надумали встановити теплоаккумулятор, зроблений своїми руками, то насамперед варто ознайомитися із заводською технологією виготовлення.

Відтворити технологічний процес в умовах домашньої майстерні нереально, але деякі прийоми вам знадобляться. На підприємстві бак-акумулятор гарячої води робиться у вигляді циліндра з напівсферичним днищем і кришкою. Послідовність така:

1. Листовий метал 3 мм завтовшки подається до апарата плазмового різання, де з нього отримують заготовки торцевих кришок, корпусу, люка і підставки.
2. На токарному верстаті виготовляються основні штуцери діаметром 40 чи 50 мм (різьба 1.5 і 2″ відповідно) та заглибні гільзи для приладів контролю. Також виточується великий фланець ревізійного люка розміром близько 20 см. До нього приварюється патрубок, який потім врізається в корпус.
3. Заготовка корпусу (так звана обичайка) з отворами під штуцери направляється до вальців, де згинається під певним радіусом. Щоб отримати циліндричну ємність для води, лишається зварити 2 торці заготовки встик.

   

4. З металевих пласких кіл гідравлічний прес штампує напівсферичні кришки.
5. Наступна операція – зварювальні роботи. Спочатку прихопленнями вариться корпус, потім до нього прихоплюють кришки, далі йде суцільне проварювання усіх швів. В кінці приєднуються штуцери та ревізійний люк.
6. Готовий накопичувальний бак зварюється з підставкою, після чого проходить 2 перевірки на герметичність – повітряну і гідравлічну. Остання здійснюється тиском 8 Бар, випробування триває 24 години.
7. Випробуваний резервуар фарбується і утеплюється базальтовим волокном 50 мм завтовшки. Зверху буферний бак обшивається тонколистовою сталлю з полімерним покриттям або закривається щільним чохлом.

Довідка. Для утеплення бака виробники використовують різні матеріали. Найчастіше теплоакумулятори ізолюють пінополіуретаном, як і електричні бойлери.

Більшість заводських акумуляторів тепла розрахована на максимальний тиск 6 Бар за температури теплоносія у системі опалення 90 °C. Це значення вдвічі перевищує поріг спрацьовування запобіжного клапана, встановленого на групі безпеки твердопаливних і газових котлів (зазвичай 3 Бар). Детально виробничий процес демонструється на відео:

Виготовляємо теплову батарею самостійно

Ви вирішили, що без буферної ємності обійтися не зможете і хочете її зробити самотужки. Тоді готуйтеся пройти 5 етапів:

1. Розрахунок об’єму теплоакумулятора.
2. Вибір підходящої конструкції.
3. Підготовка матеріалів.
4. Складання і перевірка герметичності.
5. Монтаж резервуара і підключення до системи водяного опалення.

Порада. Перед тим як рахувати об’єм бочки, подумайте, скільки місця в котельні ви зможете під неї виділити (за площею і висотою). Також треба визначити, скільки часу теплоакумулятор заміщуватиме бездіяльний котел.

Як розрахувати об’єм бака

Існує 2 способи розрахунку місткості накопичувального резервуара:

• спрощений, його пропонують виробники;
• точний, що виконується за формулою теплоємності води.

Суть спрощеного розрахунку проста: під кожен кВт потужності котла в баку виділяється об’єм 25 л води. Приклад: якщо продуктивність теплогенератора становить 25 кВт, то мінімальна місткість теплоакумулятора вийде 25 х 25 = 625 л або 0.625 м³. Тепер згадайте, скільки місця є в котельні та підганяйте отриманий об’єм під реальні розміри приміщення.

Довідка. При обчисленні розмірів саморобного теплоакумулятора нерідко постає питання, як порахувати об’єм круглої бочки. Тут варто нагадати формулу розрахунку площі круга: S = ¼πD². Підставте в цю формулу діаметр циліндричного резервуара (D), а отриманий результат помножте на висоту ємності.

Ви отримаєте більш точні розміри теплового акумулятора, якщо скористаєтеся другим способом. Адже спрощене обчислення не покаже, на скільки часу вистачить розрахованої кількості теплоносія за самих несприятливих погодних умов. Пропонована методика якраз і танцює від ваших конкретних показників, обчислення ведеться за формулою:

m = Q / 1.163 х Δt

Розшифруємо позначення:

• Q – кількість тепла, яке потрібно накопичити в акумуляторі, кВт•год;
• m – розрахункова маса теплоносія в баку, тон;
• Δt – різниця температур води на початку і в кінці нагрівання;
• 1.163 Вт•год/кг•°С – це довідкова теплоємність води.

Обчислення краще пояснити прикладом. Візьмемо стандартний будинок 100 м² із середніми тепловтратами 10 кВт, де котел простоюватиме 10 годин на добу. Тоді в бочці необхідно акумулювати 10 х 10 = 100 кВт•год енергії. Початкова температура води в опалювальній мережі – 20 °C, нагрівання відбувається до 90 °C. Рахуємо масу теплоносія:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тони, що приблизно дорівнює 1.25м³.

Зверніть увагу: теплове навантаження 10 кВт взяте приблизно, в утепленому будинку площею 100 м² тепловтрати будуть меншими. Момент другий: стільки тепла знадобиться у найхолодніші дні, котрих буває 5 на всю зиму. Тобто, теплоакумулятора 1000 л вистачить з великим запасом, а з урахуванням сезонного перепаду температур можна вкластися в 750 л.

Звідси висновок: у формулу треба підставляти середнє споживання тепла за холодний період, що дорівнює половині від максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 – 20) = 0.61 тони або 0.65 м³.

Примітка. Якщо ви порахуєте обсяг бочки за середньою витратою теплоти, при сильних морозах його вистачить на менший проміжок часу. Зате заощадите кошти і місце в топковій.

Про конструкцію ємності

Щоб успішно виготовити акумулятор тепла своїми руками, вам треба здолати одного підступного ворога – тиск, який чинить рідина на стінки посудини. Думаєте, чому заводські резервуари зроблені циліндричними, а дно з кришкою – напівсферичними? Тому що така ємність здатна протистояти тиску гарячої води без додаткового посилення.

З іншого боку, мало у кого знайдеться технічна можливість відформувати метал на вальцях, не кажучи вже про витяжку напівкруглих деталей. Як можна вирішити це питання:

1. Замовити круглий внутрішній бак на металообробному підприємстві, а роботи з утеплення та остаточного монтажу виконати самостійно. Це коштуватиме дешевше, аніж купувати новий теплоакумулятор.
2. Взяти готовий циліндричний бак і робити з нього буферну ємність. Де брати такі резервуари, ми підкажемо в наступному розділі.
3. Зварити прямокутний акумулятор тепла з листового заліза та посилити його стінки.

Порада. В закритій системі опалення з твердопаливним котлом, де надлишковий тиск може підскочити до 3 Бар і вище, рекомендується застосовувати теплоакумулятор циліндричної форми.

У відкритій системі опалення з нульовим тиском можна використовувати прямокутний бак. Але не забувайте про гідростатичний тиск теплоносія на стінки, до нього додайте висоту стовпа води від ємності до розширювального бачка, встановленого в найвищій точці. Ось чому слід посилювати пласкі стінки саморобного теплоакумулятора, як показано на кресленні ємності 500 л.

Прямокутна накопичувальна ємність, посилена належним чином, може працювати і в закритій системі опалення. Але при аварійному стрибку тиску від перегріву ТТ-котла резервуар почне протікати з імовірністю 90%, хоча під шаром утеплювача ви можете не помітити дрібну тріщину. Як випирає неукріплений метал після заповнення бака водою, дивіться на відео:

Довідка. Наварювати прямо на стінки кутники, швелери та інший металопрокат безглуздо. Практика показує, що кутники малого перетину згинаються силою тиску разом зі стінкою, а великі згодом відриваються по краях.

Робити зовні потужний каркас – недоцільно, надто велика витрата матеріалів. Компромісний варіант – внутрішні розпірки, зображені на кресленні саморобного теплоаккумулятора.

Підбір матеріалів для резервуара

Ви сильно полегшите собі задачу, якщо знайдете готовий циліндричний бак, розрахований на тиск 3–6 Бар. Які ємності можна використовувати:

• балони з-під пропану різної місткості;
• списані технологічні резервуари, наприклад, ресивери від промислових компресорів;
• ресивери від залізничних вагонів;
• старі залізні бойлери;
• внутрішні баки ємностей для зберігання рідкого азоту, зроблені з нержавіючої сталі.

Примітка. На крайній випадок згодиться сталева труба відповідного діаметру. До неї можна приварити пласкі кришки, які доведеться посилити внутрішніми розтяжками.

Для зварювання квадратного резервуара візьміть листовий метал 3 мм завтовшки. Жорсткості зробіть з круглих труб Ø15–20 мм чи профілів 20 х 20 мм. Розмір штуцерів вибирайте за діаметром вихідних патрубків котла, а для обшивки придбайте тонку сталь (0.3–0.5 мм) з порошковим кольоровим покриттям.

Окреме питання – чим утеплити теплоакумулятор, зварений своїми руками. Кращий варіант – базальтова вата в рулонах щільністю 60 кг/м³, товщиною 60–80 мм. Полімери на кшталт пінопласту або екструзійного полістиролу застосовувати не варто. Причина – миші, які люблять тепло і восени можуть запросто оселитися під обшивкою вашого накопичувача. На відміну від полімерних утеплювачів, базальтове волокно вони не гризтимуть.

Тепер перерахуємо інші варіанти готових баків, з які не потрібно майструвати акумулятор тепла:

1. Імпровізований бак з єврокуба. Ці пластикові ємності розраховані на максимальну температуру рідини 70 °C, а нам треба 90 °C.
2. Теплоакумулятор із залізної бочки. Протипоказання – тонкий метал і пласкі кришки резервуару. Чим посилювати таку бочку, простіше взяти добру сталеву трубу.

Зварюємо прямокутний теплоакумулятор

Хочемо попередити відразу: якщо ви є початківцем у зварювальних роботах, то виготовлення бака краще замовити на стороні за вашими кресленнями. Якість і герметичність швів має величезне значення, за найменшої помилки акумулююча ємність потече.

Для досвідченого зварювальника проблем не буде, треба лише засвоїти порядок виконання операцій:

1. Виріжте з металу заготовки за розмірами і зваріть корпус без дна і кришки прихопленнями. Для фіксації листів використовуйте струбцини і косинець.
2. Проріжте в бічних стінках отвори під жорсткості. Вставте всередину заготовлені труби і обваріть їх торці зовні.
3. Прихопіть до бака дно з кришкою. Виріжте в них отвори і повторіть операцію встановлення внутрішніх розтяжок.
4. Коли усі протилежні стінки ємності надійно пов’язані між собою, починайте суцільне проварювання всіх стиків.
5. Встановіть знизу резервуара опори з відрізків труби.
6. Вріжте штуцери, відступивши від дна чи кришки 10 см, як зроблено на фото.
7. Приваріть до стінок металеві скоби, вони служитимуть кронштейнами для кріплення теплоізоляційного матеріалу і обшивки.

Порада з монтажу внутрішніх розпірок. Щоб стінки теплоакумулятора ефективно протистояли вигину та не обірвалися по швах, випустіть кінці розтяжок назовні на 50 мм. Потім додатково приваріть до них ребра жорсткості зі сталевого листа чи штаби. Про зовнішній вигляд не хвилюйтеся, торці труб потім сховаються під облицюванням.

Кілька слів про те, як утеплити теплоакумулятор. Спочатку перевірте його на герметичність, наповнивши водою або змастивши всі шви гасом. Теплоізоляція виконується досить просто:

• знежирте всі поверхні, нанесіть шар ґрунтовки і фарби з метою захисту від корозії;
• оберніть бак утеплювачем, не здавлюючи його, потім закріпіть шнуром;
• наріжте облицювальний метал, зробіть в ньому отвори під патрубки;
• прикрутіть обшивку до кронштейнів саморізами.

Листи облицювання прикручуйте таким чином, щоб вони були пов’язані між собою кріпленням. На цьому виготовлення саморобного теплоакумулятора для відкритої системи опалення закінчене.

Встановлення і підключення резервуара до опалення

Якщо об’єм вашого теплоакумулятора перевищує 500 л, то ставити його на бетонну підлогу не варто, краще влаштувати окремий фундамент. Для цього демонтуйте стяжку і викопайте яму до щільного шару грунту. Потім засипте її камінням (бутом) та заповніть проміжки рідкою глиною. Зверху залийте залізобетонну плиту 150 мм завтовшки у дерев’яній опалубці.

Правильна робота теплового акумулятора заснована на горизонтальному русі гарячого і охолодженого потоку всередині резервуара, коли батарея «заряджається» і вертикальній течії води під час «розрядки». Щоб організувати таку роботу батареї, треба виконати наступні заходи:

• контур твердопаливного чи іншого котла підключається до накопичувального бака через циркуляційний насос;
• опалювальна система забезпечується теплоносієм за допомогою окремого насоса і змішувального вузла з триходовим клапаном, що дозволяє відбирати з акумулятора необхідну кількість води;
• насос котлового контуру за продуктивністю не має поступатися другому агрегату, що подає теплоносій до опалювальних приладів.

Стандартна схема підключення теплоакумулятора до ТТ-котла наведена ​​вище на малюнку. Балансувальний вентиль служить для регулювання потоку теплоносія за температурою води на вході і виході ємності. Як правильно виконати обв’язку та налаштування, розповість експерт на відео:

Бюджетний акумулюючий бак з балонів

Якщо площа вашої котельні сильно обмежена, ми пропонуємо зробити циліндричний теплоакумулятор з балонів від пропану.

Конструкція на 100 л, розроблена нашим експертом Віталієм Дашко, покликана виконувати 3 функції:

• розвантажувати твердопаливний котел у разі перегрівання, сприймаючи надлишки теплоти;
• нагрівати воду для господарських потреб;
• забезпечувати обігрів будинку протягом 1–2 годин після згасання ТТ-котла.

Примітка. Тривалість автономної роботи цього теплоакумулятора досить невелика через малий об’єм. Зате він поміститься в будь-якому приміщенні і зможе відводити тепло від котла навіть при відімкненні світла, оскільки приєднаний напряму, без насоса.

Для виготовлення накопичувального бака вам знадобиться:

• 2 стандартних балона з-під пропану;
• близько 10 м мідної трубки Ø12 мм або нержавіючої гофри такого ж діаметру;
• штуцери і гільзи для термометрів;
• утеплювач – базальтова вата;
• фарбований метал для обшивки.

Від балонів треба відкрутити вентилі і відрізати кришки болгаркою, наповнивши їх водою, щоб уникнути вибуху залишків газу. Мідну трубку акуратно згинаємо у вигляді змійовика навколо іншої труби відповідного діаметру. Далі діємо так:

1. Користуючись наведеним кресленням, свердлимо отвори в майбутньому теплоакумуляторі під патрубки і гільзи для термометрів.
2. Всередині балонів приварюємо кілька металевих скоб для монтажу теплообмінника ГВП.
3. Ставимо балони один на інший і зварюємо між собою.
4. Встановлюємо в отриманий бак змійовик, випустивши кінці трубок через отвори. Для ущільнення цих місць використовуйте защільникове набиття.
5. Монтуємо на ємність дно і кришку.
6. В кришку врізаємо штуцер для скидання повітря, в дно – патрубок зливного крана.
7. Приварюємо кронштейни для кріплення обшивки. Робимо їх різної довжини, щоб готовий акумулятор мав прямокутну форму. Згинати облицювання півколом буде незручно, та й виглядатиме неестетично.
8. Утеплюємо резервуар і прикручуємо обшивку саморізами.

Особливість конструкції цього теплоакумулятора полягає в тому, що він з’єднується з твердопаливним котлом безпосередньо, без циркуляційного насоса. Тому для стикування застосовуються сталеві труби Ø50 мм, прокладені з ухилом, теплоносій циркулює самопливом. Для подачі води до радіаторів опалення після буферної ємності встановлюється насос + триходовий змішувальний клапан.

Заключний висновок

В інтернеті зустрічається твердження, що виготовити теплоакумулятор своїми руками дуже просто. Якщо ви вивчите наш матеріал, то зрозумієте, що такі висловлювання далекі від реальності, насправді питання досить складне і серйозне. Не можна просто взяти бочку і приладнати її до твердопаливного котла. Звідси порада: добре продумайте всі нюанси, перш ніж приступати до роботи. А без хисту зварювальника за буферну ємність не варто і братися, краще її замовити в спеціалізованій майстерні.