Теплоакумулятор своїми руками - покрокова інструкція

В даний час, період постійного підвищення цін на основні види енергоносіїв, питання енергозбереження та використання високоекономічних опалювальних систем набуває особливої ​​актуальності. Особливо важливою є економічність систем опалення для заміських котеджів, які як джерело тепла використовують котли на рідкому або твердому паливі.

Зазвичай система опалення приватного будинку включає:

• опалювальний котел, що працює на різних видах палива чи електрики;
• систему магістральних трубопроводів;
• радіатори опалювальні (конвектори).

Для підвищення енергетичної ефективності та зниження витрати палива до сучасних систем опалення включають теплові акумулятори (теплоакумулятори). Цей пристрій є ємністю великого об'єму, яка включається в систему опалення, що має різну конструкцію і реалізує різні способи теплообміну.

Сьогодні промисловість випускає для побутових цілей різноманітні пристрої для акумулювання теплової енергії. Однак більшість з них мають високу вартість, досить складне підключення та необхідність врізання в систему опалення додаткових пристроїв ( , датчиків температури, ручних та керованих вентилів, а також інших пристроїв).

У той же час сьогодні є достатня кількість саморобних конструкцій теплоакумуляторів, які під силу виготовити та підключити своїми руками. При цьому вартість їх при самостійному виготовленні буде значно дешевшою, а за своїми функціональними можливостями вони ненабагато поступаються заводським конструкціям.

Призначення та функціональні можливості теплового акумулятора

Використання теплоакумуляторів не виправдано для всіх типів систем. На Заході вони часто застосовуються у складі геліобігрівачів. У російських приватних будинках вони переважно використовуються у наступних двох випадках:

• при підключенні електричного опалювального котла до багатотарифного, коли в нічний час електрообігрівач включений на повну потужність і акумулятор ефективно накопичує тепло, а вдень опалення житлового приміщення відбувається за рахунок накопиченої енергії, а котел включається лише для підтримки певного рівня температури;
• при опаленні житла котлом на твердому паливі, коли за рахунок накопиченої днем ​​теплової енергії постійного підкидання кам'яного вугілля або дров вночі не потрібно і робота утеплювача проводиться в економічному режимі.

Крім того, включення теплового акумулятора в систему опалення дозволяє значно розширити її функціональні можливості, головними з яких можна вважати:

• реалізацію забезпечення житлових приміщень гарячим водопостачанням;
• стабілізацію температурного режиму та мікроклімату житлових приміщень;
• значне підвищення енергоефективності роботи системи опалення, що дозволяє скорочувати витрати на використання енергоносіїв;
• дозволяє об'єднати кілька різнотипних нагрівачів в єдину опалювальну систему;
• реалізацію можливості накопичення надлишкової теплової енергії, що виробляється нагрівальним казаном.

Конструкції теплоакумуляторів заводського виготовлення

Теплові акумулятори, виготовлені промисловим способом, являють собою сталевий бак (зазвичай циліндричної форми) у внутрішній порожнині якого розміщені один або кілька змійовиків, по яких здійснюється циркуляція основного та додаткового контурів опалення.

Деякі системи мають додатковий підігрів води, який забезпечується розміщеними всередині теплоелектронагрівачі. Заводські теплоакумулятори мають різні пристрої автоматики та контролю нагріву води.

Самостійне копіювання подібних пристроїв в домашніх умовах досить проблематичне і обійдеться набагато дешевше його вартості в магазині. Найскладнішими елементами є змійовики, що виготовляються з нержавіючих або мідних трубок, навивка яких є досить складним завданням при вирішенні її в домашніх умовах.

Не менш складними є й питання герметизації вихідних штуцерів, до яких підключається система опалення, та їх ущільнення. Теплоізоляція акумуляторного бака є також серйозною проблемою.

Нижче буде описано конструкцію акумулятора теплової енергії, яка цілком придатна для повторення в домашніх умовах. Принцип його роботи полягає в наступному:

• теплоносій, під час роботи опалювального котла на повну потужність, частково спрямовується в теплоакумулятор;
• після відключення котла нагрітий теплоносій з теплоакумулятора, циркулюючи по , забезпечує обігрів житлових приміщень;
• якщо розмістити всередині корпусу пристрою додатковий змійовик та підключити його до звичайної водопровідної магістралі, буде забезпечено гаряче водопостачання житлового приміщення;
• перемикання роботи системи опалення при живленні від опалювального котла або теплоакумулятора забезпечується спеціальною запірно-регулювальною арматурою, яка може спрацьовувати автоматично або перемикатися вручну.

Схема підключення теплоакумулятора

СО – система опалення. 1 – автоматичний розподільник теплоносія;

2 – циркуляційний насос; 3; 4; 5 – запірно-регулююча арматура;

6; 7 – датчики температури.

Розрахунок обсягу бака

Зазвичай, у рекомендаціях щодо самостійного виготовлення теплових акумуляторів для опалення приватних будинків обсяг його бака приймають більше 150,0 літрів. Однак від цього параметра залежить місце розташування і площа, що займає баком, тому доцільно визначити розрахунковим методом об'єм води, необхідної для обігріву приміщення, який повинен вміщувати бак акумулятора теплової енергії.

Вихідними даними для розрахунку є такі дані:

Q – питома теплова потужність, необхідна для обігріву приміщення кіловат-годин;

Т – час роботи теплоакумулятора на добу, годин

t 1 – температура теплоносія на вході до опалювальної системи, °С;

t 2 – температура теплоносія на виході із системи, °С;

m – маса води, кілограм;

с – теплова константа (питома теплоємність теплоносія).

Рівняння теплового балансу має вигляд:

Q × T = c× m×(t 1 — t 2 ) (1)

Вирішуючи це рівняння щодо маси m отримаємо формулу:

m = Q× T/[ c× (t 1 — t 2 )] (2)

На опалення приватного будинку, з площею 100,0 квадратних метрів, що обігрівається, потрібно витрачати 10,0 кіловат теплової енергії щогодини. Нехай передбачається робота теплоакумулятора при відключеному опалювальному котлі протягом 5,0 годин у стуки. Температуру теплоносія на вході приймаємо - t1 = 80,0 ° С; на виході t2=30,0°С. Якщо в системі циркулює вода, то її питома теплоємність з = 0.0012 кіловат поділені на кілограм та на градус Цельсія. Підставляючи вихідні дані у формулу 2 отримає необхідну масу води:

m = 10,0×5,0/ = 833,33 кілограма

Таким чином, ємність бака теплоакумулюючого пристрою повинна бути не менше 850,0 літрів. Враховуючи теплову інерцію опалювальної системи в цілому і зниження температури теплоносія, що допускається, пристрій зможе працювати в інерційному режимі додатково ще 2,0...3,0 години.

При цьому слід враховувати, що теплова потужність котла, що обігріває, для нормального функціонування системи теплоакумулювання, повинна перевищувати потрібну для обігріву приміщення теплову потужність на 30,0%…50,0%.

Для виготовлення теплоакумулятора можна придбати готову металеву ємність відповідного об'єму. Прекрасно підійдуть баки для води, призначені для поливу садово-городніх ділянок. Деякі рекомендують використовувати пластикові ємності (типу єврокуба або септика).

Однак при виборі пластикових судин, навіть розрахованих на температуру експлуатації до 80,0С ... 90,0С слід знати, що надійність усієї системи різко падає, і навряд чи якомусь господаре буде приємно виявитися взимку без опалення з розлитим в приміщенні кубометром води.

Ідеальним рішенням буде самостійне виготовлення. При цьому знаючи обсяг бака та площу приміщення, де він розміщуватиметься неважко самостійно визначити габарити. Для виготовлення підійде листова сталь завтовшки не менше 2,0 міліметрів.

При цьому жодних складнощів з монтажем (приварюванням) вхідних та вхідних штуцерів не буде. Якщо виготовити бак у формі паралелепіпеда або куба значно полегшать роботу з його подальшої теплоізоляції.

Утеплення корпусу пристрою

Для підвищення енергоефективності теплоакумулюючого пристрою та зниження теплових втрат через стінки корпусу в атмосферу його необхідно утеплити. Ідеальним теплоізолюючим матеріалом вважається листовий пінопласт, товщина якого 100,0 мм.

При цьому щільність матеріалу повинна бути не нижче 25,0 кілограмів на кубічний метр (марки пінопласту «ПСБ-С 25» і вище). Він легко обробляється, ріжеться за розмірами і в ньому легко можна вирізати отвори під штуцера. Кріплять пінопласт () до зовнішніх стінок за допомогою клею.

Можна використовувати і рулонну мінеральну вату (матеріал ISOVER), щільністю 135,0 ... 145,0 кілограмів на метр кубічний. Однак цей матеріал дещо складніше кріпити до стінок (особливо до днища бака). Однак, мінераловатні рулони більш оптимальні при утепленні ємностей циліндричної форми.

Недоліки теплоакумулюючих пристроїв

До недоліків теплоакумуляторів слід віднести:

• значне збільшення обсягу теплоносія, що змушує використовувати як його тільки воду;
• необхідність наявності значного резервного об'єму води, що робить вибір конструкцій з додатковим обігрівом за допомогою теплоелектронагрівачів кращим;
• ємність та габарити бака без додаткового електропідігріву вимагають значної площі, що зазвичай вирішується шляхом облаштування міні котельні.

Основні висновки

Включення накопичувального водяного теплоакумулюючого пристрою в опалювальну систему дозволяє:

• використовувати всі переваги «нічного» тарифу при застосуванні опалювальних електрокотлів;
• економити будь-які види твердого палива;
• підвищити енергоефективність опалювальної системи загалом.