Косвенный котел своими руками

Делаем бойлер косвенного нагрева своими руками

Что такое косвенный нагрев, и как его реализовать своими руками? Концепция работы такая-же, как у теплоэлектростанций (ТЭС). В процессе решения основной задачи (работа генераторов на пару) появляется «лишняя» тепловая энергия. Ее можно безответственно выпускать в атмосферу, или направить на организацию отопления микрорайона.

Так же точно работает агрегат косвенного нагрева. Берем источник тепла (который существует вне зависимости от вашей потребности извлечь из него дополнительную выгоду), и «отбираем» у него часть тепловой энергии.

Таким образом жители коммунальных квартир без горячего водоснабжения добывали горячую воду (в основном для мытья посуды, иногда для принятия душа). Для этого в содружестве с соседями изготавливался бойлер косвенного нагрева своими руками. Решение простое, но требующее как минимум газовой горелки для сварки труб. Либо агрегат изготавливался «левым» способом по основному месту работы (как правило, завод, или ремонтный цех).

Простейший теплообменник

Самодельный нагреватель выглядит следующим образом:

На трубу центрального отопления наваривается оболочка большего диаметра. Получается герметичный сосуд, внутри которого протекает горячий теплоноситель. С противоположных сторон внешней трубы (фактически, это бойлер), устраиваются фланцы для подачи (стока) холодной воды. При достаточно горячем теплоносителе, вода в бойлере быстро нагревается. После чего верхний кран можно открывать, и пользоваться горячим водоснабжением, пока горячая вода не будет замещена холодной.

Если оставить за скобками законность переоборудования коллективной сети отопления (едва ли за это предусмотрена серьезная ответственность), система работает эффективно. Горячая вода условно бесплатная, за вычетом разовых вложений на материалы, и бутылку горячительного напитка для сварщика.

Если вы устраиваете такой проточный водонагреватель своими руками в частном домовладении — никаких условных проблем не будет.

Единственное ограничение — объем наружной емкости. В реальном времени вода нагреваться не будет, слишком малый запас тепловой энергии в трубе отопления. Поэтому система работает циклично: нагрев — использование — нагрев. Чем выше коэффициент соотношения диаметров (или чем длиннее труба), тем больше запас горячей воды. Соответственно, тем дольше она будет прогреваться.

Еще один серьезный недостаток: летом (при выключенном отоплении) такие нагреватели не работают.

Усовершенствованная конструкция

Как улучшить теплообмен? Правильно, необходимо увеличить площадь контакта. Разумеется, материал внутренней трубы также важен, медная труба передает тепло гораздо эффективнее. Но в данной конструкции, ставка делается на экономию, поэтому делаем бойлер косвенного нагрева своими руками из стали.

Для улучшения коэффициента теплообмена, можно применить несколько схем:

1. Классический вариант мы уже рассмотрели.
2. «U» образная форма при той же габаритной длине улучшает характеристики почти вдвое.
3. Двойное «U» гарантирует двукратное увеличение КПД

Важно по п.п. 2 и 3:

Термодинамика — не линейная наука. При увеличении площади обмена в таких несовершенных конструкциях, как бойлер «труба в трубе», коэффициент полезного действия меняется дифференцировано.

1. Создание дополнительного объема за счет образования своеобразной «складки» во внешней трубе. Позволяет накопить больше воды вторичного нагрева.
2. Змеевик существенно увеличивает длину устройства, при неизменных габаритах.
3. Так называемая «турбо» схема. Сложная конструкция первичной трубы (с теплоносителем) увеличивает время прохождения тепла через внешнюю оболочку.

Накопительные системы с большим объемом

Мы выяснили, в чем основной недостаток водонагревательного элемента «труба в трубе». Косвенный нагрев происходит слишком долго. Поскольку увеличение теплоотдачи затруднительно, для нагрева воды можно использовать емкость покрупнее. Тогда и над теплообменником можно «поколдовать». Оптимальный вариант на иллюстрации: змеевик внутри широкого корпуса.

Конструкция представляет собой бак требуемой емкости (50, 100, 200 литров), внутри которого, расположен змеевик (чем длиннее, тем эффективнее прогрев). Источник тепла не имеет значения: обычно, это контур отопления помещения. Вода в санитарном (внутреннем) баке достаточно быстро прогревается. Единственная проблема — неравномерность распределения тепла. В нижней части емкости остается «холодная» область. Несмотря на правильную схему отбора нагретой воды (приемный патрубок сверху), холодная область не дает прогреться всему объему.

При самостоятельном изготовлении рекомендуется использовать нержавеющий бак и медный змеевик. Дополнительные затраты окупятся высокой эффективностью системы.

Тем более, что материалы дефицитом не являются. Бак подойдет от старой стиральной машинки активаторного типа. А медная трубка продается в любом сантехническом магазине.

Еще один вариант: «бак в баке». Если перед вами встает вопрос, как сделать бойлер своими руками, присмотритесь к такой схеме.

Внутренняя емкость (в которой будет происходить косвенный нагрев) подбирается с гофрированными стенками (желательно). Так больше площадь теплообмена. А вода первичного нагрева протекает через точку внешнюю. Если вы охлаждали кастрюлю с горячим компотом в тазу с холодной водой, принцип работы нагревателя понятен.

Разумеется, выполнить такою систему сложнее, но эффективность будет выше.

Общие правила изготовления бойлеров косвенного нагрева

• Обязательно наличие теплоизолирующей оболочки. Иначе нагретая вода будет стремительно охлаждаться через внешние стенки. Оптимальный вариант — установка рабочей емкости в более крупную бочку, и задувание промежутка между стен строительной пеной.
• Можно укутать емкость строительными теплоизоляционными материалами, правда это выглядит не так эстетично (зато недорого). Если бойлер расположен в помещении котельной, можно сэкономить.
• Внутренняя труба (если применяется схема со змеевиком) должна быть коррозийно устойчивой. После сборки конструкции доступ для обслуживания будет затруднен.
• При использовании электрохимических пар (например, алюминиевый бак + медная трубка) фланцы подключения должны быть изолированы нейтральными прокладками.
• Желательно устраивать в стенке наружного бака ревизионное окошко, через которое проводится чистка или обслуживание.

Подручные материалы

Мы уже говорили о баках из нержавейки от старых стиральных машин. Однако найти такую заготовку непросто. Отличным донором может стать списанный пропановый баллон на 100 л. Давление он не держит (потому и списали), а в качестве бака для воды еще послужит. Разумеется, бойлер из газового баллона должен быть тщательно очищен (особенно изнутри) и покрашен качественной водостойкой эмалью.

Для изготовления не требуется промышленное оборудование. Достаточно «болгарки» и сварочного аппарата. Срезается верхняя часть, затем в ней формируется нагревательная арматура.

При свободном доступе к иным материалам, можно выполнить нагреватель хоть из листовой нержавейки. Посмотреть, как изготовить бойлер косвенного нагрева своими руками, можно на видео (смотреть ниже).

Возможно, страдает эстетика, но качество и долговечность сделанного нагревателя, не хуже заводского.

• Мы уже знаем, что в теплое время года, когда котел отопления не работает, косвенные нагреватели остаются не при делах. В этом случае поможет электрический ТЭН, встроенный в бак в качестве резервного элемента.
• Еще один вариант получения горячей воды летом — установка второго контура теплообмена, подключенного к солнечным системам нагрева.
• В результате можно собрать систему нагрева 3 в 1. От котла отопления (вне зависимости от вида топлива), от электрического ТЭНа и от энергии солнца. При пропадании двух их трех источников энергии, вы все равно сможете обеспечить жилище горячей водой.

Электрический косвенный нагреватель

Использование ТЭНа не относится к косвенным способам нагрева, поскольку присутствует прямой контакт воды с первичным источником тепла. Исключение составляет индукционный водонагреватель. Жидкость получает энергию как бы виртуально, не касаясь внутреннего термоэлемента. Собственно, его вообще нет в конструкции.

Проточный водонагреватель своими руками делается по принципу индукционных варочных поверхностей. Только вместо кастрюли с водой, нагревается металлическая труба.

Главное преимущество системы в том, что нагрев происходит не за счет прямого теплового контакта с источником электрической энергии, а с помощью вихревых токов. Потери на коэффициент теплопередачи минимальны, КПД стремится к 100%. При этом, нагревается как металлическая труба, так и непосредственно жидкость (если она достаточно теплопроводна). Кроме того, проточные индукционные нагреватели существенно безопаснее бойлеров с традиционным электрическим нагревателем: нет контакта воды с подключенным к электросети элементом.

Недостаток очевиден: для нагрева требуется подключение к электропитанию. То есть, вариант косвенного нагрева с помощью дровяного (газового) котла не работает. Помещение должно быть электрифицировано.

Схема устройства и принцип работы

С помощью генератора высокой частоты (десятки кГц), в индукционной катушке генерируется переменный ток. По законам физики, в этот момент возникает магнитное поле с постоянно меняющимся вектором. В проводнике, попавшем под действие магнитного поля, возникают беспорядочные вихревые токи. Молекулы начинают хаотичное движение и материал быстро нагревается.

С помощью такого индуктора можно даже раскалить докрасна металлическую заготовку. Поскольку в трубе протекает вода, избыточного нагрева не происходит.

Генератор можно позаимствовать из варочной поверхности (разумеется, индукционной), либо изготовить самостоятельно.

Еще один вариант донорства — инверторный сварочный аппарат.

Хотя, учитывая простоту электрической схемы, многие домашние мастера изготавливают подобные генераторы из доступных радиоэлементов.

Вывод

В зависимости от энерговооруженности вашего жилища и способа его отопления, можно подобрать, разработать, и сделать своими руками любой из перечисленных бойлеров косвенного нагрева. Затраты на «производство» зависят от доступности материала и элементной базы.

Видео по теме

Источник

Как сделать бойлер косвенного нагрева своими руками — схемы, инструкции, видео

Чтобы изготовить самодельный бойлер косвенного нагрева нужно хорошо понимать принцип работы водонагревателя. Потребуется рассчитать объём ёмкости, выбрать тип и материал змеевика, а также подобрать теплоизоляцию.

Принцип работы и назначение БКН

Емкостный водонагреватель косвенного нагрева имеет простое внутреннее устройство и отличается несложным принципом работы. Конструкция БКН состоит из следующего:

Нагревательный элемент — змеевик или емкость (в устройстве бак в баке), по которому циркулирует теплоноситель из системы отопления. В комбинированных моделях дополнительно установлен электроТЭН.

Накопительная емкость — холодная вода внутри бака соприкасается с змеевиком, отбирая тепло. Нагретая жидкость направляется в систему горячего водоснабжения.

Теплоизоляция — служит для снижения теплопотерь накопителя. В заводских бойлерах используется полистирол с толщиной не менее 5 см.

Нагрев горячего водоснабжения осуществляется за счет тепла из системы отопления. Бойлер подключается к котлу. Теплоноситель передает энергию нагревательному элементу: змеевику или баку. Разогретая поверхность змеевика соприкасается с водой из ГВС, происходит теплообмен. На выходе получается горячая вода для бытовых нужд с температурой 65-70°.

Как рассчитать объём изготавливаемого БКН

Согласно приблизительным расчетам, учитываемым при проектировании частного дома, среднестатистическая семья, состоящая из 4 человек, тратит в среднем 280 л./сут. Для нормального водоснабжения семьи потребуется бойлер на 200 л. Если планируется использовать горячую воду только для душа и умывания будет достаточно 100-120л. емкости.

Чтобы рассчитать приблизительные потребности в ГВС, используют следующую таблицу:

Примерный расход воды (л)

Расход воды из бойлера (л)

При расчетах объема бойлера учитывают еще один фактор. Если планируется установка навесного БКН, то его вместительность ограничена 150-160 л, что связано с нагрузкой на стену. Если требуется больший объем, устанавливают напольный бойлер.

Можно ли сделать БКН из электрического водонагревателя?

Теоретически это возможно. Нагревательный элемент легко вынимается из корпуса накопителя. На его место можно поставить змеевик и в результате переделки из обычного электрического бойлера сделать бойлер косвенного нагрева.

Преимущества решения в том, что в наличии уже имеется хорошо утепленная емкость. При необходимости можно демонтировать змеевик и обратно установить трубчатый нагревательный элемент.

У данного технического решения есть несколько минусов:

Недостаточная производительность — змеевик будет иметь небольшую нагревательную площадь, соответственно снизится скорость работы бойлера.

Уменьшение скорости нагрева воды.

На практике бойлер из водонагревателя изготавливают редко. Лучше сделать накопительную ёмкость заново. Так, можно учесть все необходимые теплотехнические расчеты, подобрать материал для бака и теплообменника. Выбрать правильную теплоизоляцию.

Из чего можно сделать БКН — материалы

Самодельный бойлер косвенного нагрева, при условии правильных расчетом змеевика, подбора емкости и теплоизоляции по своей производительности не будет уступать заводским моделям накопителей.

Схема изготовления бойлера:

подготовка аккумулирующей емкости;

Во время проведения сборки потребуются теплотехнические расчеты, проект бойлера в разрезе и поэтапный план выполнения.

Как сделать бак косвенного нагрева

Для изготовления емкости берут термостойкие материалы, отличающиеся прочностью, устойчивые к механическим повреждениям. Сделать бак можно из уже готовой емкости, к примеру, из бочки или пивной кеги, либо использовать трубу достаточного диаметра (в этом случае понадобятся сварочные работы).

Еще один популярный вариант — накопительный бойлер косвенного нагрева из пластиковой бочки. Плюсами можно считать небольшую массу ёмкости, простоту встраивания змеевика и патрубков. Если устанавливают накопитель из пластика, то необходимо чтобы полимер соответствовал следующим критериям:

подходил для пищевой воды;

Внешний диаметр (включая изоляцию)

Вход холодной воды (1″1/4)

315 – 1″1/4 мм – ” дюйм

Выход воды из нижнего змеевика (1″1/4)

Отверстие для нижнего датчика температуры (1/2″)

Подача воды в нижний змеевик (1″1/4)

Выход воды из верхнего змеевика (1″1/4)

Отверстие для верхнего датчика температуры (1/2″)

1460 – 1″ мм – ” дюйм

Подача воды в верхний змеевик (1″1/4)

Выход горячей бытовой воды (1″1/4)

1935 – 1″1/4 мм – ” дюйм

Фланец для инспекционного контроля (ø внутр. 114 – ø внешн. 168)

Дополнительное электрическое сопротивление (1″1/2)

Емкость косвенного нагрева в основном устанавливают вертикально: вешают на стену или монтируют на пол, что необходимо учитывать при выборе формы бака.

Металл, наиболее подходящий для самодельного косвенного водонагревателя — нержавеющая сталь. Следует учесть, что существуют десятки сортов нержавейки и только несколько подходят для бытовых потребностей. Бойлер косвенного нагрева из нержавеющей стали самый надежный. Прослужит долго за счет хороших антикоррозионных свойств.

Устройство бака из нержавеющей стали не отличается от того что используется в стандартном накопителе, но требует применения специального оборудования. Слабое место всех емкостей (изготовленных самостоятельно или в заводских условиях) сварные швы. От квалификации мастера выполняющего сварку зависит конечный результат и соответственно длительность эксплуатации водонагревателя.

Из какого материала сделать теплообменник

Изготовление змеевика — это следующий шаг после подготовки бака водонагревателя. На этапе подготовки следует рассчитать полезную площадь нагревательного элемента и подобрать подходящий материал для изготовления.

Длина змеевика для бойлера высчитывается по формуле:

L = Q / D* (Tг – Тх) * 3,14

В формуле учитывается:

длина змеевика — L;

тепловая мощность — Q;

диаметр теплообменника — D;

ожидаемая температура горячей и холодной воды — Tr и Tx, соответственно.

По этой формуле рассчитывают длину змеевика и толщину используемого материала. Теплообменник, как правило, изготавливают из медной или латунной трубки. Металл легко гнется и имеет хорошую теплоотдачу. Еще одно достоинство: способность выдерживать длительное термальное воздействие.

Еще один популярный вариант сердечника БКН: нержавеющий змеевик из гофры. Обойдется теплообменник из нержавейки приблизительно в 1,5 раза дешевле чем из меди. Вместе с гофрой продаются фитинги с резьбовым соединением, облегчающие подключение к трубопроводу отопления.

Самодельную спираль легко сделать. Для этого медная или латунная трубка накручивается на стальную трубу необходимого диаметра. Между витками обязательно оставляют зазор на расширение.

Можно использовать уже готовый змеевик, от технологического оборудования. При этом важно, чтобы теплообменник из меди, используемый для бойлера косвенного нагрева соответствовал расчетным параметрам и мощности теплообмена.

ТЭН для комбинированного БКН

Трубчатые нагреватели продаются в ассортименте в строительных магазинах. Рассчитать производительность ТЭНа поможет следующая формула:

P= 0,0011*m*(tk-tн)/T

Расчетными считаются следующие значения:

P — мощность ТЭНа;

M — масса нагреваемой воды;

tk — желаемая температура воды;

tн — начальная температура воды;

T — время нагревания воды.

В комбинированном бойлере косвенного нагрева змеевик размещается по всему водонагревательному баку снизу доверху — схема обеспечивает максимальный КПД и равномерное прогревание воды. ТЭН устанавливают внизу емкости.

Как сделать теплоизоляцию БКН

Для минимизации теплопотерь на поверхность бака наносят несколько слоев теплоизоляционных материалов. Рекомендуется соблюдение следующего порядка обработки:

Корпус покрывают теплоизоляционной краской — в составе присутствуют керамические составляющие, удерживающие тепло. Одновременно ЛКМ защищает поверхность бака от коррозии.

Минеральная вата — слой теплоизоляции около 5 см. Оптимально использование базальтового утеплителя. Материал предотвращает тепловые потери, устойчив к воздействию влаги и одновременно пропускает пар, не давая жидкости скапливаться в слоях материала. Сверху минеральную вату закрывают любым материалом с фольгированной основой. Можно использовать Пенофол и производные.

Вместо трехслойного утепления допускается использование Полинора. Утеплитель похож на монтажную пену. Легко наносится и предотвращает теплопотери.

Изготовление бойлера косвенного нагрева экономит порядка 10-15 тыс. руб. КПД и производительность, при условии грамотного выполнения сборки будет близка к заводской продукции.

Источник