Бойлерная своими руками

Особенности

В отличие от водонагревателей, в бойлере косвенного нагрева используется энергия теплоносителя, применяемого для отопления. Для этого в бак-накопитель встраивается теплообменник, обычно имеющий форму змеевика. Проходя по нему, теплоноситель системы отопления нагревает воду, находящуюся в баке.

Нагрев воды в бойлере, как и в водонагревателе накопительного типа, происходит в течение нескольких часов, но ее температура потом долго остается стабильной, что повышает удобство использования горячей воды для душа и ванны.

Бойлер косвенного нагрева не только экономичен, он еще и более безопасен, чем водонагреватель. В случае отказа автоматики в ТЭНовых нагревателях может произойти закипание воды и разрушение самого прибора или фитинговых соединений, что приведет к утечке. В бойлере же вода не может нагреться сильнее, чем теплоноситель, обычно этот показатель находится в пределах 60-90 градусов, что безопасно и для труб, и для человека.

Плюсы использования бойлера косвенного нагрева:

• теплообменник можно подключить как к центральному отоплению, так и к котлу любого типа;
• для нагрева воды не нужна электроэнергия, газ или другое топливо, что снижает затраты на монтаж и эксплуатацию бойлера;
• температура воды стабильная, без резких скачков;
• безопасность использования даже без установки дорогостоящей автоматики — вода не закипает, при утечке или прекращении подачи холодной воды не происходит выхода прибора из строя;
• простая конструкция и монтаж позволяют дополнительно сэкономить, сделав и установив бойлер косвенного нагрева своими руками.

Минусы:

• довольно большие размеры и вес, сравнимые с водонагревателем накопительного типа;
• бойлер косвенного нагрева используется только в отопительный сезон, для летнего применения его оснащают ТЭНом;
• длительный нагрев воды, во время которого температура теплоносителя в радиаторах снижается;
• отложение солей на змеевике требует регулярной чистки и обслуживания.

На рынке представлено множество моделей бойлеров, использующих косвенный нагрев. Но при наличии минимальных навыков сварки и монтажа возможно изготовление бойлера для дома или дачи своими руками.

Конструкция

Устройство бойлера довольно простое. В баке из материала, не подверженного коррозии, расположен теплообменник в виде змеевика или бака меньшего размера. Теплообменник для увеличения теплоотдачи выполняют из материала с высокой теплопроводностью, обычно из меди.

Бак оснащен штуцерами для подвода и отбора воды. Ввод холодной воды расположен снизу бака и оснащен обратным клапаном, через него же, с помощью обводного вентиля, производят слив. Выводной патрубок для горячей воды располагают в верхней части бака.

Стенки бака для уменьшения тепловых потерь необходимо хорошо утеплить. Для этого можно использовать различные материалы, но наилучший вариант — полиуретан, он обладает высокими теплоизоляционными качествами, при этом не боится влаги, хорошо гасит шум воды, возникающий при нагреве, долговечен и экологически безопасен.

Чтобы сделать бойлер своими руками проще всего поместить бак-накопитель в бачок или корпус аналогичной формы чуть большего размера и заполнить пространство между ними полиуретановой пеной из баллона.

Для измерения и регулировки температуры бойлер оснащают термометром и термостатом. Этот элемент не обязателен, но существенно увеличивает удобство использования нагревателя. Чтобы уменьшить внутреннюю коррозию, можно также встроить в бак магниевый анод, предназначенный для водонагревателей ТЭНового типа. Их продают в сервисных центрах обслуживания или в магазинах бытовой техники.

Технология изготовления своими руками

Прежде чем начать самостоятельное изготовление бойлера, нужно определиться с его параметрами и характеристиками:

• расход воды и объем бака;
• вид змеевика и расчет его размеров;
• наличие дополнительных устройств — ТЭНа, термостата.

Исходя из полученных ответов можно выбрать емкость для накопительного бака, материал для изготовления змеевика, а также определиться с размерами и выполнить эскиз будущего бойлера.

Расчет объема

Чтобы обеспечить достаточное количество горячей воды, необходимо представлять себе ее ежедневный расход. Принято считать, что на каждого постоянно проживающего в доме человека необходимо 50-80 литров нагретой воды в день.

Это количество позволит принять душ или ванну, а также удовлетворит потребность в горячей воде для стирки, уборки и мытья посуды. Таким образом, для семьи из 3-4 человек понадобится бойлер с баком на 200 литров.

Если вода нужна только для хозяйственных нужд, например, мытья рук и посуды, достаточно бака меньшего размера — на 50-70 литров. Не стоит без необходимости выбирать бак слишком большого размера — это увеличит время нагрева воды и приведет к уменьшению эффективности отопительной системы.

Выбор и расчет змеевика

Змеевик в бойлере может быть выполнен из металлической трубы в виде спирали или змейки, либо представлять собой внутренний бак меньшего размера. Делать его лучше из материала, обладающего высокой теплопередачей и устойчивостью к коррозии, например, из меди.

Также можно использовать трубу из нержавейки, но ее сложнее согнуть и придать ей необходимую форму. Обычные стальные трубы использовать не рекомендуется — проточная вода при нагреве будет выделять пузырьки кислорода, которые вызовут быструю коррозию металла. Наиболее удобна трубка из меди диаметром 10 мм — она гнется без применения горелки по шаблону.

Некоторые мастера используют также металлопластиковые трубы. Они устойчивы к внешней и внутренней коррозии, но использовать их нужно строго при температуре ниже 90 градусов. Любой перегрев приведет к деформации труб, протечкам и смешиванию воды в контурах. При определенных условиях это может привести к воздушным пробкам и ухудшению циркуляции.

Змеевик из трубы наматывают в виде спирали из расчетного числа витков и располагают в нижней части бака круглого сечения. Для нормальной теплоотдачи он не должен касаться стенок. При изготовлении бака прямоугольной формы теплообменник делают в виде змейки и размещают у одной из стенок.

Размеры и число витков змеевика определят с помощью расчета по формуле:

В этой формуле:

• Р — тепловая мощность змеевика, которая должна составлять 1,5 кВт на каждые 10 литров объема бака;
• d — диаметр используемой трубы, выраженный в метрах, принимаем 0,01 м;
• l — общая длина трубы, в метрах;
• ∆Т — разность температур до и после нагрева, обычно для предварительного расчета принимают 65 градусов.

Для бака на 200 литров с мощностью в 30 кВт расчет будет таким:

Отмерив необходимую длину трубы, нужно рассчитать также диаметр витка. Чтобы спираль не касалась стенок, его принимают на 10-12 см меньше диаметра бака-накопителя. Расчетные значения для некоторых размеров бака приведены в таблице.

Объем бака бойлера, л	Мощность тепловая, кВт	Длина змеевика, м	Диаметр бака бойлера, м	Диаметр витка, м	Количество витков
200	30	15	0,5	0,4	12
150	22,5	11	0,5	0,4	9
100	15	7,5	0,4	0,3	8
50	7,5	4	0,4	0,3	5

Расстояние между витками целесообразно делать 5-8 см, чтобы улучшить условие теплообмена. При этом важно рассчитать общую высоту змеевика так, чтобы он не перекрывал входной и выходной патрубок для нагреваемой воды.

Теплообменник в виде бака выполняют обычно из того же материала, что и сам бак, а его размеры составляют 1/5-1/8 общего объема бойлера.

ТЭН, термостат и другие вспомогательные устройства

Один из недостатков бойлера косвенного нагрева — возможность его использования только в отопительный период. Решить эту проблему можно двумя способами:

• выполнить монтаж короткого замкнутого контура от котла, рассчитанного только на нагрев воды в бойлере;
• установить в самом баке ТЭН.

Первый способ связан с лишним расходом времени и топлива — при загрузке на неполную мощность котел будет работать с пониженным КПД, а в случае использования твердого топлива — еще и с образованием повышенного количества копоти и сажи. Кроме того, потребуется время на его обслуживание, загрузку и чистку.

Установка ТЭНа в сам бак бойлера позволит использовать его летом в режиме обычного водонагревателя. Для снижения затрат на электроэнергию нагрев можно производить в ночное время по более низким тарифам или подключить в систему солнечный коллектор.

Мощность ТЭНа должна соответствовать объему бака. В среднем, для объема 50 литров необходим ТЭН электрической мощностью 1,5-1,8 кВт, а для 200 литрового бойлера — 5-6 кВт. Эти значения могут быть незначительно изменены, при этом стоит помнить: чем больше мощность, тем короче время нагрева, и наоборот.

Осуществляя монтаж ТЭНа в бак бойлера, обязательно установите термостат, отключающий нагрев при температуре не более 90 градусов!

Также рекомендуется установить в бак магниевый анод, который отвлекает на себя процессы электрохимической коррозии внутри бака. Он постепенно растворяется при этом, и через несколько лет может потребоваться его замена.

В данной статье вы узнаете, что лучше: купить электрокотёл для частного дома или сделать своими руками.
Как правильно выбрать электрокотёл для обогрева дома площадью 100 квадратных метров, читайте

Порядок изготовления и монтажа

После проведения всех необходимых расчетов и подготовки эскиза можно собирать бойлер косвенного нагрева своими руками.

1. Сборку начинают с подготовки самой важной части — бака-накопителя. Можно использовать любую готовую емкость из нержавейки, алюминия или термостойкого пластика или сварить бак из листового металла и обрезков труб подходящего диаметра. Главное требование — достаточная толщина стенок и прочность бака и устойчивость к коррозии.
2. Достаточно просто сделать бак из отработанного газового баллона. Для этого верхнюю часть баллона срезают, внутренние стенки тщательно зачищают, промывают несколько раз и проветривают на свежем воздухе в течение 3-5 дней. В противном случае вода приобретет запах газа. После просушки поверхность грунтуют водостойкой краской.
3. В баке в соответствии с эскизом нужно сделать несколько отверстий: для подключения змеевика, для входного и выходного патрубка, а также для ТЭНа и термостата при их установке.

1. Приваривают обрезки трубы — патрубки, и нарезают на внешней части резьбу для подключения контура ГВС и отвода от контура отопления.
2. Далее нужно сделать змеевик по расчетным размерам. Навивать спираль удобно по шаблону, в качестве которого используют трубу нужного диаметра, бревно или любой прочный цилиндрический предмет. Навивка должна быть достаточно свободной, чтобы готовый змеевик снялся с оправки.

1. К патрубкам змеевик крепят с помощью пайки, проверяя герметичность соединений. Это можно сделать с помощью воздуха из компрессора и мыльной воды. Давление при опрессовке должно превышать рабочее давление в системе отопления как минимум в 1,5 раза.
2. При необходимости устанавливают в бак ТЭН, термостат и магниевый анод. Подключают к электрической части медный кабель необходимого сечения — для ТЭНа 2 кВт — 1,5 мм², для 4 кВт — 2,5 мм², для 5 и более — 4 мм².
3. Помещают бак в корпус, если он предусмотрен проектом. Устанавливают между стенками бака и корпуса временные или постоянные распорки, чтобы выдержать одинаковое расстояние со всех сторон. Заполняют пространство утеплителем, например, монтажной полиуретановой пеной.
4. После высыхания пены срезают излишки, обрабатывают патрубки и крепят крышку корпуса. Можно окрасить его краской по металлу в светлые тона, для меньшего излучения тепла и продления срока службы.
5. Подключают бойлер к системе отопления и ГВС соответственно приведенной схеме.

Сделать бойлер косвенного нагрева своими руками довольно просто и бюджетно, а его эффективность и экономичность быстро окупит все затраты. Горячая вода со стабильной температурой сделает жизнь в загородном доме обеспечит привычный горожанам комфорт.

Преимущества и недостатки бойлера косвенного нагрева

Плюсы использования бойлера, сделанного своими руками:

• подключение к центральной системе отопления;
• установка вблизи отопительного котла;
• незначительные затраты на монтаж контура;
• существенное сокращение расхода энергоресурсов;
• обеспечение водой постоянной температуры.

К минусам стоит отнести следующее:

• для установки бойлера требуется большая площадь или отдельное помещение;
• для нагрева большого объема воды необходимо продолжительное время, при этом обогрев помещений будет осуществляться с меньшей интенсивностью;
• быстрое образование отложений на змеевидной трубке, требующее очищения химическим или механическим способом два раза в год.

Этот вариант получения горячей воды подходит в период отопительного сезона. В другое время роль теплоносителя может выполнять встроенный в бак бойлера электрический ТЭН.

Тогда подогрев воды будет осуществляться при помощи электроэнергии. В этом случае включать бойлер можно в ночное время, когда действуют ночные, низкие тарифы или по мере необходимости.

Изготовление бойлера своими руками

Вследствие довольно-таки несложного принципа работы такое устройство можно сделать самостоятельно. Теперь рассмотрим, как сделать бойлер косвенного нагрева своими руками.

Вся работа по изготовлению водонагревателя состоит из сборки составных частей конструкции:

Бак

В качестве емкости бойлера используется бак. Его объем зависит от потребностей хозяев дома в горячей воде и рассчитывается из количества 50–70 литров на каждого человека ежедневно. Ориентировочно на семью из 4-х человек подойдет 200-литровый бойлер.

Для нагревательного устройства бак должен быть изготовлен из нержавеющей стали, сплавов алюминия или другого материала, стойкого к коррозии. Как альтернатива – газовый баллон, но его стенки предварительно необходимо очистить и прогрунтовать. Без этого действия горячая вода будет иметь запах газа.

В баке проделывают 5 отверстий: 2 сбоку для монтажа змеевика, одно внизу для входной трубы, одно вверху для отбора воды и одно внизу для сливного крана. Для использования бойлера вне отопительного сезона следует предусмотреть установку ТЭНа. Для него также высверливается нижнее отверстие. К проделанным отверстиям крепятся запорные элементы или шаровые краны.

Змеевик

Для этого элемента подходит медная или латунная трубка, диаметр и длина которой зависят от объема бака. В среднем на каждые 10 литров рассчитывается 1,5 кВт тепловой мощности змеевидной трубки. Можно использовать трубку из металлопластика или другого металла с хорошей теплоотдачей.

Трубка накручивается по спирали на цилиндрическую оправку. Для этого можно взять бревно или трубу большого диаметра.

При намотке змеевика важно следить за витками:

• в целях наилучшего контакта греющей поверхности трубки с нагреваемой водой витки не должны соприкасаться друг с другом;
• не стоит делать навивку с чрезмерным усилием, тогда снять змеевик с оправки будет непросто.
• Количество витков на змеевике рассчитывается от объема и высоты бака.

Снаружи бак необходимо покрыть слоем изоляции. Он необходим для увеличения КПД и снижения тепловых потерь. Для утепления емкости подойдет монтажная пена, минеральная вата или любой другой теплоизоляционный материал, который крепится к основе проволокой, клеем или полосовыми стяжками. Для аккуратного внешнего вида корпус бака лучше покрыть тонким листовым металлом или фольгированным утеплителем.

Утеплить бак можно также при помощи другой емкости большего диаметра. Для этого сделанный бойлер своими руками вставляется в большой бак, а простенок по принципу термоса заполняется утепляющим материалом или пенопластом.

Монтаж

Сборка бойлера, изготовленного своими руками, осуществляется после подготовки всех составных частей:

• змеевик по центру или вдоль стенок монтируется внутри бака, к его входной и выходной трубе припаиваются патрубки;
• для вертикально стоящего бойлера ко дну привариваются опоры, для навесного устройства – петли «ушки»;
• устанавливается ТЭН;
• бойлер плотно закрывается крышкой;
• подключение змеевика по схеме изготовления бойлера косвенного нагрева своими руками к контуру отопительной системы;
• подсоединение входной/выходной трубы для воды;
• разводка трубы в кухню или в ванную в точке водоразбора.

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.

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;
• производство теплообменника;
• установка ТЭНа;
• теплоизоляция корпуса.

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;
• выдерживал нагрев до 90°.

Размеры	Описание	1500 л
Н	Высота	2285 мм
ø ext	Внешний диаметр (включая изоляцию)	1200 мм
ø int	Внутренний диаметр	1000 мм
	Вход холодной воды (1″1/4)	315 — 1″1/4 мм — » дюйм
	Выход воды из нижнего змеевика (1″1/4)	470 мм
	Отверстие для нижнего датчика температуры (1/2″)	582 мм
	Подача воды в нижний змеевик (1″1/4)	1180 мм
	Выход воды из верхнего змеевика (1″1/4)	1330 мм
	Отверстие для верхнего датчика температуры (1/2″)	1500 мм
	Рециркуляция (1″)	1460 — 1″ мм — » дюйм
	Подача воды в верхний змеевик (1″1/4)	1735 мм
	Выход горячей бытовой воды (1″1/4)	1935 — 1″1/4 мм — » дюйм
	Фланец для инспекционного контроля (ø внутр. 114 — ø внешн. 168)	520 мм
	Дополнительное электрическое сопротивление (1″1/2)	1255 мм
	Термометр (1/2″)	1825 мм

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.

Виды змеевиковых теплообменников

Полотенцесушитель — это тоже змеевиковый теплообменник.

Вы можете изготовить змеевик своими руками разной конструкции и из нескольких видов металла (сталь, медь, алюминий, чугун). Алюминиевые и чугунные изделия штампуются на заводах, так как требуемых условий для работы с этими металлами можно добиться только в производственных условиях. Без этого получится работать только со сталью или медью. Лучше всего использовать медь, так как она податлива и имеет высокую степень теплопроводности. Есть две схемы как сделать змеевик:

• винтовая;
• параллельная.

Винтовая схема подразумевается расположение витков спирали по винтовой линии. Теплоноситель в таких теплообменниках движется в одном направлении. При необходимости для увеличения тепловой мощности можно объединять несколько спиралей по принципу «труба в трубе».

Чтобы максимально сократить теплопотери нужно выбрать каким утеплителем лучше утеплить дом снаружи. Это также зависит от материала стен.

Делать выбор утеплителя для деревянного дома нужно исходя из паропроницаемости теплоизоляции.

В параллельной схеме теплоноситель постоянно меняет направление своего движения. Такой теплообменник изготавливается из прямых труб, соединенных коленом с поворотом на 180 градусов. В некоторых случаях, например, для изготовления регистра отопления, поворотные колени могут не использоваться. Вместо них устанавливается прямой байпас, который может находиться как на одном, так и на обоих торцах трубы.

Методы передачи тепла

Принцип работы змеевикового теплообменника заключается в том, чтобы нагревать одно вещество за счет тепла другого. Так, вода в теплообменнике может нагреваться открытым пламенем. В данном случае он будет выступать в роли теплоприемника. Но также змеевик и сам может выступать в качестве источника тепла. Например, когда по трубкам течет теплоноситель, нагретый в котле или посредством встроенного электрического ТЭНа, а его тепло передается воде из системы отопления. По сути, конечная цель теплопередачи – это нагреть воздух в помещении.

Где устанавливаются змеевиковые теплообменники

Метод теплообмена зависит от того, где устанавливается змеевик:

• котел;
• бойлер косвенного нагрева;
• теплоаккумуляторы.

В котле стоят змеевики с оребрением.

В котле пламя нагревает воду в змеевике, а потом она расходится по всей системе, отдавая тепловую энергию в помещение конвективным методом через радиаторы отопления. Некоторые из них также относятся к категории змеевиковых теплообменников. Например, полотенцесушители и регистры отопления из круглой или профильной трубы.

Контакт с открытым пламенем накладывает некоторые требования к эксплуатационным качествам металла, который использовался в производстве. Акцент делается на надежности и долговечности. Поэтому чаще всего используют сталь и чугун. Последний считается самым лучшим вариантом.

В бойлере и теплоаккумуляторе приоритетное значение имеет скорость теплообмена и устойчивость к коррозии. В данном случае нет ничего лучше, чем медь. Главное, чтобы она не контактировала с алюминием. Между этими металлами происходит реакция, которая приводит к химической коррозии.

Как рассчитать теплообменник

Делать расчет змеевикового теплообменника нужно обязательно, иначе его тепловой мощности может не хватить на обогрев помещения. Система отопления предназначена для компенсации теплопотерь. Соответственно узнать точное количество требуемой тепловой энергии мы можем только исходя из теплопотерь здания. Сделать расчет достаточно сложно, поэтому в среднем берут 100 Вт на 1 м. кв при высоте потолков 2,7 м.

Между витками должен быть зазор.

Также для расчета потребуются следующие значения:

• число Пи;
• диаметр трубы, которая есть в наличии (возьмем 10 мм);
• лямбда теплопроводности металла (для меди 401 Вт/м*К);
• дельта температуры подачи и обратки теплоносителя (20 градусов).

Для определения длины трубы нужно общую тепловую мощность в Вт поделить на произведение вышеперечисленных множителей. Рассмотрим на примере медного теплообменника с требуемой тепловой мощностью в 3 кВт – это 3000 Вт.

3000/ 3,14 (Пи)*401 (лямбда теплопроводности)*20 (дельта температур)*0,01 (диаметр трубы в метрах)

Из данного расчета получается, что вам потребуется 11,91 м медной трубы диаметром 10 мм, чтобы тепловая мощность змеевика составляла 3 кВт.

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.

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.

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.

Приготовление горячей воды на бытовые нужды можно сделать от котла с помощью бойлера косвенного нагрева. Его рекомендуемый объем небольшой — 50 — 100 литров, при условии, что внутренний нагреватель будет достаточно мощным, что обеспечить несложно.

Важно, что горячая вода получится дешевой, в отличие от электрических бойлеров. Ведь для отопления обычно используется топливо, энергия которого, дешевле в разы, чем электричество. Поэтому позаимствовать 5 – 7 кВт для разогрева среднего объема бойлера – нет проблем. Речь идет фактически менее чем о килограмме угля… Остается сделать бойлер, умеющий греть воду от котла …

Типовое изготовление бойлера из металла

Для изготовления бойлера необходимы две основные вещи – металлическая емкость и змеевик. Важное требование экологичность, отсутствие внутри каких либо мастик… так как там будет находится горячая вода, расходуемая на бытовые нужды, в том числе и для купания.

Чаще всего для дешевого изготовления используют легированную сталь толщиной 2 — 4 мм, или бак из нержавейки. Если найдется толстостенная труба большого диаметра – значит сварных швов будет меньше – достаточно приварить крышки, а также вваривать патрубки подключения.

Если же в наличии будет листовой металл, то сварочных работ станет на порядок больше, важно будет сделать правильный прямоугольник и обеспечить исключительно качественные швы, что не просто.

Мощность и змеевик

Бойлер косвенного нагрева обязан быть мощным, чтобы обеспечивать чуть ли не проточный нагрев. Приемлемая мощность для проточного нагревателя составляет 15 – 20 кВт, которая обеспечивает «бесконечную струйку» горячей воды.

Для развития такой мощности достаточно расположить в бойлере 12 метров газового гофрированного трубопровода из нержавейки диаметром 20 мм. В концах он развальцовывается и присоединяется к патрубкам накидными гайками с торцевым уплотнением.

Для подвески змеевика, на дно устанавливаются пластиковые (полиэтиленовые) подставки, к ним подвязками крепится змеевик. Учитывая, что холодная вода будет скапливаться внизу, греющий змеевик рекомендуется располагать не выше 15 см от днища. При этом подающий холодный патрубок – 25 – 30 от дна.

Бойлер из баллона

Умельцы создают 100 литровые бойлеры из газовых баллонов, по 50 литров каждый. Предварительно их заливают водой (вытеснение газа), срезают верхнюю часть болгаркой, затем в нижнем баллоне вваривают патрубки под змеевик и подачу холодной воды, а в верхнем – выход горячей, а также подключение группы безопасности (термометр, клапан и манометр). Остается только сварить баки вместе, и отличный большой бойлер косвенного нагрева готов. Но можно обойтись в принципе и одним баллонном на 50 литров, позаботившись лишь о мощности змеевика для проточного нагрева…

Штуцера – это трубы ¾ дюйма с резьбой с двух сторон. Ввариваются в боковину бака таким образом, чтобы изнутри крепился змеевик, а снаружи подключающие трубы.

В днище также рекомендуется вварить штуцер под сливной кран, для слития осадка, а также приварить ножки. Бак опирается на 3 – 4 ножки и крепится хомутом вверху к стене для устойчивости.

На видео процесс изготовления водонагревателя из одинарного баллона с электрическим теном внутри.

Теплоизоляция

Бойлер, который нагревается от котла, желательно теплоизолировать, чтобы подавать горячую воду по предназначению, а не превращать прибор в еще один радиатор, греющий дом. Да и быстрое остывание воды может быть не слишком приемлемым, при ручной регулировке нагрева.

Теплоизолировать же лучше войлоком толщиной 10 мм в два слоя. Это экологичный материал не дающий при нагреве лишнего (пенополистирол разлагается при нагреве ускоренно на стирол…, минеральная вата дешевая выделяет формальдегид). Поверх войлока можно уложить фольгированный вспененный полиэтилен толщиной 6 мм, а шов склеить скотчем, или создать другую отделку. Но и в таком виде бойлер «уже сойдет для котельной». Длину подключающих штуцеров выбирают с учетом толщины утепляющего слоя.

Автоматизация

Управление бойлером косвенного нагрева делается на основе трехходового клапана с термоголовкой и с выносным датчиком управления, который располагается на циркуляционном трубопроводе системы горячего водоснабжения. Как только в ней температура понизится ниже, скажем, 40 градусов, клапан срабатывает и перенаправляет часть теплоносителя с отопления в змеевик бойлера.

Возможно также и электроуправление от термостата. Типовая схема ГВС с бойлером косвенного нагрева.

В системе ГВС может быть циркуляционный насос, который обеспечивает циркуляцию горячей воды по кранам. Поэтому сливать холодную не приходится – открыл кран — сразу пошла горячая вода.

При отсутствии желания ставить автоматизацию нагрева, можно воспользоваться ручным управлением с помощью балансировочного клапана. Часть теплопотока будет направляться в бойлер и разогревать его до температуры по установке пользователя, — простейшая схема, но жизнеспсобная.

Как сделать водонагреватель из газового баллона

Идеально, если для этого будет приобретен новый сосуд. В случае отсутствия такой возможности, используйте бывший в употребление баллон. Чтобы избавиться от запаха газа, его следует тщательно обработать нитрогрунтовкой и промыть внутреннюю поверхность. Для этого баллон придется сначала разрезать, а потом снова сварить.

Стоит обратить особое внимание, что перед выполнением работ, которые будут связаны с нарушением целостности баллона, его необходимо наполнить водой, чтобы исключить возможность взрыва.

Инструменты и материалы:

• сварочный аппарат и дрель по металлу;
• металлорежущий инструмент для нанесения резьбы (плашка);
• отвертки и газовый ключ;
• пустой газовый баллон;
• нагревательный элемент с терморегулятором;
• изолирующий состав для тэна (смазка или пакля);
• металлические подводки;
• гайка, предохранительный и обратный клапаны;
• крепежные элементы для фиксации готового бойлера.

Инструкция по изготовлению.

1. В чистом, подготовленном для работы баллоне, при помощи дрели и насадки для металла выполняются два отверстия: в нижней части — для забора воды, в верхней – для выхода нагретой до нужной температуры воды. Такое расположение отверстий способствует максимально эффективной работе водонагревающего оборудования. Объясняется это тем, что горячая вода по законам физики поднимается, соответственно, максимальная температура жидкости будет в верхней части. Можно сделать оба отверстия и с одной стороны (где находиться газовый вентиль), а между ними будет установлен ТЭН. Такая конструкция будет напоминать стандартные навесные водонагреватели.
   
2. Ввариваются трубки. Стоит обратить внимание, что, если оба отверстия делаются снизу, то трубка, по которой будет происходить забор горячей воды, должна иметь длину, соответствующую размеру бака. Это необходимо, чтобы на выходе вода имела максимальную температуру нагрева.
3. Устанавливаются краны. На кран, который предназначен для холодной воды, подсоединяется обратный клапан — он будет препятствовать выходу холодной жидкости обратно. На горячий кран устанавливается предохранительный клапан. Он выполняет защитные функции: предотвращает разгерметизацию резервуара с водой из-за давления, выпускает излишек жидкости, поскольку при нагреве вода увеличивает свой объем на 2-3%. Также он позволяет слить воду для демонтажа конструкции.
   
4. Нагревательный элемент устанавливается на место крепления газового вентиля. Для этого врезается резьба размером 32 мм. ТЭНовая группа изолируется паклей. Для удобства во время эксплуатации здесь же следует подцепить светодиод — он будет сигнализировать работу нагревательного элемента.
5. Самодельный бойлер должен иметь хороший теплоизоляционный слой, чтобы минимизировать потерю тепла. Для этих целей можно использовать: монтажную пену, изолон, пенополиуретан, фольгированную подложку, пеноплен. Выбранный материал крепиться на баллон, сверху надевается кожух из тонкого металла.
6. Готовый электрический водонагреватель монтируется на стену при помощи кронштейнов.
7. Теперь к отверстиям для воды можно подсоединять металлические подводки, которые крепятся к водопроводным трубам.
   

Водонагреватель своими руками практически готов. Теперь сделанное устройство можно заполнить водой и проверить на предмет протечки. Если все хорошо, можно подключать ТЭН и пользоваться прибором.

Экономный водонагреватель своими руками

Постоянное повышение тарифов на электроэнергию заставляет переходить в режим экономии многих потребителей. Неплохой вариант — накопительный бойлер своими руками, работающий на солнечной энергии.

Для его изготовления потребуется:

• накопительный резервуар большого объема (100-200 литров);
• пвх трубы и шланги для подачи воды;
• крепежные элементы.

Инструкция, как сделать экономный бойлер для дачного участка:

• в накопительной бочке проделываются отверстия для патрубков;
• к ним подсоединяются шланги;
• емкостный бак устанавливается в защищенном от ветра солнечном месте;
• организуется подача воды (это может быть шланг, подключаемый к водопроводу);
• делается вывод на кран или летний душ.

Под действием солнечных лучей вода в бочке нагревается, и ее можно использовать для своих нужд. Это практичный вариант для организации летнего душа на своем садовом участке. Зачастую такие бочки устанавливают прямо на крыше различных построек. Чтобы по максимуму использовать естественную энергию и добиться максимальной эффективности от такого устройства, рядом с резервуаром, в котором находится вода, размещаются светоотражающие элементы (например, остатки фольгированной подложки для ламината), либо сам бак краситься в темный цвет.

При желании, водонагреватель своими руками сделать может любой. Главное, заранее продумать конструктивные особенности оборудования, подобрать подходящие материалы и обезопасить систему нагрева воды.