Делаем бойлер косвенного нагрева своими руками

Принцип работы бойлера косвенного нагрева

Прежде, чем браться за изготовление такого нагревательного устройства, следует разобраться, каким образом он работает, а для этого изучить его устройство. Бойлер косвенного нагрева является обычным баком, внутри которого находятся трубы. По ним циркулирует теплоноситель.

Источником тепла может быть система отопления. Внутрь бака подаётся вода, постепенно нагревающаяся до температуры, обусловленной параметрами теплоносителя. Поскольку забор воды для хозяйственных нужд производится с верхней части бака, то её температура остаётся стабильной, пользоваться согретой водой удобно.

Таким образом, можно частный дом, где имеется отопительная система, функционирующая на любом виде топлива, обеспечить горячей водой в достаточном количестве. Бойлер косвенного нагрева можно использовать и в многоэтажных домах, подключив его в отопительную систему.

Правда, функционировать он будет только в отопительный сезон. Для того, чтобы устройством можно было пользоваться при отсутствии отопления, в конструкцию добавляют электрический ТЭН, включая его в сеть по мере необходимости.

Чем так привлекательны эти агрегаты, так это возможностью выдать большое количество горячей воды сразу нескольким потребителям. При этом нагрев происходит без дополнительных подключений к электрической сети или газовой магистрали, источником тепла служит все тот же котел, что мы используем для отопления дома. Единственное условие – теплогенератор должен иметь запас по мощности, дабы успевать работать с отопительной системой и водонагревателем.

На рисунке показан обычный косвенный бойлер в минимальной комплектации, более совершенные модели дополнительно оборудованы:

• вторым змеевиком для подключения альтернативного источника тепла;
• электрическим ТЭНом для поддержания температуры воды в случае отключения котла;
• термометром и манометром.

Сам принцип работы бойлера косвенного нагрева заключается в передаче тепла не прямым способом от котла массе воды, находящейся в емкости. Посредником служит теплоноситель, нагретый до температуры 70—80 °С и циркулирующий по медной трубке змеевика. Это позволяет довести температуру воды, предназначенной для ГВС, до 60 °С.

Также накопительный водонагреватель косвенного типа снабжается патрубком для подключения предохранительного клапана безопасности и датчика температуры, присоединяемого к терморегулятору. На тот случай, когда необходимо обеспечивать моментальную подачу горячей воды к смесителям, бойлер снабжен патрубком для подсоединения обратной рециркуляционной линии.

Преимущества и недостатки

Даже в идеальном варианте, когда дом газифицирован, установка газовой колонки не всегда полностью решает проблему получения горячей воды в достаточном количестве.

Для того, чтобы в кране появилась горячая вода, должно пройти некоторое время, а при пользовании душем температура воды может резко упасть, если начинают пользоваться точкой отбора воды на кухне. Эти недостатки всегда свойственны проточным водонагревателям, где нагрев воды происходит с помощью газа или электроэнергии.

При использовании бойлера косвенного нагрева таких проблем не появляется, так как их устройство позволяет сохранить температуру воды постоянной.

Если подсчитать стоимость получения горячей воды при использовании проточных водонагревателей и сравнить её с затратами на обогрев воды бойлерами косвенного нагрева, очевидно, что работа последних обходится потребителям значительно дешевле.

Однако приобретение такого водонагревателя промышленного изготовления обойдётся в немалую сумму. Обычно необходимый объём конструкции подсчитывается исходя из количества людей, проживающих в доме. В сутки для одного человека потребуются не менее 50 литров горячей воды.

Рекомендации по изготовлению

Чтобы сделать бойлер косвенного нагрева в домашних условиях, потребуется 2 основных элемента – это сам резервуар и теплообменник из медной трубки. Идеальная форма для бака – цилиндрическая, поэтому лучше использовать в таком качестве какой-нибудь баллон, металлическую бочку или тонкостенную трубу большого диаметра. Медная трубка не должна быть слишком тонкой, такой теплообменник не будет эффективным. Подходящий диаметр – 15—20 мм.

Подобрав подходящий бак и определившись с его размерами, можно приступать к навивке змеевика. Рекомендуется для этого использовать шаблон в виде трубы или бревна, чей диаметр наполовину меньше размера емкости. Зафиксировав один конец трубки, выполните навивку на шаблон как можно плотнее, виток к витку. При этом надо следить за высотой изделия, чтобы оно впоследствии поместилось внутрь бойлера, сделанного своими руками.

В первую очередь необходимо подобрать ёмкость для изготовления бака. Лучшим выбором материала является нержавеющая сталь. Можно использовать готовую бочку, заказать бак необходимого размера, либо приобрести газовый баллон. Он имеет достаточную прочность, подходящие габариты и форму. Ещё одним вариантом для изготовления бака может быть ёмкость, изготовленная из термостойкого пластика.

В баке следует сделать отверстия необходимого размера. Два отверстия понадобятся для присоединения трубопроводов подачи холодной и вывода горячей вода. Одно из них делается внизу бака, а другое в верхней его части. Ещё два отверстия будут необходимы для монтажа змеевика, предназначенного для прохода теплоносителя.

Для изготовления змеевика отлично подойдёт трубка из латуни или меди. Эти материалы хорошо передают тепло, и им достаточно легко придаётся необходимая форма. Можно также использовать трубы малого диаметра из пластика.

Для того, чтобы изготовить змеевик, трубу необходимой длины наматывают на основу, которой может быть прочная металлическая труба или оцилиндрованное бревно.

Для того, чтобы трубка, предназначенная для змеевика, была изогнута равномерно, без заломов, перед началом работы её полностью заполняют песком. Тогда змеевик получится правильной формы, одинакового диаметра по всей его длине.

Ещё до монтажа накопительного бойлера следует определиться, каким образом будет производиться его теплоизоляция. Обойтись без неё не удастся, так как естественные потери тепла велики и КПД водонагревателя окажется слишком низким. Идеальным способом для теплоизоляции бака будет помещение его внутри подходящей ёмкости, а затем заполнение её монтажной пеной.

Для сборки бойлера следует позаботиться о наличии штуцеров, гаек, резиновых уплотнителей, шаровых кранов. При изготовлении конструкции из газового баллона потребуется сварочное оборудование.

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.

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.

Схема подключения бойлера к котлу

Собрать накопительный водонагреватель – это только полдела, нужно еще выполнить правильную установку агрегата и его подключение к источнику тепла. Поскольку бак с водой имеет достаточно большой вес, его лучше поставить на фундамент и выверить по вертикали. Если у вас в котельной полы залиты бетонной стяжкой толщиной 100 мм, то можно обойтись и без фундамента. После установки можно приступать к обвязке бойлера.

Чтобы правильно объединить водонагреватель и котел в одну правильно работающую систему, необходимо выполнить их обвязку по одной из представленных ниже схем. В первой распределение потоков теплоносителя организовано за счет установки трехходового клапана с сервоприводом. Когда температура воды внутри бойлера начинает снижаться, привод по сигналу датчика направляет поток теплоносителя в змеевик агрегата.

В другой схеме подключения с двумя циркуляционными насосами бойлер косвенного нагрева загружается за счет включения насоса в своем контуре. Отопительный контур при этом может функционировать постоянно либо отключаться, что зависит от автоматики. Если тепловая мощность котла достаточна, то обе ветви могут действовать одновременно. Только надо верно подобрать насосы, чтобы они не мешали друг другу.

Еще один способ обвязки бойлера применяется в сложных системах с несколькими циркуляционными насосами и гидравлическим разделителем.

Здесь водонагреватель со своим насосом просто присоединяется к общим коллекторам, находящимся за гидрострелкой. Больше подробностей о правильном подключении бойлера косвенного нагрева показано на видеоролике ниже.

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).

Либо агрегат изготавливался «левым» способом по основному месту работы (как правило, завод, или ремонтный цех).

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.

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

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:

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.

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.

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.

• 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.

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.

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%.

Виды самодельных бойлеров косвенного нагрева

В самом популярном варианте конструкции для прохода теплоносителя используют змеевик, изготовленный из металлической трубы. Змеевик помещают в бак, заполняют ёмкость водой, а затем пропускают теплоноситель.

При контакте со змеевиком холодная вода в баке нагревается. Если трубы с теплоносителем разместить вдоль стен ёмкости, работать хуже накопительный бойлер не станет.

Домашние мастера постоянно придумывают новые конструкции устройства. Существует вариант, позволяющий обойтись без труб для теплоносителя. В этом случае используют две ёмкости, имеющий различный диаметр. Их вставляют друг в друга, в меньшую подают холодную воду, а теплоносителю отводится место между их стенками.

Однако использование змеевика даёт более быстрый нагрев воды, так как труба такой формы имеет большую длину, а это даёт возможность более эффективно использовать теплоноситель. Существуют и другие конструкции, но вышеописанные наиболее просто изготовить самостоятельно.

Чертежи бойлера косвенного нагрева

Народные умельцы используют различные способы изготовления интересующих нас приспособлений. Бойлер косвенного нагрева без лишних трудозатрат реально соорудить своими руками по одному из предложенных далее вариантов:

1. 1. Внутрь бака устанавливаются трубы определенного диаметра. Их можно разместить в центральной части накопительного резервуара или вдоль его боковых поверхностей. Во втором случае скорость нагрева воды будет немного выше.
2. 2. Монтаж змеевика. Принцип работы устройства останется тем же. Но эффективность работы агрегата увеличится. Змеевик обычно делают из   трубы (металл, пластик). Ее просто потребуется изогнуть, чтобы получить спиралевидный элемент.
3. 3. Использование двух (разных по геометрическим параметрам) емкостей. В данном случае трубы не нужны. Требуется в бак с большим объемом вставить емкость меньшего размера. Теплоноситель в подобной конструкции перемещается между стенками используемых баков.

Наиболее эффективными в применении признаются системы косвенного нагрева со змеевиком. Суть в том, что изогнутая труба характеризуется большой длиной. Это дает возможность использовать потенциал теплоносителя по максимуму. Кроме того, сделать самому бак со спиральным элементом проще всего. Об этом далее.

Установка предохранительного клапана для водонагревателя

Это небольшое устройство играет в схеме подключения бойлера важную роль. Когда вода в баке начинает нагреваться, она расширяется в объеме и в результате возрастает давление.

Когда оно достигает критического значения, срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает часть воды, чтобы снизить давление. Поэтому патрубок клапана необходимо соединять гибкой трубкой с выходом канализации.

В резервуарах большой емкости принято дополнительно ставить мембранный расширительный бак (экспанзомат). Он способен скомпенсировать больший объем расширяющейся жидкости. При этом важно при покупке бака выбрать тот, что предназначен для систем водоснабжения, а не отопления. Распознать его можно по величине максимального рабочего давления 7—8 Бар (у бачков для отопления 3 Бар).

Порядок монтажа

Монтаж бойлера косвенного нагрева, в котором теплоноситель подаётся по змеевику, начинается с его установки. На концах змеевика нарезается резьба, на которую накручивается контргайка, а затем они вставляются в подготовленные отверстия бака так, чтобы контргайки имели упор.

Часть змеевика с резьбой должна выходить за пределы поверхности бака. На них надевают резиновые прокладки, а поверх них накручиваются резьбовые муфты. В результате этих манипуляций змеевик надёжно фиксируется, при этом появляется возможность его подключения к отопительной системе.

Следующим этапом работы является подключение бака к холодной воде и отвод в необходимое место крана горячей воды. Завершающей частью монтажа будет утепление водонагревателя, но перед этим следует проверить герметичность всех соединений.

Таким образом, можно обеспечить свой дом достаточным количеством горячей воды с минимальными затратами. Стоимость приобретённых материалов обойдётся в незначительную сумму, особенно если сравнить её с моделями, изготовленными промышленным способом. Цена бойлера заводского исполнения начинается от 20 тысяч рублей за модели фирмы Drazice OKC.