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.
Важные нюансы
Для хорошей работы бойлера важно количество и расположение нагревателей в емкости. Рекомендуется закреплять их один над другим, на одинаковом расстоянии друг от друга и от дна. По физическим законам теплая вода поднимается, течет к задней стенке, плавно опускается, на смену ей приходит еще более горячий поток.
Постоянное движение помогает поддерживать температуру и равномерно нагревать весь объем.
Количество ТЭНов
Число нагревательных элементов в бойлере зависит от их мощности и от желаемой производительности устройства. Стандартное значение для бытовых нагревателей — 2 кВт. Используют 3 таких элемента (суммарно 6 кВт) для нагрева воды объемом 300 л до 100° за 3 часа. Исходя из этого, можно посчитать, сколько нужно ТЭНов для самодельного водонагревателя. Чем их больше, тем быстрее устройство справляется с задачей.
Если вы собираетесь расходовать горячую воду в больших количествах, то лучше делать модель с двумя ТЭНами.
Объем бака
По статистике житель квартиры использует 100-400 л воды каждый день. При изготовлении бойлера нужно учитывать количество человек, которые будут им пользоваться, и частоту использования. Минимальная вместимость емкости — 30 л. Нужно помнить, чем больше водонагреватель, тем дольше он греется.
Прочие детали
При изготовлении устройства и его эксплуатации следует подумать о безопасности. Полезные советы:
- Если вода в котле циркулирует естественным образом, нужно поставить датчик температуры, который при перегреве отключит ТЭН.
- Безопаснее подключать прибор не к розетке, а к отдельной линии с кабелем увеличенного сечения.
- Открытые провода требуется изолировать и сделать заземление всей конструкции.
- Минимальное расстояние от устройства до потолка — 30 см, а до пола — 80 см.
- Если подключение происходит к системе центрального водоснабжения, необходимо поставить предохранительный клапан, который снижает давление.
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:
- Классический вариант мы уже рассмотрели.
- «U» образная форма при той же габаритной длине улучшает характеристики почти вдвое.
- 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.
- Создание дополнительного объема за счет образования своеобразной «складки» во внешней трубе. Позволяет накопить больше воды вторичного нагрева.
- Змеевик существенно увеличивает длину устройства, при неизменных габаритах.
- Так называемая «турбо» схема. Сложная конструкция первичной трубы (с теплоносителем) увеличивает время прохождения тепла через внешнюю оболочку.
Теплоизоляция
Чтобы потеря тепла была минимальной, бак следует укутать слоем теплоизоляции.
С этой целью применяют:
- строительную пену;
- изолон;
- пенополиуретан;
- пеноплен;
- минеральную вату.
Некоторые умельцы используют подложку под ламинат на основе фольги. Водонагреватель обертывается в этом случае, как термос. Утеплитель крепится посредством проволоки, клея или полосовых стяжек. Советуем произвести утепление всего корпуса.
Обшивка обеспечит не только длительное сохранение горячей воды, но и сократит продолжительность нагревания бака, что понизит расход теплоносителя. Без хорошо оборудованной теплоизоляции вода в устройстве будет быстро остывать.
Зачастую прибегают к сооружению двойной емкости: маленький бак размещают внутри большого. Созданное между ними пространство также выполняет теплоизолирующую функцию.
Чтобы закрепить емкость, на верхнюю часть ее корпуса привариваются петли, а на стене устанавливается металлический уголок, к которому они прикрепляются.
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.
Инструкция по сборке и подключению своими руками
Сборка бойлера происходит после подготовки всех комплектующих.
В баке просверливаются отверстия: для крана заполнения водой, входа и выхода теплоносителя. Если решено установить ТЭН, то для него снизу также устраивается отверстие.
- Далее в емкость устанавливается змеевик, и трубки проводятся в отверстия с помощью специальных переходников, которые желательно вварить в корпус бойлера. Возможны и иные варианты, но главное, чтобы отверстия были заделаны герметично.
- Ко дну привариваются ножки (если они предусмотрены).
- Устанавливается ТЭН, если это было запланировано.
- Затем змеевик подключается к контуру отопительной системы, согласно схеме.
- Подсоединяются труба для поступления холодной воды и кран для отбора воды подогретой. Можно сразу сделать разводку в точки водоразбора — в кухонное помещение и ванную комнату.
Теплоизоляция
Чтобы вода на долгое время сохраняла тепло, производят теплоизоляцию емкости. Для нее используют фольгированную минеральную вату или монтажную пену. Корпус бойлера полностью необходимо одеть в теплоизоляционный материал — от этого напрямую будет зависеть КПД прибора. Чтобы утеплитель смотрелся аккуратно, можно сверху него расположить кожух из тонкого листового металла (например, оцинковки) — получится нечто подобное сэндвич-трубе. Визуальный пример — на первой картинке статьи.
Принцип работы бойлера на дровах
Бойлер дровяной
Другим видом водонагревателя косвенного нагрева является титан на дровах, который потребует только затрат на создание запаса твердого топлива. Такой бойлер имеет конструкцию самовара и работает автономно от всех источников энергоснабжения, поэтому идеален для устройства в частном доме.
Принцип работы бойлера-титана
Чтобы соорудить подобный прибор своими руками, необходимо в первую очередь устроить печь, которая и будет нагревать воду внутри бака. Такой бойлер может иметь круглый или квадратный бак, и он может устанавливаться, как на небольшую печь, сложенную из кирпича, так и на печь по типу буржуйки, сваренной из отрезка металлической трубы достаточно большого диаметра.
Второй вариант более сложен из-за того, что придется из трубы вырезать участки металла для устройства в этих местах дверец топки и поддувала. Кроме этого, с помощью сварки внутри трубы нужно укрепить кронштейны для укладки колосника. Дно и верх трубы-печки заваривается цельными листами металла. В верхней части устраивается круглое отверстие, в него вваривается дымоходная труба, которая будет проходить непосредственно через емкость с водой и нагревать ее до нужной температуры.
Бак также должен быть приварен к крышке печи.
Если печь решено сложить из кирпича, бак бойлера может быть и круглый, и квадратный. Печь сверху перекрывается металлической панелью, в которой также вварена дымоотводная труба. Далее емкость без дна (водяной бак) герметично приваривается к верхней металлической плоскости печи.
Дымоход, пройдя через водяную емкость, выводится на улицу.
В баке должно быть вварено два или три патрубка с вентилями: для поступления воды, для выхода на кран смесителя и на душ.
Вода может поступать в бойлер как из магистрали, так и заливаться вручную. Кроме этого, выше бойлера можно установить накопительный бак для воды, из которого вода также может поступать в нагревательную емкость.
Если такой водонагреватель установить в ванной комнате, то он не только даст горячую воду, но и обогреет помещение.
Всем, кто пользовался газовыми колонками или проточными нагревателями, работающими от электросети, знакома ситуация, что когда открывается кран, приходится ждать некоторое время, чтобы пошла горячая вода. При установке водонагревателя косвенного нагрева, этот фактор полностью исключается — открывая кран, можно сразу же получить подогретую воду.
По сравнению с водонагревателями, работающими на газе или от электричества, этот вид бойлера поможет сэкономить на энергоносителях.
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.
Подготовка бака для сборки водонагревателя
Для изготовления бойлера косвенного типа можно использовать новый или старый газовый баллон. Эта ёмкость изготовлена из толстой нержавеющей стали толщиной 3–4 мм и прекрасно подходит для работы с горячей водой.
Перед сборкой обогревательной конструкции потребуется тщательно подготовить баллон. Для этого изделие разрезается пополам при помощи болгарки. Внутренняя поверхность ёмкости зачищается при помощи углошлифовальной машинки с соответствующей насадкой.
Перед сборкой бойлера баллон необходимо вскрыть и почистить внутреннюю поверхность
После этого внутренняя часть баллона моется, сушится и покрывается нитро-грунтовой краской. Данные работы следует проводить в обязательном порядке, иначе после ввода бойлера в эксплуатацию нагреваемая вода будет пахнуть газом.
При использовании резервуара из других металлических ёмкостей подготовка проводится по аналогичной схеме.
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.
Из какой емкости сделать бак
Для этого подойдет любая, устойчивая к коррозии емкость.
- Бак может быть изготовлен из эмалированного металла, нержавейки, пластика или других емкостей.
- Покрытые слоем стеклокерамики и эмали емкости уже через год после эксплуатации потребуют замены, так как ни отличаются особой устойчивостью к коррозии.
- Если бак будет изготавливаться из металлической емкости, то для изготовления конструкции понадобится сварочный аппарат.
- Гораздо долговечнее и надежнее емкости из нержавеющей стали.
- Для изготовления бойлера можно использовать газовый баллон. Желательно приобрести новый, но если нет такой возможности, то можно сделать бак и из баллона, бывшего в употреблении. Баллон разрезается на две части, тщательно прочищается и прогрунтовывается. Делать это нужно для того, чтобы поступающая в емкость вода не пахла пропаном.
В выбранной емкости делаются четыре отверстия:
- одно для крана, через который будет наливать горячая вода;
- одно для подачи холодной воды;
- два для монтажа змеевика с теплоносителем.
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
Электродный котел – хорошее решение для дач и загородных домиков. Его установка не требует разрешительных документов или отдельного помещения, а эксплуатация – повышенных требований к технике безопасности. Такое устройство можно сделать самостоятельно, но насколько это целесообразно – решать вам. Хотя водонагреватель имеет очень высокий КПД, все же его использование обходится намного дороже, чем эксплуатация газового аналога. Стоит отметить также требовательность ионного котла к теплоносителю и системе отопления. Если не выполнять обязательные требования, то устройство будет работать неэффективно и прослужит намного меньше заявленного срока.
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.
Основные виды поломок
Современные производители научились создавать отличную водонагревательную технику класса люкс. Для эффективной эксплуатации она использует газ, редко выходит из строя. Однако даже самые лучшие газовые нагреватели не могут избежать поломок. В перечень неизбежных неисправностей входят:
- протечки воды;
- плохой нагрев жидкости;
- разрядка питающих элементов;
- слабый напор воды;
- отсутствие газа.
Ремонт некоторых неисправностей владельцы газовых бойлеров могут провести самостоятельно. Поменять батарейки в питающем устройстве под силу любому человеку. Несложно также устранить слабый напор воды — возможно просто образовалась излишняя накипь в теплообменнике. Для ее удаления следует снять теплообменник и тщательно промыть. Для этих целей также можно использовать специальные жидкости для удаления накипи.
Самостоятельно несложно решить проблему плохого нагрева воды. Главной причиной такой неисправности нередко является загрязнение теплообменника сажей. Устранение этой проблемы заключено в снятии упомянутого элемента и удалении налета. При появлении более значительных неисправностей следует обращаться к профессионалам.
Как высчитать объём изготавливаемого БКН
Согласно приблизительным расчетам, учитываемым во время проектирования приватного дома, средне-статистическая семья, которая состоит из 4 человек, тратит в среднем 280 л./сут. Для нормального водообеспечения семьи понадобится накопительный электрический водонагреватель на 200 л. Если предполагается задействовать горячую воду исключительно для душа и умывания вполне достаточно 100-120л. емкости.
Чтобы высчитать приблизительные необходимости в ГВС, применяют следующую таблицу:
Примерный потребление воды (л)
Потребление воды из водонагревателя электрического накопительного (л)
При расчетах объема водонагревателя электрического накопительного берут во внимание еще 1 фактор. Если предполагается установка навесного БКН, то его вместительность ограничена 150-160 л, что связано с нагрузкой на стенку. Если требуется больший объем, устанавливают напольный накопительный электрический водонагреватель.
