Водонагреватель для частного дома 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

Электрический и газовый водонагреватель своими руками

Сегодня в продаже можно встретить различные устройства, предназначенные для нагрева воды. Отличаются они принципом работы и стоимостью. Но совсем несложно изготовить водонагреватель и своими руками. Самодельный агрегат будет актуален для частного домовладения, где часто возникают проблемы с электричеством или установкой газового котла. Существует несколько доступных способов нагрева воды, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Водонагреватель — это устройство, предназначенное для трансформирования различного рода энергии в тепло, передаваемое затем теплоносителю, в качестве которого используется вода. Промышленность предлагает различные варианты таких устройств. Источником тепла в них может быть электричество, газ, твёрдое или дизельное топливо. Наряду с этим становятся популярными и альтернативные источники энергии — солнце, ветер.

Все представленные на рынках системы для подогрева разделяются на два типа:

Конструкция первых предполагает использование бака, в котором поддерживается определённая температура. При открытии крана в герметичную ёмкость поступает холодная вода, а горячая выдавливается в трубопровод. Таким образом, в середине бака постоянно находится какое-то количество нагретого теплоносителя. Накопительные агрегаты отличаются своими размерами и длительным нагревом воды. Их использование оправдывается в системах с большим количеством водозаборных точек. Устройства выпускаются с объёмом бака от 10 до 200 литров.

Проточные же приспособления имеют совершенно иной принцип работы. В них вода нагревается только в случае её циркуляции, то есть когда открывается кран. Их преимущество — в небольших габаритах и простой установке. Из существенных недостатков выделяют большую мощность, необходимую для быстрого нагрева воды.

При этом, если одновременно используется несколько водозаборных точек, бак не сможет обеспечивать равномерный нагрев и температура теплоносителя начнёт скачкообразно изменяться. Практически, чтобы из крана потекла вода с нормальной температурой, понадобится от 30 секунд до 2 минут.

Такую конструкцию используют как в частном секторе, так и многоквартирных домах. Главной частью такого приспособления является накопительный бак, помещённый внутрь корпуса. Между ними находится слой теплоизолятора, необходимого для экономии энергоресурсов. Ёмкость для хранения воды изготавливается из различных металлов: эмалированная или нержавеющая сталь, медь.

Нагрев теплоносителя происходит с помощью газовой горелки, расположенной снизу бака, или электронагревательного элемента (ТЭН). Но существуют также изделия, использующие для поддержания температуры теплоносителя водяной или паровой обменник.

В замкнутой системе постоянно циркулирует горячая вода, а её нагрев осуществляется с помощью отопительного котла. Такой тип работы называется косвенным нагревом.

Кроме бака и источника тепла, в конструкцию накопительного устройства входят:

1. 1. Устройство контроля температуры. Это совокупность приборов, предназначенная для поддержания установленного значения нагрева. Чаще всего используются термодатчики, подключённые к блоку электроники, которая управляет включением и отключением системы нагрева.
2. 2. Защита. Для избежания повышения давления внутри бака, возникающего из-за расширения нагретой воды, используются различные приспособления. Это может быть как дополнительный расширительный бачок, так и предохранительный клапан. Кроме этого, в зависимости от источника нагрева используется комплекс защитных устройств, предотвращающий утечку газа, возникновения пробоя тока на корпус.
3. 3. Раструб. В водонагревателях используются две трубы: одна служит для подвода холодного носителя, а вторая — для выдачи горячего.
4. 4. Обратный клапан. Это небольшое устройство позволяет сохранять воду в баке, даже если в подводящей системе она будет отсутствовать. Он пропускает среду в одном направлении и не даёт ей протекать в обратном.

Бойлеры могут быть закрытого и открытого типа. Первые используются совместно с системой централизованного водоснабжения, а вторые предназначены для обслуживания одной водозаборной точки посредством перекрытия трубопроводной воды не на выходе, а на входе в бойлер. Именно такой водонагреватель сделать своими руками проще всего.

Эти устройства имеют небольшие размеры. Некоторые из них располагаются прямо на водопроводной трубе перед смесителем. В качестве нагревателя может использоваться ТЭН или газовая горелка. Особенность изделий состоит в том, что в первом случае к прибору необходимо подвести мощную электрическую линию, а во втором — организовать дымоход.

Выпускаются и открытые, и закрытые модели таких бойлеров. Проточники первого вида используются для снабжения одной водозаборной точки, а второго — сразу нескольких.

Принцип работы агрегатов построен на включении источника нагрева только при возникновении циркуляции воды и его отключения после её прекращения.

Газовые приспособления различаются по виду розжига. Для него используется пьезоэлемент, электронный узел или гидротурбина. В отличие от накопительного вида, проточные не требуют использование смесителей. Температура нагрева регулируется с помощью изменения мощности, в зависимости от протока и показателей воды.

Основными элементами их конструкции являются:

1. 1. Датчик протока. Контролирует давление в трубопроводе. Так как для нагрева используется большое количество энергии, то и напор теплоносителя должен быть высоким. В ином случае тепловая энергия будет тратиться на нагрев элементов бойлера.
2. 2. Температурный датчик. Представляет собой термореле, с помощью которого контролируется величина нагрева теплоносителя. Как только она превысит установленное значение, агрегат отключится.
3. 3. Водяной узел. Это змеевик, через который протекает теплоноситель пока прогревается.
4. 4. Блок управления. Плата электроники, задающая и контролирующая режим работы.

В газовом агрегате устанавливается закрытая камера сгорания. Она подогревает теплообменник, опоясанный змеевиком. Для создания притока воздуха в камеру используется принудительный (вентилятор) или естественный его забор. Выброс газов осуществляется через дымоход. Для защиты изделия используются датчики тяги, давления, затухания горелки.

Сделать проточный самодельный нагреватель воды, где в качестве источника тепла будет использоваться энергия, полученная от сгорания газа, довольно сложно и может быть небезопасно. Недаром даже промышленные установки требуют составления проекта и проведения монтажа только квалифицированным персоналом.

Самостоятельное изготовление водонагревателя будет гораздо дешевле, чем покупка промышленного варианта. Наиболее простой способ заключается в использовании герметичного бака, располагающегося на высоте около 2,5 метров на открытой местности. С нижней стороны к ёмкости подводится холодная вода из трубопровода, а сверху отбирается нагретая. При этом труба для нагретого теплоносителя должна быть погружена в воду на 10% от верха. На обратной её стороне устанавливается вентиль.

Источником тепла служит солнечная энергия. Согласно физическим законам, нагретая вода поднимается, а холодная опускается. Поэтому, если открыть вентиль, то из бака начнёт забираться вода, расположенная в верхних слоях, а её циркуляцию обеспечит давление, создаваемое водопроводом.

Такая нехитрая конструкция потребует минимальных вложений. Понадобится герметичная ёмкость (бочка), трубы и кран. Отверстия обрабатываются герметиком, и через шайбы с резиновыми прокладками в них вставляются трубы с нарезанной резьбой. Герметичность соединения достигается путём прижатия прокладок к поверхности бака путём накручивания гайки. Безусловно, такая сделанная своими руками водогрейка подойдёт только для солнечных регионов в летнее время.

Оригинальным будет использование вместо бака вставленных одна в одну пластиковых бутылок. Промежуток трубопровода от холодной подачи до забора горячей воды делается в виде змеевика, на который нанизываются бутыли. Их середина заполняется водой. Вся эта конструкция обрабатывается герметиком и помещается под солнце. Как показывает практика, при температуре воздуха около 40 температура воды может достигать 80 градусов.

Несложная и недорогая конструкция получается, если изготовить бойлер накопительного действия на базе газового баллона. Кроме него, необходимо будет подготовить сварку, электродрель, гаечные ключи, шлицевую отвёртку, метчик.

Нагрев бойлера осуществляется с помощью ТЭНа, обязательно со встроенным терморегулятором. Подойдёт прибор с мощностью от одного до трёх киловатт. А также следует приобрести:

• паклю или ФУМ-ленту;
• два отрезка трубы длиною около 10 см и диаметром около 20 мм;
• распределительную коробку и электрокабель сечением не менее 2,5 квадратов;
• два запорных вентиля;
• обратный клапан.

Сборка системы происходит в несколько этапов. На первом, используя дрель, в баллоне делается два отверстия: одно в верхней его части, а другое в нижней. В отверстия вставляются трубы на глубину 1 — 2 см. Затем они тщательно обвариваются для создания герметичного соединения. На оставшейся части труб нарезаются резьбы, на которые накручиваются шаровые краны. Для уплотнения соединения используется пакля или ФУМ-лента. Стоит отметить, что для защиты бака от возникновения давления перед краном с холодной водой обязательно устанавливается обратный клапан с возможностью стравливания.

На втором этапе крепится ТЭН. Располагается он на месте крепления вентиля, который необходимо предварительно удалить. При опускании нагревателя в баллон он тщательно герметизируется. Чтобы бак можно было закрепить, с одной его стороны привариваются П-образные пластинки, на которые затем удобно будет его подвешивать.

Для повышения эффективности конструкции создаётся теплоизоляция. В качестве неё можно использовать минеральную вату, фольгированную подложку, пенопласт или монтажную пену. Крепление её к баку осуществляется с помощью двухстороннего скотча или проволоки.

На последнем этапе проводится установка сделанного бойлера. К вентилям подсоединяется трубопровод, а к ТЭНу подключается электричество. Регулятором устанавливается нужная температура нагрева. Устройство готово.

Ещё один способ изготовления самодельного бойлера состоит в использовании змеевика на базе контура отопления. Эта система особенно подойдёт для частного сектора в случае установленного газового одноконтурного котла.

Для его реализации понадобится ёмкость из любого материала, устойчивого к коррозии. Проще использовать пластиковый бак. Но в любом случае в нём необходимо будет сделать отверстия для подачи и забора воды, а также для установки змеевика.

Спиральную трубу лучше всего изготовить из медной трубки небольшого диаметра, которую необходимо аккуратно намотать на толстое цилиндрическое основание. Чем будет больше площадь змеевика, тем быстрее будет нагреваться вода.

Далее всё помещается в бак. Принцип такой системы основан на заборе тепла из системы отопления. Теплоноситель, проходя через спиральную трубку, отдаёт часть тепла воде, заполняющей ёмкость и контактирующей с ней. Поэтому змеевик подключается к системе отопления дома, а после монтируются трубы для подачи холодной и горячей воды.

Таким образом, сделать нагреватель воды своими руками можно как косвенного, так и прямого нагрева. Вариантов самостоятельного изготовления довольно много.

Делать газовый нагреватель воды своими руками из соображений безопасности не стоит, а вот электрический или солнечный можно попробовать.

Источник