Теплообменник своими руками
Установить теплообменник на трубу дымохода – хорошее решение для обогрева жилого дома. Главное – его можно изготовить самостоятельно.
Проще всего будет соорудить змеевик из спиралевидной трубки, который охватывает поверхность дымохода, обвивая его. Для изготовления этой модели не нужен большой багаж специальных знаний. Главная проблема – согнуть трубку в спираль, чтобы она не поломалась. С медными трубками таких проблем не возникает, а в случае с алюминиевыми поможет паяльная лампа или газовая горелка. Часто советуют припаивать спираль к дымоходу оловом.
Длина змеевика зависит от диаметра трубки. Как правило, используют диаметр 0,5 дюйма. Чем тоньше трубка, тем больше вероятность закипания в ней. Для одноэтажного строения 4 метров трубки, идущей от котла, будет достаточно – хороший обмен тепла между накопительным баком и теплообменником гарантирован. Длина медной трубки не важна при применении насоса для прокачки воды через систему теплообменника.
Бак для водяного теплообменника тоже делают самостоятельно – для этого нужно время, материалы, а главное – золотые руки. Понадобятся отрезки трубы разных диаметров из нержавейки со стенками, толщиной не меньше 1,5 мм; листовая сталь; готовый заводской стальной бак-накопитель; шаровый вентиль (чтобы сливать воду). Нужно запастись сварочным аппаратом для сварки корпуса теплообменника из листов стали.
Воздушный теплообменник на дымоход использовать можно только в помещении небольшой площади. Провести его монтаж несложно, так как он мало чем отличается от водяного. Всего навсего конструкцию теплообменника устанавливают под углом 90 градусов к дымоходу, а печные газы направляют между трубами. Результат – дым нагреет воздух трубок теплообменника, который через воздуховод поступит в помещения дома.
Расчёт эффективной работы
Главная задача при установке – правильный расчёт мощности отдачи тепла. Его можно примерно сосчитать, ориентируясь на температурные значения газов в печке и на выходе из теплообменника. Показатель теплоёмкости газов равен 1,04 кДж/кг. При перепаде температур горячих газов в 150°С, 1 кг выходящего в трубу дыма нагревает литр воды до 35-40 °С. Потом рассчитывают тот объём газов, который выходит через дымоход и получают коэффициент полезного действия для теплообменника. Нормальный КПД составляет 50-60%.
Какой теплообменник выбрать для печи в баню
При выборе конструкции теплообменника, учитывают преимущества и недостатки каждого вида. На подбор подходящего устройства влияет целевое предназначение и необходимая производительность:
- Печь для бани со встроенным теплообменником – используется для одновременного обогрева и горячего водоснабжения. Печи длительного горения, работающие в режиме газогенерации, не могут обеспечить необходимую теплоотдачу при установке навесного бака. Причина этого в том, что дымовые газы имеют меньшую температуру нагрева.Если планируется установить печку длительного горения, альтернативы встроенному змеевику или пластинчатой конструкции, нет. Эффективное отопление в бане возможно только от печи с встроенным теплообменником.
Печь для бани с водонагревателем самоварного типа – отличает высокая производительность горячей воды, но для отопления, бак, надеваемый на дымоход, не сильно подходит по техническим характеристикам.
Выбирая, что установить, встроенный теплообменник или самоварного типа, учитывают особенности их эксплуатации. Для одновременного отопления и обеспечения горячей воды, лучше подойдет змеевик, пластинчатый теплосъемник или водяная рубашка. Исключительно для ГВС, лучше установить водонагревательную емкость самоварного типа.
Как установить теплообменник в печь
Встроенный теплообменник – монтируют на заводе, барабанного типа – устанавливается на трубу дымохода. Баки изготавливают разного внутреннего диаметра, поэтому, монтаж не требует много усилий и проводится одновременно с выводом дымоходной трубы. Заводские емкости поставляются с вместимостью от 20 до 80 л.
Сложность заключается в подключении батарей от печи. На корпусе расположены специальные отводы для подачи и обратки теплоносителя, к которым подсоединяются трубы системы отопления.
Работы выполняют с соблюдением следующих рекомендаций:
- Трубы для подключения к теплообменнику. Температура теплоносителя часто превышает 85-100°С. Пластик, при таком нагреве, может деформироваться, поэтому его не используют. Для теплообменника надо использовать трубы из стали, подойдет медь.
Подключение батарей – при естественной циркуляции длина трубы от корпуса печи, не должна превышать 10 м.
Установка циркуляционного оборудования – системы отопления с принудительной циркуляцией устанавливаются для больших отапливаемых помещений, зачастую используются в промышленных банях.
Диаметр трубы теплообменника – производители четко прописывают в технической документации размер и шаг резьбы, облегчающий подбор трубы для монтажа. Диаметр трубопровода в системе отопления, при необходимости можно увеличить, но не уменьшить.
Какие печи для бани лучше – с контуром или без
В традиционных банных печах не использовался теплообменник в обычном понимании этого слова. В каменках устанавливали встроенный бак с нижним или верхним подключением, предназначенный для нагрева воды. Позже, появился съемный теплообменник, устанавливаемый на дымоход.
За определенный период эксплуатации, потребители смогли выделить слабые и сильные стороны печки с водогрейным контуром. Узнать о них можно, внимательно изучив отзывы о теплообменниках.
В качестве недостатков выделяют:
- Шум в теплообменнике – спустя несколько месяцев после установки наблюдается гул во время растопки печи. Происходит это по причине зарастания змеевика. Сужение диаметра трубы приводит к быстрому нагреванию и закипанию теплоносителя, что и становится причиной шума.
Требования, связанные с установкой – при естественной циркуляции теплоносителя, для нормальной работы печи потребуется, чтобы трубы в системе отопления были смонтированы со строгим соблюдением наклонов. Убрать воздушную пробку из труб достаточно сложно, придется при максимальном нагреве топить печку несколько часов подряд.
Требование в регулярном обслуживании. Нагрев воды через теплообменник связан с необходимостью чистить и промывать внутреннюю полость змеевика, по крайней мере один раз каждый отопительный сезон.
В зимний период, после каждого посещения и растопки печи, потребуется убрать воду из внутреннего теплообменника, что также доставляет неудобство.
Банные печи с водяным контуром получили широкое применение в промышленных целях. Бытовые модели не получили широкого распространения, за исключением водонагревателей самоварного типа, устанавливаемых на трубу.
Источник
Изготовление своими руками
Несмотря на доступность в продаже разных вариантов можно попробовать свои силы в самостоятельном изготовлении теплообменника. Это не так уж сложно, если есть опыт сварочных работ. Во всяком случае, проще, чем делать печку с нуля.
Но прежде чем приступать к работе, нужно проделать небольшой расчет.
Расчет мощности и площади теплообменника
Выше уже говорилось о том, что теплообменники, связанные с корпусом, забирают часть мощности печи. Поэтому первым правилом будет следующее:
ВАЖНО! Мощность теплообменника не должна составлять больше 1/10 от мощности печи. Второе правило связано с длиной труб: если система самотечная, то не стоит тянуть трубы дальше трех метров
Насос в системе избавляет от подобных ограничений. Но насос ставится чаще в случае, когда теплоноситель используется для обогрева помещений. Впрочем, если накопительный бак расположен не слишком высоко, мыться получится только со шланга. Если это неудобно, то надо либо бак выносить на чердак и утеплять, либо ставить тот же насос
Второе правило связано с длиной труб: если система самотечная, то не стоит тянуть трубы дальше трех метров. Насос в системе избавляет от подобных ограничений. Но насос ставится чаще в случае, когда теплоноситель используется для обогрева помещений. Впрочем, если накопительный бак расположен не слишком высоко, мыться получится только со шланга. Если это неудобно, то надо либо бак выносить на чердак и утеплять, либо ставить тот же насос.
Третье правило касается объема теплообменника (если это небольшой проточный бак, а не змеевик). Нагреваться вода в нем должна за пару часов. Если дольше, то объем великоват. Если быстрее, то это лучше только на первый взгляд — вода не должна закипать, от этого будет накипь, пар, испытание расширительного бачка и др. проблемы.
Теперь, собственно, сам расчет:
Мощность теплообменника зависит от его площади: 9 кВт на каждый квадратный метр обменника. Площадь рассчитать довольно просто: если это змеевик, то длину окружности (3,14*диаметр) умножаем на длину трубы. Если это теплообменник-«самовар», то берем диаметр внутренней трубы, умножаем на число Пи, еще раз умножаем на высоту «самовара».
Если обменник висит на дымоходе, можно не считаться с правилом вычета его мощности из мощности печи. Только если он на или в ее корпусе.
Рассчитать мощность, которая требуется для обогрева помещения, можно по тому же принципу, что для парилки, то есть, исходя из объема помещения. В парилке берется киловатт на кубометр, но в смежных не нужна высокая температура, поэтому ориентируйтесь на половинную величину.
Зная, сколько киловатт нужно на обогрев моечной, вы получаете площадь теплообменника, а из нее — длину трубы для «самовара» или змеевика.
Рассмотрим пару вариантов самостоятельного изготовления теплообменников.
Предположим, что вы решили повысить КПД печи за счет установки теплообменника на дымоход.
- Толщина требуемой для этого стали 2,5 мм.
- Помимо листового материала понадобятся две трубы с разным диаметром.
- Меньшая должна прилегать к трубе дымохода, большая — быть на 5-10 см шире первой.
- Из листового металла вырезаются два круга под диаметру большей трубы, потом по центру вырезается отверстие под диаметр меньшей и все аккуратно заваривается.
- Еще нужно проделать отверстия под патрубки, через которые будет приходить и уходить вода.
- Патрубки делаются с резьбой и должны подходить под диаметр соединительных труб.
СОВЕТ! После проверки герметичности швов, монтажа на дымоход и разводки труб рекомендуется изолировать теплообменник с помощью минеральной ваты и фольги — это резко увеличит скорость нагрева воды.
Другой вариант теплообменника на дымоход — змеевик из медной трубки диаметром 10 мм, который делается с расчетом плотного обвивания трубы дымохода. Достаточно 1,5-2 метров трубы. Концы змеевика вставляются в гайки, развальцовываются под штуцеры, к гайкам потом прикручиваются штуцеры.
Обратите внимание! Развальцовывать медную трубку нужно точно под конус штуцера, чтобы они в итоге плотно прилегали друг к другу. Будьте аккуратны, потому что именно здесь в будущем возможны протечки, если развальцуете с неровной толщиной
Вот пара видеороликов в тему:
Видео
Как самостоятельно согнуть медную трубку с трубогибом.
Без трубогиба.
Как установить теплообменник «труба в трубе» на дымоход
Эта витая конструкция считается самой простой. Она является прямоточной, поэтому многое будет зависеть от диаметра навиваемой трубки и скорости движения воды внутри нее. Здесь соотношения такие:
- Чем больше диаметр змеевика, тем больше в нем объема воды, который придется дольше нагревать.
- Чем быстрее движется по виткам вода, тем меньше она забирает тепловой энергии, просто не успевая.
Решить эти две проблемы можно двумя способами:
- Увеличить длину трубы, скручиваемую в змеевик. То есть вода как можно дольше должна находиться внутри теплообменника.
- Установить перед змеевиком отсекающий вентиль, с помощью которого можно было бы контролировать подачу жидкости. Таким способом можно увеличивать или уменьшать скорость движения воды.
Монтаж водяного теплообменника этого типа проводится на стадии установки дымохода. Потому что надо в змеевик вставить дымоходные трубы.
Для этого потребуется:
- труба из меди, алюминия или стали длиною 3 м;
- два гибких шланга для подключения к системе горячего водоснабжения, требуемой длины;
- вентиль.
Как правильно согнут трубу в змеевик
Самое сложное – согнуть трубу в змеевик. Если это стальное изделие диаметром меньше 25 мм, то ее можно согнуть на ручном трубогибе. Если диаметр больше данного значения, или используется алюминиевая, медная труба, то без нагрева их не обойтись. Для этого используется стандартная газовая горелка, работающая на пропане.
Следующий этап – нарезка резьбы на конце змеевика. Для этого используют лерку. Если теплообменник изготовлен из стальной трубы, то к концам можно приварить электросваркой сгоны с соответствующим диаметром под гибкие переходные шланги.
Все готово, можно монтировать теплообменник. Чтобы он не спадал с дымохода, можно его прикрепить к нему с помощью пайки. При этом увеличиться и теплообмен между двумя элементами. Далее в нижней части вкручивается вентиль, к нему гибкая вставка, которая противоположным концом присоединяется к водопроводу.
Змеевик из медной трубы на дымоходе печки
У теплообменников этого типа есть один серьезный недостаток. Если его не использовать при эксплуатируемой печке, то вода внутри трубок закипит. А это недалеко и до гидроудара, который может разорвать стыки соединений.
Чисто конструктивно теплообменник этого типа представляет собой бак, в котором установлена труба диаметром чуть больше диаметра дымохода. К примеру, если размер последнего 115 мм, то трубный участок должен быть в сечении 120 мм. То есть дымоход должен свободной пройти сквозь теплообменный аппарат.
Можно подойти к решению монтажа теплообменника с другой стороны. То есть диаметры двух трубных элементов выбираются одного сечения. Но соединяться они должны раструбным способом, как все элементы дымоходной системы. Это когда у участка трубного элемента один конец имеет стандартный диаметр, а второй немного расширен.
Трубы из нержавейки с раструбами на концах
То есть получается, что труба, формирующая сквозной проход через водяной бак, становится после сборки частью дымохода. Этот вариант более эффективный в плане передачи тепловой энергии от угарных газов воде, потому что в конструкции теплообменника нет воздушной прослойки, как в первом случае.
Необычная форма водяного бака теплообменника
Отметим, что баки для воды, устанавливаемые на дымоходы, сегодня продаются в готовом виде, но их несложно сделать своими руками. Для этого надо иметь навыки работы со сварочным аппаратом и некоторыми видами слесарных инструментов. Проще – приобрести готовое изделие определенного объема, в котором уже вмонтирована труба под дымоход требуемого сечения. Здесь же установлены патрубки (штуцера) под подачу и выход воды.
Сборка всей конструкции основывается на создании герметичных соединений. Поэтому стыки обязательно промазываются жаропрочными герметиками.
Теплообменник «труба в трубе» в полной сборке
Нагревательные емкости на дымоходе
Бак для нагрева воды на тубу устанавливается с давних времен, достаточно вспомнить легендарный русский самовар, своеобразный символ нашего народа. В нем впервые был задействован этот принцип, по этой причине такие системы еще именуются самоварными.
Достоинства самоварных конструкций
- Когда топится печь в бане, труба в ней в любом случае будет нагреваться, не использовать эту энергию глупо и ее смело можно считать полностью бесплатной.
- В зависимости от вида топлива температура этой части конструкции колеблется в пределах 300 — 700 ºС. Причем существенным достоинством является то, что труба нагревается равномерно по всей площади соприкосновения.
- Объем такого бака может быть достаточно большим, ведь расстояние от топки до перекрытия будет не менее полутора метров и на всей протяженности трубы может быть обустроен такой нагреватель.
- Такому нагревателю, в большинстве случаев не нужен дополнительный насос, теплообменник или электрический тэн.
- Нормальная печь для небольшой парилки имеет среднее сечение трубы порядка 115 мм. С учетом толщины емкости, поперечные размеры всей конструкции будут находиться в пределах полуметра. Что позволяет ее разместить в любой, даже маленькой парилке.
- Для монтажа не потребуется фундаментальных знаний теплотехники или быть супер-слесарем. Практически любой хозяин сможет установить такую емкость на трубу своими руками.
- И наконец, если сравнивать с бойлером, цена такого чуда будет вполне доступной, причем вложение будет единоразовым.
Недостатки данного типа нагревателей
Самым существенным недостатком считается то, что бак для нагрева воды на трубу может быть установлен исключительно на металлические конструкции
Керамика или кирпич для труб не обладают таким уровнем теплоотдачи.
Конструкции, в которых вода заливается через верх, непосредственно в парилке, повысят уровень влажности в помещении.
Горячие металлические стенки бака являются источником опасности, неосторожное касание может привести к травме.
Выбор нужной емкости
Материал для емкости
В былые времена самым популярным материалом был чугун. Конечно, нагреваться он будет несколько дольше, но зато и температура будет держаться лучше. Немаловажным фактором является устойчивость чугуна к коррозии и большой срок эксплуатации. Но чугун материал тяжелый и под такую емкость понадобится мощная опора.
Черный металл для этих целей сейчас практически не используется из-за склонности к коррозии и большой вероятности деформации при резких перепадах температур.
Универсальным материалом заслужено считается нержавеющая сталь. Данный металл не боится коррозии и обладает относительно небольшим весом. Для того чтобы сварить бак большой емкости достаточно листа толщиной 1,5 – 2 мм. Во время перепадов температуры такие емкости не деформируются.
На видео в этой статье показано мнение специалиста.
Вывод
Наша страна богата умельцами, но баня считается объектом с высокой степенью опасности. Исходя из этого, мы не советуем устанавливать баки кустарного производства. На рынке сейчас достаточно сертифицированных изделий, цена которых вполне доступна.
Основные способы монтажа
Осуществлять свою работу теплообменник может в двух различных режимах. Они имеют отличительные особенности, заключающиеся в своеобразности процесса передачи тепловой энергии от выделяемого дым к внутренней трубе регистра.
В первом случае теплообменник для банной печи на дымоход имеет модификацию в виде наружной емкости с водой. При кипении вода конденсируется на трубке теплообменника и таким образом происходит нагрев самой конструкции. Температура на поверхности трубки не будет превышать 100 градусов по Цельсию, что соответствует температуре кипения воды. Сама емкость с водой будет прогреваться долго.
Во втором случае конденсируемый пар не затрагивает конструкцию теплообменника. Поток тепла движется по трубе беспрепятственно, а вода разогревается значительно быстрее. Чтобы понять технологию процесса, по которой происходит отопление в бане от теплообменника, можно посмотреть, как происходит процесс нагревания воды в обычной кастрюле на горелке домашней плиты.
Что это такое
Устройство служит для нагрева воды в бане. Его принцип работы основан на физических свойствах горячей воды, расширяющейся и поднимающейся вверх, а холодная при этом остается внизу.
Обычно теплообменник небольшого размера, поэтому жидкость в нем быстро нагревается. К нему присоединяются две трубы – снизу и сверху. Таким образом, горячая по верхнему патрубку, замещаемая снизу холодной, поднимается в бак, который может находиться как в парилке, так и в смежном помещении, как правило – в мойке. При этом вода низкой температуры по нижней трубе постоянно без принудительной подачи добавляется в устройство для нагрева.
Варианты нагрева воды в бане от печи
Выделяют следующие модели:
1. Емкость самоварного типа – устанавливается на выходной патрубок дымохода. Нагрев происходит за счет тепла уходящих в трубу дымовых газов. К штуцеру на дне бака подсоединяется кран для разбора горячей воды. Если у вас нет помывочной, то данный вариант будет отличным решением для нагрева
Мы рекомендуем обратить внимание на следующие условия эксплуатации:
- использование бака самоварного типа допускается только с печами для бань;
- запрещается эксплуатировать пустой бак во время работы печи;
- если вы хотите получить «финскую сауну» данный вариант нагрева воды вам не подойдет, так как в случае долгого разогрева парной жидкость начнет кипеть, из-за чего образуется тяжелый пар.
2. Теплообменник самоварного типа (небольшого размера с возможностью подключения к баку), который можно расположить в любом месте. Удобен тем, что при его наличии, бак можно разместить в помывочной. Из очевидных преимуществ перед остальными вариантами – быстро нагревает воду.
3. Теплообменник, который устанавливается на стартовый дымоход.
4. Стартовый дымоотвод + бак-рюкзак – вариант с нахождением в парной и отсутствием регулируемой конвекции для прогрева помещения. Емкость соприкасается со стенкой трубы дымохода, за счет чего происходит нагрев жидкости. Из недостатков также можно отметить, что данная модель не имеет защиты от жесткого инфракрасного излучения, и в случае сильного нагревания, вода начинает кипеть.
5. Дымоход-конвектор со встроенным в него нагревателем.
Особенности: регистр находится внутри трубы, из которой выходят 2 одинаковых штуцера ¾ дюйма с внутренней резьбой. С помощью патрубков устройство соединяется с баком, висящим в удобном месте.
- Вмонтирован в печь – при появлении накипи теряет КПД.
- Расположен возле дымохода (на нем) – медленнее обеспечивает нагрев до необходимой температуры, зато на его внутренней поверхности ничего не оседает, к нему имеется легкий доступ, и его ремонт не составляет труда.
Выбор зависит от пользователя: чему отдать предпочтение, производительности или комфорту в обслуживании, экономии полезной площади или топлива.
Водяной
Устройство имеет два сектора, нагревающих друг друга. Циркуляция воды при большой мощности происходит по замкнутому контуру в резервуаре отопительной системы, где нагревается до 180 гр. После обтекания установленных трубок вода направляется в основную систему, где температура нагрева увеличивается.
Для изготовления водяного теплообменика приготовьте:
- Емкость в форме стального бака. Установите ее к началу системы. Для водной циркуляции нужны 2 ответвления из труб, нижнее – для входа холодной воды, верхнее – для входа горячей.
- Проверьте бак на герметичность.
- Разместите медные трубчатые спирали внутри бака, 4 метра трубы на 100 литров бака хватит вполне.
- Подсоедините к медной трубке регулятор мощности.
- Чтобы перепады давления и температуры не разрушили емкость, установите анод ближе к нагревательном элементу.
- Запаяйте герметично бак.
- Наполните водой.
- Проверьте систему в работе.
Представленные в продаже готовые печи с теплообменником
Традиционные модели банных печей, выполняемые из кирпича, понемногу вытесняются более современными металлическими конструкциями. отличающимися доступной ценой, высоким качеством, компактностью и совершенством дизайна. При выборе достойной модели потребитель должен знать объемы парилки и бака для воды, а также мощность отопительного агрегата . Предлагаем рассмотреть наиболее популярные модели печей для бань, оснащенные теплообменником.
Печь с теплообменником Везувий модель Скиф 16 ВЧТ
Этот агрегат обладает достаточной мощностью для того, чтобы обеспечить высокую температуру в парилке, объем которой достигает 18 куб. м. В корпус печи встроен теплообменник, быстро нагревающий воду в баке, вынесенном в смежное с парилкой помещение. В зависимости от особенностей монтажа печи в своей бане, покупатель сам выбирает агрегат с левосторонним либо правосторонним размещением теплообменника. Этот представитель модельного ряда печей Везувий примечателен тем, что вокруг его корпуса в специальном кожухе располагаются камни, создающие эффект кирпичной кладки. Практически все остальные модели оснащаются каменкой, установленной сверху агрегата. Топка печи изготовлена из высокопрочной качественной стали, толщина которой составляет 8 мм. Такой материал сохраняет свои характеристики и пропорции изделия даже при самых высоких температурах.
Распределение цен на печи Везувий Скиф можно посмотреть в таблице:
Печь Торнадо 20М2
Модель с чугунной дверцей благодаря своей мощности способна обогреть помещение парилки объемом 20 куб. м. Отличительными чертами печки являются:
- внушительные габариты и вес;
- встроенный в корпус теплообменник;
- мощная топка;
- боковой кожух большой вместительности для закладки 240 кг камней.
Последний из списка элемент конструкции выполняет сразу две функции . предохраняет печь для бани с теплообменником от перегрева и эффективно разогревает наполнение боковой каменки.
Из-за того, что вес агрегата составляет 125 кг, а это достаточно солидный показатель, перед проведением монтажных работ нужно выполнить закладку фундамента, предварительно рассчитав его требуемую прочность.
Стоимость печей данной торговой марки определена в пределах 22–38 тысяч рублей.
Harvia 20 SL Boiler
Печь-каменка Harvia 20 SL Boiler – это разработка финских производителей отопительных агрегатов для бань и саун. Модель весом 75 кг прекрасно подходит для обогрева парилки, объем которой доходит до 20 куб. м. Оптимальная температура в помещении создается также за счет равномерного нагревания и плавной отдачи тепла от 40 кг камней. Каменка, работающая на дровах, пользуется большой популярностью среди потребителей в основном за счет современных технологий, заложенных в ее конструкцию.
В корпус печи встроен теплообменник в виде бака, заполненного водой. Образцовое устройство обеспечивает постепенный нагрев жидкости, не доводя ее до кипения. Только при очень длительном использовании печи вода может стать кипятком. Благодаря выносной конструкции топку можно размещать в смежном с парной помещении, таким образом, в парной постоянно будет поддерживаться тепло и порядок.
Плавность форм агрегата, рамка из нержавеющей стали, устойчивые ножки придают привлекательность внешнему виду каменки. Печь для бани с теплообменником для воды стоит в среднем 37,5 тысячи рублей.
