Теплообменник: делаем своими руками. Какими преимуществами обладают печи с теплообменником Теплообменник водяной для воздушного отопления своими руками

Как мылись в бане наши деды? В печь вмуровывался большой чан для воды. Пока каменка топилась, в чане грелась вода, его объема (около 50 литров) хватало для всей семьи. Холодная вода бралась из другой емкости. Люди парились и потом мылись в одном помещении, что было не очень удобно. В перегретой и переполненной паром парилке сложно было мыться.

Не удивительно, что в настоящее время владельцы бань желают повысить комфортность принятия водных процедур и разделить процесс парения и мытья по разным помещениям.

Вопросы с теплой водой решаются двумя способами: при помощи отдельно установленного электрического бойлера и при помощи теплообменника, забирающего тепло от печи. Первый метод рассматривать не будем, в нем нет ничего интересного и сложного. Кроме того, для обогрева большого количества воды расходуется значительное количество электрической энергии, а ее стоимость в настоящее время постоянно возрастает.

Поговорим о теплообменниках, дадим пошаговую инструкцию строительства некоторых из них и практические советы по инженерным проблемам теплообменников.

Общепринятая классификация технических агрегатов делит все изделия на виды, которые в свою очередь имеют свои подвиды. Подвидов теплообменников может быть огромное количество, каждый владелец бани за счет внесения незначительных изменений в конструкцию или материалы изготовления может создавать свои персональные подвиды. А по главным конструктивным особенностям теплообменники делятся на следующие виды:

По месту расположения емкости для теплой воды

Баки можно размещать в парной, душевой или на чердаке. Каждое место имеет свои преимущества и недостатки.

Первый вариант – бак в парной. Преимущества – значительно сокращается длина водопроводов, а это оказывает большое положительное влияние на скорость нагрева воды. Об этих и многих других особенностях функционирования теплообменников и конструкционных требованиях к их устройствам мы расскажем в конце статьи. Недостаток – и так небольшое помещение еще больше «сжимается».

Второй вариант – бак в душевой. По нашему мнению, самый оптимальный вариант, недостаток – несколько увеличивается длина трубопроводов.

Бак для воды в душевой – схема

Общая проблема для первых двух вариантов – низкий напор воды. Дело в том, что высота бани редко превышает два метра. Если от этого значения вычесть высоту бака для воды (примерно 50 сантиметров), то максимальная высота патрубка для отбора воды понижается до 1,5 метра. Что это значит? Это значит, что стационарный душ установить невозможно, мыться придется только гибким шлангом. И то не поднимать его выше 1,5 метра. Даже еще меньше, более-менее терпимым напор воды будет только при перепаде по высоте не менее 10 сантиметров.

Эти проблемы решаются выносом емкости для теплой воды на чердак бани (вариант третий) .

Но в этом случае возникают свои проблемы – увеличивается длина трубопроводов и возрастают тепловые потери, бак обязательно нужно утеплять. Но и это не все – возникает проблема с доливом воды в емкость. Носить ведрами по лестнице не каждому владельцу бани хочется. А водопровод существует не везде. Невозможно дать универсальный совет для всех читателей по месту размещения емкости под воду, каждый должен самостоятельно сориентироваться с учетом собственных индивидуальных особенностей строения, наличия инженерных сетей, климатической зоны проживания и максимального количества одновременно моющихся людей.

По месту расположения теплообменника

Есть два варианта расположения теплообменника – в печи или около дымохода (дымоход в этом случае должен быть из металлических труб). Оба варианта работоспособны, но имеют свои особенности.

Первый вариант, то есть внутренний теплообменник, позволяет относительно быстро нагреть воду, но есть большие риски ее закипания.

Кроме того, возникают большие сложности проведения периодических уходов или замены теплообменников.

С заменой вообще проблема – придется разбирать печь. Что касается техуходов, то их можно сделать, но ценой значительных усилий. Дело в том, что вода образует внутри теплообменников накипь, один миллиметр накипи уменьшает теплоотдачу на 10%, это значительные потери. Во многих регионах нашей страны вода твердая (имеет большое количество ионов Ca), это хорошо для питьевой воды, но плохо для всех типов теплообменников.

Для образования накипи необязательно, чтобы вода кипела по всему объему. Небольшой слой воды постоянно кипит возле перегретых стенок теплообменника, весь объем не закипает из-за непрерывного ее перемешивания конвективными потоками, но на стенках кальций каменеет. В некоторых случаях уже через несколько лет пользования баней накипь достигнет такой толщины, что это заметно отразится на скорости ее нагрева. Очистить теплообменник можно будет только концентрированным раствором соляной кислоты, существующие в реализации специальные средства не отличаются большой эффективностью. Работы с соляной кислотной при нарушении правил техники безопасности негативно влияют на здоровье.

Теплообменник около дымохода не имеет этих недостатков, температура трубы не настолько высока, чтобы вода около стенок теплообменника закипала. Это достоинство стало причиной недостатки – время нагревания воды в емкости значительно увеличивается.

Иногда встречается еще один вариант размещения теплообменника – под камнями каменки . Можно, конечно, и там располагать теплообменник, но зачем тогда камни в парной? Только смотреть на них? Дело в том, что с таким расположением теплообменника температура нагрева камней будет недостаточной для образования пара. А пар в русской бане играет решающую роль, и не только для прогревания тела. Настоящие любители русской бани добавляют в воду для полива камней настой целебных или душистых трав. А если в воду добавить немного натурального кваса или пива (только натурального, а не «болтанки» из спирта и краски), то воздух в парной наполнится непередаваемым ароматом свежего хлеба. Если вы установите под камнями теплообменник, то лишите себя многих удовольствий.

Мы выяснили общие характеристики теплообменников и емкостей для теплой воды, теперь можно перейти к подробному рассмотрению технологии их изготовления и монтажа. Эта тема очень большая, стоит разбить ее на несколько частей. Рассмотрим отдельно варианты изготовления емкостей, теплообменников и способов их монтажа.

Цены на теплообменник

теплообменники

Изготовление емкостей под теплую воду

Есть несколько вариантов емкостей – от дорогих из нержавеющей стали и до дешевых покупных пластиковых. Мы эти варианты рассматривать не станем, остановимся на наиболее удачном, с нашей точки зрения, металлическом из листового железа. Его преимущества не только в относительно небольшой стоимости (хотя и это немаловажно), а и в возможности сделать бак, идеально подходящий по линейным параметрам к каждому помещению бани. Что касается внешнего вида, то существует большой выбор устойчивых красок, поверхности можно покрасить в любой цвет или оклеить их самоклеящейся декоративной полиэтиленовой пленкой.

Таблица. Расчет объема бака

Этап	Описание	Схема
Найдите объем вашего бака	Перемножьте длину (l), ширину (w) и высоту (h)
Вычислите заполненный объем (d)	Для прямоугольных баков заполненный объем - это те же длина и ширина, но меньшая высота. Новая высота - это высота заполнения бака.

Таблица. Изготовление бака

Видео – Изготовление бака для воды (сварка)

Видео – Изготовление бака из нержавейки

С баком для воды все, можно его крепить в любом помещении бани. Теперь подробнее поговорим о теплообменниках.

Теплообменники – особенности изготовления

Самые важные элементы, от их правильного устройства и эффективного функционирования во многом зависит комфортность мытья. Мы рассмотрим несколько вариантов теплообменников и выскажем свои замечания, окончательное решение за вами. Одна и главных проблем всех типов теплообменников – невозможность регулировать температуру нагрева воды. Вода в баке может быть или недостаточно теплой, или слишком горячей. Разбавлять горячую воду холодной приходится вручную. Но и это еще не все – очень велики риски закипания воды в теплообменнике. Система не очень пострадает от пара, она открытого типа, но для теплообменника такие ситуации «даром» не обойдутся. А что делать, если вода в теплообменнике закипела? Тушить пламя в печи? А как хоть немного регулировать температуру воды? Постоянно подкладывать в топку по одному полену и вынимать из нее по полполена? На эти вопросы мы дадим ответы в конце статьи.

Начнем с простых теплообменников и закончим более сложными.

Теплообменники около дымохода

Наиболее простой, но очень эффективный теплообменник из медной трубки.

В зависимости от диаметра дымохода нужно приобрести 1,5÷2,0 метра медной трубки диаметром примерно 10 миллиметров. Чем меньше диаметр трубки, тем больше поверхность ее непосредственного соприкосновения с трубой, тем быстрее греется вода. Но, с другой стороны, маленький диаметр трубки значительно уменьшает скорость потока воды, а это может стать причиной ее закипания. С учетом обоих факторов мы рекомендуем брать трубку диаметром 10 мм.

На концы трубки следует надеть переходники и развальцевать их. Для развальцовки имеются специальные приспособления.

К концам трубок можно подсоединить стальные трубы. К гайкам прикручиваются штуцеры Штуцеры. Конус штуцера должен плотно прилегать к развальцованному концу трубки

Делайте развальцовку аккуратно, плоскость развальцованного торца должна быть ровной и гладкой, в противном случае в местах соединения трубопроводов будут протечки.

Цены на медные трубки

медные трубки

Видео – Гибка медных трубок

Более сложный в изготовлении теплообменник можно сделать из двух металлических труб. Диаметр первой должен быть немного больше, чем диаметр дымохода, а диаметр второй на 5÷10 см больше первой. Как делать такой теплообменник?

Шаг 1. Отрежьте болгаркой два куска трубы различных диметров длиной 20÷30 сантиметров. Торцы труб должны лежать в одной плоскости, быть ровными и аккуратными.

Шаг 2. Из листовой стали вырежьте два круга с диаметром большей трубы. В этих кругах точно посредине вырежьте отверстия с диаметром меньшей трубы.

Шаг 3. Вставьте в отверстия отрезки труб и приварите их. Сваривайте внимательно, не допускайте пропусков шва.

Шаг 4. Вверху и внизу конструкции вварите металлические патрубки с резьбой на концах, для каждого патрубка нужно сделать отверстие. Проверьте теплообменник на герметичность.

Конструкция готова, можно ее устанавливать на дымоход и делать разводку трубами. Желательно оба теплообменника изолировать минеральной ватой с верхним покрытием алюминиевой фольгой. Это намного уменьшит непродуктивные тепловые потери и ускорит нагрев воды.

С помощью таких теплообменников вода будет нагреваться значительно быстрее. Теплообменники в печи могут изготавливаться из трубок в виде различных геометрических конструкций или быть обыкновенными плоскими. Эффективность плоских теплообменников ниже. Но зато они значительно долговечнее и проще в изготовлении.

Теплообменники нужно устанавливать одновременно с кладкой печи. С учетом параметров топки подбираются размеры теплообменников. Выводы труб могут быть как с одной стороны печи, так и с двух. Допускается вариант входа холодной воды снизу, а выхода сверху плоскости печи. Одним словом, вариантов как по материалу изготовления теплообменника, так и по типу, геометрии, линейным размерам и конструктивным особенностям великое множество. Однозначного универсального совета дать невозможно, вы должны принять самостоятельное решение с учетом особенностей банной печи и режимов пользования душевой и парилкой.

Для изготовления теплообменника выбирайте прочные качественные материалы, сварочные швы нужно делать в соответствии с правилами и характеристиками материалов. Имейте в виду, что исправить поврежденный теплообменник в печи во многих случаях без ее разборки невозможно. А что такое разобрать и заново собрать печь объяснять не стоит.

Самый легкий вариант – приобрести заводскую металлическую печь для бани с встроенным теплообменником. Но такие печи имеют один недостаток – низкая эффективность теплообменника.

Монтаж трубопроводов

Мы уже упоминали, что для трубопроводов лучше использовать трубы диаметром 3/4″, такой диаметр наиболее часто используется во всех отопительных системах и подходит по всем показателям для теплообменника бани.

Трубы могут быть металлическими или пластиковыми. Можно пользоваться и гибкими гофрированными шлангами, но нужно иметь в виду, что у них значительно меньше диаметр условного прохода, а это негативно сказывается на скорости водяного потока.

Дадим несколько советов по монтажу трубопроводов.

1. Старайтесь максимально сокращать длину трубопроводов, не делайте много поворотов и изгибов трубы. Ваша задача – создать наиболее благоприятные условия для циркуляции воды.

   

2. При использовании пластиковых труб не допускайте их перегрева в местах соединения с теплообменниками. Наличие внутри воды не допустит их полного прорыва из-за потери прочности, вызванного нагревом, но деформации возможны.

   

3. Не забывайте в самом низком месте поставить сливной кран. Если баня длительное время не используется, то в зимний период нужно спускать всю воду из системы.

   

4. Во время соединения трубопроводов предусматривайте возможность их демонтажа для выполнения ремонтных или регламентных технических работ.
5. Старайтесь, чтобы длина горизонтальных участков трубопровода была минимальной. Все такие участки монтируйте под углом не менее 10°. Такие мероприятия положительно сказываются на скорости потока воды.

Цены на гибкую гофрированную трубку из нержавеющей стали

гибкая гофрированная трубка из нержавеющей стали

Во время пользования теплообменников возникают некоторые проблемы, способные «испортить настроение». Какие это неприятности и как их можно решать?

Нужно «ловить» момент, когда она будет приемлемой, но такой «момент» поймать почти невозможно. Дело в том, что во время приема душа печь продолжает гореть, соответственно, температура воды постоянно повышается. Что делать? Тушить огонь в печи? Это, конечно, не выход.

Мы предлагаем решить проблему при помощи смесителя. Если в бане есть водовод – отлично, он поможет не только создавать комфортную температуру, но и с помощью простейшей автоматики сделать наполнение емкости под воду автоматическим. Можно будет мыться без экономии воды, несколько уменьшаются риски ее закипания в теплообменнике. Если подвод воды отсутствует, то рекомендуем установить дополнительную емкость для холодной воды рядом с баком для теплой воды. Подсоединять его к душу нужно через смеситель.

Особенно часто такое случается во время монтажа теплообменника непосредственно в топке печи. Мы гарантируем, что вам никогда не удастся рассчитать параметры теплообменника таким образом, чтобы полностью исключить такое явление. Слишком сложные это расчеты и слишком много есть неизвестных и нерегулируемых показателей. Расчеты по скорости движения водного потока может выполнить только квалифицированный инженер-конструктор, отлично знающий законы теплотехники, гидротехники и монтажа. Но самая главная неизвестная величина – пламя в печи.

Никто и никогда не сможет точно сказать, сколько тепла дает печь в каждую отдельно взятую единицу времени. Оперативно увеличивать или уменьшать интенсивность горения пламени в зависимости от температуры воды невозможно. Решить проблему закипания воды предлагаем при помощи обыкновенных однофазных водяных насосов для отопительных систем. Встраиваются они непосредственно в трубопровод, мощность устройств 100÷300 Вт. Установка циркуляционного насоса не только устраняет риски закипания, но и значительно ускоряет время нагрева воды.

Надеемся, что наша информация будет полезной для владельцев бань и даст возможность не решать проблемы с теплообменниками, а предупреждать их возникновение еще на этапе изготовления и монтажа.

Цены на циркуляционный насос

циркуляционный насос

Видео – Как устроен универсальный теплообменник в банной печи

Облицовка и монтаж топки Supra

Любая система отопления в частном доме – это совокупность большого количества различного оборудования и приборов. Сказать, что какие-то из них важные, а какие-то менее важные, нельзя. Все должно в отоплении работать слаженно, от каждого узла зависит качество и эффективность работы системы в целом. В этой статье хотелось бы поговорить об одном очень важном элементе отопления, который обычно входит в состав нагревательного котла. Это теплообменный агрегат, в функции которого входит передача тепловой энергии от источника тепла к теплоносителю. Но наших читателей часто интересует вопрос, а можно ли сделать тот или иной узел самостоятельно, и если «да», то не повлияет ли это на качество конструкции. Поэтому здесь мы будем говорить о том, насколько сложен процесс изготовления теплообменника для печи своими руками.

Скажем прямо, домашние мастера сегодня что только не придумывают, какие только конструкции не предлагают, чтобы увеличить работоспособность системы отопления. И в первую очередь они обращают свое внимание именно на теплообменник.

Итак, функции теплообменного устройства – передача тепловой энергии. О чем это говорит? Только об одном, что материал, из которого теплообменник должен быть изготовлен, должен обладать самым высоким показателем теплопроводности. Чем быстрее тепло будет проходить через стенки прибора, тем быстрее и больше будет нагреваться теплоноситель. Поэтому есть необходимость рассмотреть некоторые материалы.

Материалы для теплообменников

Чаще всего теплообменник изготавливается, как трубная конструкция. Это и понятно, ведь труба уже в своем готовом виде имеет полость, по которой может двигаться вода или другая жидкость. А соответственно трубы, изготовленные из разных материалов, могут быть использованы в процессе изготовления теплообменника.

1. Пластиковые трубы, сюда же входит и металлопластик. Если их сравнивать со стальными трубами, то можно отметить, что их теплопроводность раз в двести ниже, по сравнению со сталью.
2. А вот медная труба имеет более высокую теплопроводность, чем стальная. И разница эта составляет в 7,5 раз.

Теперь представьте, сколько метров каждой трубы необходимо, чтобы они одинаково обеспечивали теплом проходящий по трубам теплоноситель. Навскидку получается так:

• Металлопластиковой трубы нужно будет 4000 м.
• Стальной – 25 м.
• И медной всего лишь 3,5 м.

Вот теперь становится понятным, какой материал лучше, а который вообще не стоит использовать. Сразу же оговоримся, что эти сравниваемые показатели берутся для труб одного диаметра. Единственный момент, который смущает в этом соотношении, это стоимость труб. К примеру, 3,5 м медной трубы практически стоит столько же, сколько 25 м стальной. К тому же сталь прочнее и лучше выдерживает тепловые нагрузки. Зато медь пластичнее, что позволяет избегать сложных монтажных и сборочных процессов и придавать теплообменнику различную форму, к тому же без большого труда. То есть, эти небольшие отклонения все же приходится учитывать, выбирая материал для изготовления теплообменника своими руками.

Медные теплообменники

Печь с медным теплообменником, конечно, работает в несколько раз эффективнее. Показатель пластичности материала дает возможность минимизировать его размеры, к примеру, скручивая в спирали. Кстати, сам размер теплообменника никоим образом не влияет на работоспособность прибора, ведь в данной конструкции наиважнейшим показателем является площадь отбора тепла. А, значит, чем больше витков спирали будет в приборе, тем больше площадь соприкосновения.

В настоящее время самодельный медный теплообменник может работать по-разному. Есть два пути нагреть теплоноситель:

• Пропустить его по внутренним полостям, передавая тепловую энергию от внешнего источника. Так в основном работают все традиционные отопительные котлы и печи.
• Пропустить теплоноситель по межтрубному пространству, а по внутренним полостям теплообменника пропустить энергоноситель, к примеру, насыщенный пар.

То есть, технология нагрева теплоносителя будет зависеть от того, какой источник тепла вами будет использован. Кстати, такие системы могут работать не только на нагрев, но и на охлаждение.

Стальной вариант

Стальные теплообменники для печи изготовить своими руками непросто. Для этого домашний мастер должен владеть навыками работы со сварочным аппаратом и другими слесарными инструментами (особенно болгаркой). Такое устройство требует основательного подхода. К примеру:

• Для изготовления своими руками теплообменника требуется труба из жаропрочной стали с толщиною стенки не меньше 5 мм.
• Проварить такую толщину и не оставить раковин или других дефектов может квалифицированный сварщик.
• Необходимо подобрать конструкцию узла, чтобы она точно подходила к конструкции камеры сгорания котла. И не только по размерным показателям, но и по форме, и по точному и равномерному расположению деталей и частей. Здесь необходимы уже инженерные знания.
• Необходимо разбираться в вопросах теплотехники. Небольшая ошибка может привести к тому, что теплообменник вроде бы находится в зоне отбора тепловой энергии, а ее оказывается недостаточно для обеспечения отопительной системы дома.

Особенности конструкции

Чтобы вы смогли представить, как работает теплообменник, хотим предложить вам одну очень простую конструкцию, которая с недавних пор завоевала огромную популярность у дачников. По сути, это обычная солнечная батарея, потому что источником тепла будут являться солнечные лучи, которых в летнее время в избытке.

Для этого вам потребуется деревянная площадка, которую лучше всего покрасить в черный цвет. Теперь на ней соберите змеевик из резиновых шлангов, стальных или медных труб, пластиковых труб. Это на ваше усмотрение, не забывайте о показателях теплопроводности. Соедините трубы в змеевик. Чем чаще витки, тем лучше. Один конец змеевика подсоединяется к водопроводу, второй к месту отбора горячей воды. К примеру, к смесителю летнего душа.

Ставите площадку под наклоном так, чтобы солнце всегда было направлено на нее. Вот вам готовый, дешевый теплообменник, изготовленный своими руками, который использует бесплатную солнечную энергию.

На этом примере видно, что собой представляет теплообменник для печи, как он работает. Самое главное, что сделать его своими руками несложно. Важно знать его конструкцию, размеры и выбрать материал для изготовления.

Сложные конструкции

Выше уже говорилось о том, что существует достаточно большое количество теплообменников, отличающихся друг от друга чисто конструктивными особенностями. Рассмотрим еще два вида, которые сильно отличаются от змеевика.

Есть теплообменник, который называется водяная рубашка. В этом случае процесс теплового обмена происходит от одной емкости к другой. И неважно эти емкости частично закрытые или открытые полностью. Устройство такой печи с теплообменником состоит в том, что одна емкость вставлена в другую. Кстати, данный вид встречается чаще всего в твердотопливных котлах небольшой производительности.

Неплохое устройство, где-то даже экономичное. Но есть у него один недостаток – такое теплообменное устройство не может работать при большом давлении теплоносителя. То есть, такие котлы могут быть использованы только в системах с естественной циркуляцией теплоносителя. Своими руками изготовить теплообменник данного типа сложно, конечно, если вы – сварщик высокого разряда, то проблем не должно быть.

И самая сложная конструкция, но и самая эффективная – это теплообменник под названием трубная доска. По сути, это три разных объема:

• Два представляют собой емкости.
• Третий – это трубная система, соединяющая эти резервуары.

Почему сложная? Представьте себе две вертикально стоящие емкости с прямоугольным или цилиндрическим сечением, а их соединяет огромное количество труб.

• Во-первых, обе емкости должны быть герметично сварены. Для их изготовления обычно используются металлические листы толщиною не меньше 5 мм.
• Во-вторых, соединяются они стальными трубами, под каждую из которых в емкостях вырезается отверстие соответствующего диаметра.
• В-третьих, все трубы с двух сторон привариваются к резервуарам. Наверное, не надо даже напоминать, что сварочные швы должны быть на самом высоком уровне.

Так вот вся эта конструкция работает на отбор тепловой энергии от внешнего источника. Но основная часть отбирается все же в трубной части узла. Кстати, эта конструкция может быть собрана как из стальных труб, так и из медных. Второй вариант сложнее, потому что придется проводить развальцовку каждого края трубы, а процесс этот непростой и под силу не каждому домашнему мастеру. Тем более, что разговор идет о герметичной конструкции.

Что еще можно предложить

Теплообменник можно сделать своими руками из разных узлов и приборов. К примеру:

• Из любых радиаторов отопления. Здесь важно, чтобы они не подтекали.
• Подойдут и полотенцесушители.
• Радиаторы от автомобилей или их печек. Здесь важнее их количество за счет небольших размеров.
• Можно использовать проточные водонагреватели. Кстати, отличный вариант, в котором ничего не надо будет переделывать.

Заключение по теме

Из всего вышесказанного можно сделать одно очень важное заключение. Сделать своими руками теплообменник и поставить его в печь – не самое сложное дело. Конечно, необходимы будут знания и опыт работы с инструментами. Но сама же конструкция узла не очень сложная. Если правильно подобрать размеры и принять во внимание все, о чем шла речь в данной статье, то изготовленный вами прибор будет работать эффективно.

С помощью печи в бане можно решить сразу две задачи: обеспечить необходимую температуру в парной и нагреть воду в моечной. Нет необходимости устанавливать бойлер: воду нагреет теплообменник для печи. Разобравшись с его устройством и технологией изготовления, хорошему хозяину не составит труда соорудить печь с теплообменником своими руками.

Назначение и виды теплообменников для печи

Печи с теплообменником устроены таким образом, чтобы холодная вода поступала в специально предназначенную емкость, где она нагревается и по трубопроводу поступает в подвесной бачок в моечной.

Другой вариант использования нагретой воды – в качестве теплоносителя, когда она поступает в радиаторы отопления (так работают печи с теплообменником для дома). Если же подвесной бак установить непосредственно в моечной, он также будет выполнять роль радиатора, обогревая помещение.

Различают два вида теплообменников:

• внутренний – встраивается в боковую стенку печной камеры или имеет форму уложенного в нижней части печи змеевика, а в некоторых случаях представляет собой емкость в виде «рубашки» на внутренней поверхности топки;
• внешний – является частью дымохода или опоясывает его.

Теплообменник со штуцерами для соединения с системой: 1 – выпускной, 2 – впускной

В качестве теплоносителя в таких системах используется вода. Поступает она из подвесного бачка самотеком по трубопроводам благодаря естественной циркуляции: нагретая жидкость поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Может также использоваться циркуляционный насос. Элементы системы соединяются с помощью штуцеров: первый расположен сверху, второй – в нижней части теплообменника.

Печка с встроенным теплообменником, подвесным баком и системой трубопроводов

Большей эффективностью отличаются системы с естественной циркуляции теплоносителя. Важно, чтобы общая длина трубопроводов не превышала 3 м. Для этого бак следует устанавливать непосредственно в парной или сразу за стенкой. Диаметр трубы должен быть не менее дюйма: это способствует снижению сопротивления, благодаря чему система может работать без циркуляционного насоса.

Расчет площади теплообменника

Точно рассчитать теплообменник для кирпичной печи не представляется возможным из-за множества факторов, которые влияют на происходящие в системе процессы. Достаточно выполнить приблизительный расчет, чтобы изготовить конструкцию оптимальной конфигурации.

Например, для поддержания необходимой температуры в парной требуется 5 кВт: именно такой мощностью должна обладать печь с теплообменником. При этом известно, что 1 м² устройства обеспечивает во время работы топки около 9 кВт. Следует учитывать вид топлива, его калорийность, особенности конструкции печи, ее мощность и другие параметры.

Это важно знать: мощность котла снижается почти в 10 раз на заключительном этапе сжигания твердого топлива, поэтому площадь поверхности теплообменника должно быть рассчитано со значительным запасом. Это позволит дольше поддерживать на нужном уровне температуру в парной и помывочной.

Форма котла печи с теплообменником может быть разной. Чаще всего для его изготовления используют устойчивые к коррозии трубы из нержавеющей стали. Эффективны также устройства пластинчатого типа.

Как сделать теплообменник для печи своими руками

Материалом для изготовления простейшего устройства служат детали из нержавеющей стали или другой жаростойкой стали в виде цилиндров разного диаметра.

Конструкция простейшего теплообменника из нержавеющей стали

Максимальная толщина металла не регламентируется, а минимальная ограничивается 2,5 мм: более тонкий материал обладает меньшим сроком службы в условиях агрессивной среды. Важно, чтобы все сварные швы были выполнены с минимально возможными зазорами. Размеры деталей определяют после расчета параметров системы.

После выполнения сварочных работ конструкция проверяется на прочность по следующей методике:

1. Заваривается нижняя труба либо на резьбу герметично накручивается заглушка.
2. В емкость устройства заливается вода.
3. С помощью насоса с манометром нагнетается давление.
4. Осматриваются швы: если они герметичны – течи не будет, в противном случае проблемный участок обозначается маркером, а после слива воды повторно сваривается.
5. Проводятся повторные испытания.
6. Аналогично испытывается вся система.

Чем меньшей будет протяженность труб, тем легче добиться герметичности. Если бачок не планируется использовать в качестве радиатора для обогрева помещения, его следует «обшить» теплоизоляционным материалом.

Сложнее устроен теплообменник внешнего типа (устанавливается поверх дымохода). Для его изготовления необходимы специальные станки и приспособления (фрезерные станки, прессы и т.п.). Преимуществом такой конструкции является доступность для ремонта.

Основные правила монтажа и безопасной эксплуатации

Печь с теплообменником для дома или дачи должна эксплуатироваться с соблюдением следующих правил:

• крепление труб и самого устройства должно быть таким, чтобы конструкция не деформировалась в результате теплового расширения;
• количество отбираемого тепла не должно превышать 1/10 мощности самой печи (зависит от размера теплообменника);
• объем бака для воды следует подбирать так, чтобы через 2 часа поле начала топки вода была горячей (из-за небольшого объема бака помещение будет насыщенно паром, а в излишне большом она будет греться слишком долго);
• заливать холодную воду в разогретый в печи пустой теплообменник категорически воспрещается;
• в качестве уплотнителей для герметизации резьбовых соединений используются только термостойкие материалы;
• трубы в системе, работающей по принципу естественной циркуляции, должны иметь уклон (около 2-5 градусов) в сторону, соответствующую направлению подачи теплоносителя.

Печь с теплообменником для дачи или бани является универсальной: она будет греть и воздух, и воду для моечной. Изготовить необходимое для этого устройство собственноручно не представляет труда для тех, кто владеет техникой сваривания и слесарной обработки металлов.

Видео: конструкция теплообменника

Существуют различные способы теплопередачи - нагрева или охлаждения газов, жидкостей или твёрдых материалов. Использование тепловой энергии горячей среды как самостоятельного источника тепла позволяет экономнее её расходовать и сохранять. В отличие от обычных способов нагрева, требующих извлечения или производства энергии, теплопередача представляет собой лишь перераспределение полученного ранее нагрева. Устройства, осуществляющие такую передачу, называются теплообменниками. Они широко распространены, существуют различные конструкции и виды теплообменников. Используются в системах отопления, охлаждения, водоснабжения или иных бытовых и технологических комплексах. Использование готового устройства возможно не всегда, особенно при создании самодельных систем для частного дома. Изготовить теплообменник своими руками возможно, но для этого надо иметь некоторые навыки обращения с металлом и сварочным аппаратом, и, что самое важное, точное представление о принципах работы и конструкции устройства.

Принцип работы

Теплообменник - это наименование группы устройств, действующих по одному принципу, но выполняющих разнообразные задачи и имеющих собственные названия. Так, теплообменниками являются калориферы, бойлеры, холодильники и прочие устройства. Вариантов конструкции существует много, поскольку необходимость в передаче тепловой энергии имеется в большом числе комплексов и систем.

Теплообменник организует передачу тепловой энергии от одной среды к другой без непосредственного контакта или перемешивания. Источником и приёмником тепла могут быть совершенно разнородные материалы, например, горячий металл способен нагревать поток воздуха, нагретая жидкость способна передать тепло другой жидкости через тонкую стенку из материала, хорошо проводящего тепло, и т.д. Процесс всегда один - энергия от горячей среды переходит в холодную, но его цель может быть различной - либо нагрев, либо охлаждение приёмника, в зависимости от назначения системы, в которой установлен теплообменник.

В мире существует колоссальное количество теплообменников, но всех их объединяет предназначение - передача тепла

Передача осуществляется либо непрерывно, путём косвенного контакта двух сред разной температуры, разделённых перегородкой (поверхностный, или рекуперативный тип), либо периодически, поочерёдной передачей тепла на определённый приёмник и его последующим отбором (регенеративный тип). Рекуператоры используются в системах отопления или водоснабжения, поэтому в глазах рядового пользователя они выглядят более распространёнными, чем регенераторы, встречающиеся только в больших промышленных установках разного назначения.

Наиболее распространёнными вариантами конструкции являются системы вода-вода (теплоноситель-вода), использующиеся в отоплении и водоснабжении, и вода-воздух (калориферы).

Виды теплообменников

Существует два основных типа конструкции теплообменников:

• Тип «труба в трубе». Представляет собой отрезок трубы, по которой циркулирует нагреваемая среда. Внутри неё в продольном направлении установлена вторая труба меньшего диаметра, по которой движется горячий теплоноситель. Применяются для жидкостных систем теплообмена.
• Пластинчатый. Представляет собой пачку пластин с зазором между ними в несколько миллиметров. Они объединены между собой таким образом, что каждая из пластин разделяет две среды с разной температурой, движущихся в перпендикулярном направлении. Существуют конструкции с оребрёнными пластинами, имеющими увеличенную площадь теплоотдачи и, соответственно, большую эффективность. Используются как для жидкостей, так и для воздушных потоков (рекуперация воздушного отопления).

Конструктивный тип «труба в трубе» получил широкое развитие. Существует масса вариантов такого решения:

• Кожухотрубный. Пучок трубок с циркулирующей средой-приёмником установлены в корпус (кожух), заполненный теплоносителем-донором.
• Элементный. Ещё одна разновидность кожухотрубной конструкции, с более сложной системой расположения трубок. Предназначен для систем с высоким давлением.
• Погружной. Спираль с теплоносителем-приёмником погружается в проточную ёмкость с теплоносителем-донором. За счёт невысокой скорости движения жидкости в спирали и быстрой смены теплоносителя в корпусе достигается высокая эффективность нагрева приёмника и малый расход тепловой энергии теплоносителя-донора.
• Спиральный. Конструкция напоминает погружной вариант, но с плоской полой спиралью, по которой перемещается горячий агент. Холодная жидкость находится в корпусе. Этот тип теплообменников позволяет работать с вязкими жидкостями, пульпой.

Теплообменники типа «труба в трубе» позволяют развивать большую скорость прохождения (циркуляции), получив наименование геликоидных, или скоростных. Существуют также интенсифицированные геликоидные конструкции, позволяющие увеличить скорость и давление (интенсифицировать) греющей и нагреваемой среды для повышения общей эффективности и скорости процесса.

Наиболее эффективным типом конструкции признан пластинчатый вариант, который занимает в несколько раз меньше места при той же производительности. Существенным недостатком является сложность очистки пластин от наслоений из-за малой величины зазоров и недоступности для механической очистки, вынуждающей использовать активные химические вещества.

Изготовление устройства

Самостоятельное изготовление теплообменника под силу только людям, имеющим определённые навыки, инструменты и знания. Не имея опыта и практики, изготовить устройство, предназначенное для работы с нагретой средой под давлением, практически невозможно. Прежде, чем начинать непосредственное изготовление устройства, необходимо выбрать его тип, приготовить необходимые материалы, инструменты и оборудование. Поскольку вариантов конструкции существует достаточно много, следует рассмотреть наиболее распространённые типы по отдельности.

Водяной для банной печи

Печь в бане нагревает определённый, относительно небольшой объём воды. Для небольшой семьи этого достаточно, но для компании из нескольких человек может потребоваться большее количество. Для того, чтобы не подливать постоянно в котёл воду, а использовать имеющееся количество в качестве греющей среды, устанавливается теплообменник и ёмкость с расходной водой для мытья. Большинство таких устройств работает на естественной циркуляции - горячая вода поднимается вверх, а остывшая - опускается вниз. Наиболее распространённый вариант конструкции - погружной, в бак с греющей средой устанавливается змеевик, по которому движется нагреваемая вода.

Как и чем промыть теплообменник

Наиболее эффективный способ - ручная механическая чистка, но для большинства конструкций этот вариант не годится. Доступа к внутренним поверхностям устройства не имеется, поэтому приходится прибегать к химическим методам очистки - промывке. Для этого применяются различные промывочные химикаты, например, подойдёт сантехническое средство от налёта, кислотные растворы, моющие средства и т.д. Выбор того или иного раствора зависит от состава загрязнений, который, в свою очередь, обусловлен типом теплоносителя и спецификой работы.

Промывку удобнее всего производить в отсоединённом от системы состоянии. Теплообменник помещают в ёмкость с моющим средством, выдерживают определённое время (если это необходимо), затем промывают сильной струёй воды из шланга. Если с первого раза нужного результата добиться не удаётся, прибегают к повторной промывке. Для теплообменников сложной конфигурации рекомендуется собрать отдельную замкнутую систему для промывки с циркуляционным насосом и ёмкостью. Вместо теплоносителя в неё заливают моющее средство или раствор и запускают циркуляцию на некоторое время. Перемещение жидкости под давлением эффективно растворяет и выводит твёрдые частицы, жировые наслоения, прочий мусор. Рекомендуется промывать теплообменник регулярно, раз в год или немного реже. При появлении нестабильной или неэффективной работы устройства надо сразу очистить его, чтобы снизить потери на некачественной теплопередаче.

Для того, чтобы сделать теплообменник, требуется точно понимать принцип его работы и использовать наиболее теплопроводные материалы. Оптимальный вариант - медь, её качества намного опережают алюминий или нержавеющую сталь. Все операции по сборке и сварке следует выполнять аккуратно, не допускать попадания внутрь мусора, окалины или шлака. Особой сложности в изготовлении нет, но теплообменники для системы центрального отопления, которые будут работать под давлением, надо варить ответственно. Если уверенности в своих силах нет, лучше пригласить опытного специалиста, способного выполнить качественное и герметичное соединение.

Теплообменник — важный элемент в отопительной системе, который передаёт тепловую энергию генератора к теплоносителю.

Подходящий вариант изготовления прибора своими руками рассчитывается исходя из учёта элементов конструкции .

В системах отопления встречаются аппараты, действующие с конструкциями котлов работающих на газу, твёрдом топливе, электроэнергии.

Устройство теплообменника для систем отопления

Приспособление предназначено для передачи тепла от одного элемента к другому. В роли источника тепла и теплоносителя выступают различная жидкость, газ или пар.

Нестабильные среды разделены материалом с подходящим типом теплопроводности.

Простой пример теплообменника — комнатные радиаторы , в которых источником тепла является вода в системе отопления, нагреваемой средой — воздух в помещении.

В качестве разделяющего материала выступает металл, из которого состоит радиатор. Промежуточный материал, который используется при конструировании, должен обладать высокой степенью теплопроводности.

Хорошим вариантом для конструирования теплообменника будет применение медных элементов. Медь обладает большей в 7.5 раз теплопроводностью, чем сталь . Пластмассовые изделия в двести раз хуже проводят тепло, чем стальные. Сравнивая при одинаковых условиях 1.7 м медного, 12 м стального и 2 тыс. метров пластикового трубопровода получится передача одинакового количества тепла.

Как сделать своими руками

Существует несколько типов теплообменников, каждый из которых обладает особой технологией производства.

Изготовление по методу «труба в трубе», особенности подключения, схема

Устройство работает по такому несложному принципу горячая жидкость проходит по трубе малого диаметра, через стенки труб передаётся тепло воде , которая расположена в полостях трубы большего размера. Таким способом передаётся тепловая энергия и не перемешиваются жидкости, имеющие неоднородный характер, например, масло и вода. Такой тип агрегатов прост в изготовлении и в эксплуатации.

Фото 1. Схема теплообменника типа «труба в трубе». Указано направление движение теплоносителя.

Инструменты и материалы

• две двухметровые трубы из меди, с различным диаметром — 102 мм и 57 мм;
• два тройника с углами 90 градусов , диаметр должен быть равен трубе большей;
• два коротких отрезка трубы, подходящие к размеру тройника;
• электрическая или газовая сварка, подойдёт и мощный паяльник с припоем для меди;
• болгарка, отрезной диск;
• рулетка.

Процесс изготовления

1. На профиль трубы большего диаметра с двух сторон приваривается тройник , который следует расположить боковой стороной таким образом, чтобы туда вставить трубу меньшего размера.

Справка. При подключении такой конструкции, теплообменник рекомендуется расположить в горизонтальном положении, жидкости должны циркулировать разнонаправленно, это повысит КПД.

1. После того как изделие меньшего диаметра вошло в тройник его проваривают с торцов.
2. К свободным краям тройников привариваются патрубки , которые предназначены для подачи и вывода отопительной жидкости.

Воздушный пластинчатый

Приспособление устанавливается в газовую отопительную систему. Принцип действия заключается в передаче теплоэнергии от газообразного теплоносителя к рифлёной конструкции пластин, которая будет нагревать жидкость в трубопроводе.

А также этот тип устройств подойдёт для передачи тепла от одной жидкости, к другой.

Инструменты и материалы

• оборудование для сварки;
• болгарка;
• два листа из нержавеющей стали (рифлёной), толщина 4 мм;
• 1 лист плоский из нержавейки, толщина 4 мм ;
• электроды.

Порядок работ

1. Лист рифлёной стали разрезать на равные квадраты со сторонами 30 см. Для конструкции понадобится 31 квадрат.
2. Из плоского листа нержавеющей стали нарезать ленты. Ширина 1 см , длина 30 см. Общая длина частей должна составить 18 метров — получится 60 шт.

1. Квадраты из рифлёного материала сварить между собой при помощи полоски 1 см . Соединение проходит через две противоположные стороны квадратов , секции располагаются перпендикулярно друг к другу.

В одном корпусе, имеющем форму куба, должно получиться 15 секций , которые обращены в одну сторону и 15 в другую.

Благодаря рифлёной поверхности происходит эффективная передача тепла от одного носителя к другому без взаимных перемещений различных либо однородных теплоносителей.

2. В случаях, когда тепло будет передаваться при помощи жидкого теплоносителя, рекомендуется приварить коллектор. Распределитель лучше изготовить из нержавеющей стали. Для этого понадобится при помощи болгарки отрезать со стального листа прямоугольники 30х30 см (2 шт.) и 30х3 см — 8 штук. Из такого комплекта частей конструируется два коллектора имеющие вид квадратной крышки от коробка.
3. В коллекторе сделать отверстие для патрубка, который послужит соединением с трубопроводом отопления.
4. Отверстие на коллекторе делается ближе к одному из углов. При монтаже его на теплообменник расположение входного патрубка должно быть внизу агрегата, выводящая трубка всегда расположена вверху.

Вам также будет интересно:

Теплообменник водяной для печи

Обыкновенная печь, работающая на дровах способна обогреть целый дом , если её присоединить к отопительной системе на водной основе.

Инструменты и материалы

• метровая труба из стали, диаметр 32.5 сантиметра;
• труба железная — 6 метров , диаметр 5.7 см;
• лист стали 4 мм толщины;
• сварочный аппарат;
• газовый резак.

Порядок работ

1. Метровый отрезок трубы с диаметром 32.5 см поставить в горизонтальное положение на лист из стали и обвести маркером.
2. Отверстие нужного размера вырезать газовым резаком. По макету металлического круга вырезать вторую такую же окружность.
3. В металлических дисках вырезать по пять отверстий с диаметром 5.7 сантиметров. Отверстия должны быть расположены равномерно по отношению друг к другу, также как от середины, так и от края поверхности. Диски приварить к цилиндру трубы и постараться, чтобы отверстия были расположены параллельно.
4. Изделие 5.7 мм нарезать при помощи болгарки, на части по 1 метру . Потребуется пять отрезков.

Фото 2. Схема водяного теплообменника для печи. Представляет из себя цилиндр, внутри которого расположены трубы меньшего диаметра.

1. Каждая часть трубы монтируется в отверстие, нужно чтобы трубы выходили за пределы отверстий на 1 миллиметр . Сваривается приспособление электрической сваркой. В итоге должна получиться конструкция в форме металлического цилиндра, внутри которого расположены трубки меньшего размера. По этому трубопроводу будет идти раскалённый воздух и дым, трубы будут нагреваться и соответственно нагревать жидкий теплоноситель внутри.
2. Чтобы жидкость циркулировала внутри металлической системы в нижней и верхней части следует приварить небольшие отрезки труб. Внизу агрегата через патрубок будет подаваться холодная вода, а через верхний патрубок направляться в отопительный механизм.

Как рассчитать тепловую мощность

Если выбран пластинчатый теплообменник, необходимо учитывать такие факты:

• какая мощность аппарата необходима;
• тип конструкции;
• качество материалов.

Расчёт мощности происходит по следующей формуле:

P = 1,16 х ∆Т / (t x V) , где

Р — мощность, которая требуется;

1,16 — специально подобранная константа;

∆Т — разница температур;